Podręcznik Grafika komputerowa i wizualizacja

1.1. Wstęp

 

Podręcznik ten pozwoli zapoznać się z podstawowymi zagadnieniami grafiki komputerowej. Przedstawi najważniejsze metody i algorytmy stosowane w grafice. Natomiast realizacja zadania projektowego będzie próbą praktycznego wykorzystania zdobytej wiedzy

 

Autor przyjął, że czytelnik posiada wiedzę dotyczącą

• Podstaw algorytmów i struktur danych.
• Podstaw geometrii.
• Podstaw algebry liniowej.
• Umiejętności programowania.

 

Bardzo często podczas tworzenia obrazów graficznych, szczególnie obiektów trójwymiarowych, pożądana jest tak zwana wyobraźnia przestrzenna, co formalnie jest nazywane zdolnościami przestrzennymi (kategorie wg. M.Linn i A.Petersen - 1985) i jest kategoryzowane w następujący sposób:

• Wyobraźnia przestrzenna (zrozumienie powiązań przestrzennych pomiędzy obiektami).
• Umiejętność realizacji obrotu brył w wyobraźni (oraz konsekwencji wykonania innych prostych operacji afinicznych np. translacji).
• Spostrzeganie przestrzenne (umiejętność lokalizacji określonych kierunków i płaszczyzn w złożonym układzie – np. lokalizacja pionu i poziomu.

Tematyka podręcznika

Podręcznik został podzielony na cztery części (moduły) obejmujące 15 rozdziałów. W rozdziałach tych opisane są następujące zagadnienia:

• Wprowadzenie, zastosowania grafiki komputerowej, grafika rastrowa i wektorowa, sprzęt dla potrzeb grafiki, interfejs użytkownika.
• Podstawowe operacje rastrowe wraz z elementarnymi zadaniami geometrii obliczeniowej.
• Przekształcenia geometryczne, operacje macierzowe we współrzędnych jednorodnych.
• Reprezentacja przestrzeni trójwymiarowej na płaszczyźnie – rzutowanie, kamera i wirtualne studio.
• Modelowanie obiektów w grafice komputerowej.
• Modelowanie krzywych i powierzchni.
• Modelowanie obiektów naturalnych. Modelowanie fraktalne.
• Eliminacja elementów zasłoniętych, algorytmy rozstrzygania widoczności.
• Światło, oko i widzenie, modele barw w grafice komputerowej.
• Modelowanie oświetlenia, modele odbicia (przenikania) światła.
• Oświetlenie globalne, metoda śledzenia promieni, metoda energetyczna.
• Dążenie do realizmu -  tekstura.
• Elementy animacji.

 

Tematyka wykładu obejmuje algorytmy i techniki potrzebne do realizacji określonych zadań graficznych oraz do uzyskania pewnych efektów widocznych na obrazie. Zadań graficznych, które być może znamy z doświadczeń w obsłudze różnych programów. Czytelnik nie uzyska jednak informacji o gotowych pakietach graficznych lub różnicach między nimi ani, tym bardziej, nie dowie się jak się nimi posługiwać. Będzie mógł za to poznać algorytmy, jakie były potrzebne, żeby taki pakiet mógł powstać.

 

 

Literatura podstawowa

Istnieje bardzo wiele książek dotyczących grafiki komputerowej dostępnych w księgarniach lub bibliotekach. Na końcu każdego rozdziału jest wymieniona literatura związana z zagadnieniami omawianymi w tym rozdziale. Spośród wielu pozycji literatury, można wymienić kilka o charakterze podstawowym (autor nazwał to zestawem minimum).

 

Hughes J.F., van Dam A., McGuire M., Sklar D.F., Foley J.D., Feiner S.K., Akeley K.: Computer Graphics, Principles and Practice, third ed., Addison-Wesley Publ. Co. 2013.

Jest to jeden z najlepszych podręczników akademickich dotyczących grafiki komputerowej. Jego jedyną wadą jest fakt, że powstał ponad dziesięć lat temu.

 

Marschner St., Shirley P. i inni: Fundamentals of Computer Graphics, fifth ed., Taylor and Francis (CRC Press), 2021.

Współczesny podręcznik akademicki., niestety niektóre zagadnienia są w książce autorów: Hughes, van Dam i inni znacznie szerzej opisane.

 

Hearn D., Baker P.M., Carithers W.:  Computer Graphics with Open GL, 4th. ed. Pearson  2010 (wznowienie 2013).

Wielokrotnie wznawiany i uzupełniany podręcznik akademicki.

 

Trzy zaproponowane pozycje wzajemnie się uzupełniają stanowiąc zestaw minimum, który powinien być znany każdemu, kto chciałby w zakresie podstawowym zajmować się grafiką komputerową. Osoby zainteresowane poszczególnymi tematami na pewno sięgną do pozostałych pozycji. Z drugiej strony, każda z wymienionych wyżej pozycji stanowi dobry podręcznik akademicki obejmujący wszystkie podstawowe zagadnienia standardowego wykłady grafiki komputerowej.

 

Zestaw minimum warto uzupełnić o dwie starsze pozycje polskich autorów.:

 

Zabrodzki J. (red.): Grafika Komputerowa, metody i narzędzia, WNT 1994.

Nie jest to typowy podręcznik akademicki – nie obejmuje wszystkich zagadnień tematu. Ale za to zagadnienia, które się tam znalazły są omówione bardzo szeroko.

 

Jankowski M.: Elementy grafiki komputerowej, WNT 1990 (wydanie 2006 praktycznie niezmienione).

Książka najstarsza z prezentowanych tutaj. jednak napisana w bardzo przejrzysty sposób i przedstawiająca również algorytmy rzadko opisywane w podstawowych podręcznikach do grafiki.

 

Ze względu na powszechną dostępność, do zestawu literatury podstawowej można byłoby dodać książkę:

Foley J.D., van Dam A., Feiner St.K., Hughes J.F., Phillips R.L.: Wprowadzenie do grafiki komputerowej, WNT 1995 (wydanie 2. z 2001 roku).

Należy jednak pamiętać, że jest to tłumaczenie skróconej wersji podręcznika tych autorów. Książka zaproponowana w zestawie minimum zawiera dużo więcej informacji i jest nowsza.