Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального

образования Московской области

«Международный университет природы, общества и человека «Дубна»

(университет «Дубна»)

УТВЕРЖДАЮ

проректор по учебной работе С.В. Моржухина «_»_2010 г.

ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

Интерактивные графические системы (ИГС) _ (наименование дисциплины) Направление 22010068–Системный анализ и управление Магистерские программы:

001-Теория и математические методы системного анализа и управления в социальноэкономических системах;

004- Системный анализ и управление в больших системах.

Форма обучения: очная Уровень подготовки: магистр Курс (семестр): 5 (9) Дубна, 2010 г.

Программа дисциплины «Интерактивные графические системы»

по направлению (специальности):

«001-Теория и математические методы системного анализа и управления в социальноэкономических системах»;

«004- Системный анализ и управление в больших системах»;

Учебная программа Автор программы: Решетников Геннадий Павлович, с.н.с., кафедра САУ ФИО, ученое звание, кафедра _ (подпись) Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования и учебным планом по направлению подготовки магистра по специальности «Системный анализ и управление»

(указывается номер ОКСО, код и наименование направления подготовки (специальности)) Программа рассмотрена на заседании кафедры «Системный анализ и управление»

(название кафедры) Протокол заседания № _ от «» 2009 г.

Заведующий кафедрой / Черемисина Е.Н. / (ученое звание) (подпись) (фамилия, имя, отчество)

СОГЛАСОВАНО

заведующий выпускающей кафедрой1 /_ / (ученое звание) (подпись) (фамилия, имя, отчество) «» _ 20 г.

Рецензент: _ (ученая степень, ученое звание, Ф.И.О., место работы, должность)

ОДОБРЕНО

декан факультета (директор института, филиала) _ /Черемисина Е.Н. / (ученое звание, степень) (подпись) (ФИО) «» _ 20 г.

Руководитель библиотечной системы _ /Черепанова В.Г./ 1. Аннотация Теория интерактивных графических систем — это сравнительно молодая научная дисциплина, возникшая из потребностей практики в связи с бурным научно-техническим прогрессом и, в первую очередь, из-за появления сложных систем визуализации с большим числом элементов электроники и автоматики. Изучение дисциплины «Интерактивные графические системы» обеспечивает профессиональную подготовку современного специалиста в области управления и системного анализа.

2. Требования к уровню необходимых исходных знаний (указать в виде знаний, умений, навыков).

а) Для успешного освоения курса студенты должны обладать знаниями по следующим предметам: аналитическая геометрия, линейная алгебра, компьютерная графика, объектно-ориентированное программирование, технология проектирования ПО, офисные технологии, алгебра, английский язык. Кроме того, студенты должны уметь пользоваться персональным компьютером на уровне компетентного пользователя.

б) Требования к уровню освоения содержания дисциплины (указать в виде знаний, умений, навыков).

- Теоретические знания студенты должны самостоятельно расширять с помощью рекомендуемых на лекциях источников;

- практические навыки, приобретаемые на семинарах, студенты должны развивать с помощью компьютеров, усовершенствуя их согласно собственным пожеланиям;

- студенты должны самостоятельно реализовывать физические и математические модели фрагментов проявленного мира, технологии создания компьютерных графических моделей, методы решения прикладных задач на основе графических По завершению курса студенты приобретают:

- знание основных методов, используемых при построении интерактивных графических компьютерных систем;

- умение применять полученные знания и умения для освоения инструментальных средств, имеющихся в компьютерных классах и собственных ПК, а также мобильных систем типа ноутбуков, нет-буков, коммуникаторов и смарт-фонов.

3. Объём дисциплины и виды учебной работы (час):

Общая трудоемкость Аудиторные занятия:

Семинары (С) Лабораторные работы (ЛР) Самостоятельная работа:

Курсовой проект (работа) Расчетно-графические работы Вид итогового контроля (зачет, экзамен) 4. Содержание дисциплины 4.1. Разделы дисциплины и виды занятий фрагментов реального мира в виде пространственных образов, доступных зрительному восприятию.

восприятия фрагмента проявленного зрительного восприятия ФПМ.

характеристики, параметры объектов пространственной сцены ФПМ.

объектами пространственной сцены Раздел 1.5. Инструментальное и естественное восприятие ФПМ.

данных в предметных областях.

Раздел 2.1. Общая архитектура ИГС воспроизведения объёмного восприятия сцены ФПМ.

Раздел 2.2. Интегрированная система обработки аналоговых и цифровых снимков.

томография человека.

человека и биологических объектов.

изображений с помощью ядерных Позитронография. Нейтронография.

ультрафиолетового излучения.

Раздел 2.7. Формирование ФПМ на основе голографических изображений.

ТЕМА 3. Особенности ИГС.

математического обеспечения.

алгоритмического обеспечения.

информационного обеспечения.

Раздел 3.4. Особенности технических и вычислительных средств.

графического интерфейса.

ТЕМА 4. Сравнительный анализ графических интерфейсов ИГС.

Раздел 4.1. Концепция задач и областей применения ИГС.

промышленное применение ИГС.

тенденций и перспектив развития 4.2. Содержание разделов дисциплины ТЕМА 1. Формирование фрагментов реального мира в виде пространственных образов, доступных зрительному восприятию Раздел 1.1. Предметная модель с системных позиций зрительного восприятия фрагмента проявленного мира (ФПМ).

Даётся описание зрительной модели, включающая источник освещения, пространственную сцену, систему зрительного восприятия и среду. Даются физические характеристики вышеописанных элементов. Описывается математический аппарат, необходимый для построения адекватной формальной модели зрительного восприятия Раздел 1.2. Системное описание зрительного восприятия ФПМ.

Предметная модель зрительного восприятия представляется как система, включающая описание структуры, состояния, воздействие окружающей среды, целостности и целесообразности.

Раздел 1.3. Качества, свойства, характеристики, параметры объектов пространственной сцены ФПМ.

Даётся описание факторов, характеризующие качественные свойства системы зрительного восприятия (СЗВ); характеристики, параметры СЗВ и способы их вычисления.

Раздел 1.4. Связи и отношения между объектами пространственной сцены ФПМ.

Даётся описание характеристик, отражающих отношение между компонентами СЗВ.

Раздел 1.5. Инструментальное и естественное восприятие ФПМ Даётся описание систем технического зрения и сравнительный анализ естественного и технического зрений. Проводится обзор и даются основные характеристики существующих систем существующих систем технического зрения.

ТЕМА 2. Интегрированные системы обработки графических данных в предметных областях.

Раздел 2.1. Общая архитектура ИГС воспроизведения объёмного восприятия сцены ФПМ.

Даётся толкование ИГС, как открытой системы, направленной на фиксацию объёмной сцены проявленного мира средствами технического зрения, представленную в форме матрицы интенсивностей; транспортировку формальной сцены к месту хранения с учётом особенностей каналов связи; первичный анализ качества сцены, обработки сцены с точки зрения прикладных и теоретических задач, визуализация результатов задач в виде объёмной сцены, инструментальных средств, обеспечивающих открытость системы в функциональной, интерфейсной и информационной компонентах.

Раздел 2.2. Интегрированная система обработки аналоговых и цифровых снимков (ОАЦС).

Даётся толкование интегрированной системы ОАЦС, её основных компонент, характеристик и параметров ОАЦС; задач, в способах решения которых применяется ОАЦС.

Раздел 2.3. Рентгеновская томография (РТ) человека.

Даётся описание общей структуры системы рентгеновской томографии, класса задач, в способах решения которых используется РТ. Материал иллюстрируется на примерах.

Раздел 2.4. ЯМР-томография человека и биологических объектов (ЯМРТ).

Даётся описание общей структуры системы ЯМР-томография, класса задач, в способах решения которых используется ЯМРТ. Материал иллюстрируется на примерах.

Раздел 2.5. Формирование изображений с помощью ядерных пучков. Протонография.

Позитронография. Нейтронография.

Даётся описание общей структуры систем получения изображения с помощью ядерных пучков. Обзор класса задач, в способах решения которых используются указанные методики. Материал иллюстрируется на примерах.

Раздел 2.6. Формирование изображения ФПМ с помощью инфракрасного, видимого и ультрафиолетового излучения.

Даётся описание общей структуры системы регистрации электромагнитного излучения в инфрокрасной, видимой и ультрафиолетовой области, класса задач, в способах решения которых она используется. Материал иллюстрируется на примерах.

Раздел 2.7. Формирование ФПМ на основе голографических изображений.

Даётся описание общей структуры системы получения голографических картин, класса задач, в способах решения которых используется эта технология. Материал иллюстрируется на примерах.

ТЕМА 3. Особенности ИГС.

Раздел 3.1. Особенности математического обеспечения.

Описывается геометрические методы представления пространственной сцены, включающие метрику геометрического пространства, способы представления компонент объёмной сцены как множество точек, линий, поверхностей (односторонних, двусторонних с краями, замкнутых), их преобразований на основе аффинных движений.

Даются основные идеи редуцирования многомерной пространственной сцены в физическое пространство.

Раздел 3.2. Особенности алгоритмического обеспечения.

Даётся описание эффективных способов сегментной обработки массивов большой размерности, способов графической визуализации, а также эффективных способов хранения данных о пространственной сцене.

Раздел 3.3. Особенности информационного обеспечения.

Даётся описание структуры легенды (условное обозначение и её смысловая нагрузка, смысловое содержание и особенности пространственной сцены).

Раздел 3.4. Особенности технических и вычислительных средств.

Описываются специализированные технические компоненты графических станций и(или) персональных компьютеров, ориентированных на обработку изображений.

Раздел 3.5. Особенности графического интерфейса.

Описываются способы манипуляции с изображениями (формирование сцены, вращение сцены, манипуляция с источниками освещения, масштабирование сцены и её элементов, раскадровка сцены относительно параметров).

ТЕМА 4. Сравнительный анализ ИГС Раздел 4.1. Концепция задач и областей применения ИГС.

Описывается класс задач, способом решения которых является преобразование пространственных сцен на основе человеко-машиного подхода. Приводятся примеры, иллюстрирующие данный класс задач.

Раздел 4.2. Коммерческое и промышленное применение ИГС.

Даётся обзор прикладных ИГС и инструментов разработки ИГС.

Раздел 4.3. Обзор состояния, тенденций и перспектив развития ИГС.

Даётся обзор современного состояния и развития специализированных и общего назначения ИГС с примерами.

4.3 Практические занятия.

№ п/п Название раздела Наименование практических занятий 4.4. Лабораторный практикум Лабораторный практикум отсутствует 4.5. График выполнения самостоятельных работ студентами самостоятельной работы Реферат ВЗ – выдача задания на самостоятельную работу, РК – рубежный контроль, СЗ – сдача и защита задания Все задания выполняются на семинаре и в дополнительное время 5. Учебно-методическое обеспечение дисциплины 5.1. Рекомендуемая литература Основная:

1. Роджер Д.Ф. Математические основы машинной графики / Роджерс Дэвид Ф., Адамс Дж.Алан; Пер.со 2-го англ.изд. П.А.Монахова и др. под ред. Ю.М.Баяковского и др. - М.:

Мир, 2001. - 604с.: ил. - Алф.указ.:с.592. - ISBN 0-074053529-9.

2. Инженерная и компьютерная графика: Учебник для вузов / Романычева Э.Т., Иванова А.К., Куликов А.С. и др.; Под ред. Э.Т.Романычевой. - М.: Высшая школа, 1996. - 367с. ISBN 5-06-002759-7.

3. Шикин Е.В. Компьютерная графика. Полигональные модели / Шикин Евгений Викторович, Боресков Алексей Викторович. - М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2005. - 464с.: ил. ISBN 5-86404-139-4.

4. Шикин Е.В. Компьютерная графика: Динамика, реалистические изображения / Шикин Евгений Викторович, Боресков Алексей Викторович. - М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1995. - 288с. ISBN 5-86404-061-4.

Дополнительная 5. Залогова Л.А. Компьютерная графика: Практикум / Залогова Любовь Алексеевна. - 2-е изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. - 320с.: ил. - ISBN 5-93208-169-4.

6. Яне Б. Цифровая обработка изображений / Яне Бернд; Пер.с англ. А.М.Измайловой. - М.:

Техносфера, 2007 (.). - 584с.: ил. - (Мир цифровой обработки). - Доп.лит. - ISBN 978-5Аммерал Л. Интерактивная трехмерная машинная графика / Аммерал Л.; Пер.с англ.В.А.Львова. - М.: Сол Систем, 1992. - 317с.: ил. - (Машинная графика на языке Си). Прил.А,Б:с.260.-Лит.:с.313.-Предм.указ.:с.314. - ISBN 5-85316-003-6.

8. Е. В. Шикин, А. В. Боресков,” Компьютерная графика”, Москва, Диалог-МИФИ, 1995.

9.Э. Т. Романычева и др., “Инженерная и компьютерная графика”, Москва, ДМК, 2001.

10. Н.С. Бахвалов и др., Численные методы, Москва, БИНОМ. Лаборотория знаний, 2006.

6. Средства обеспечения освоения дисциплины Материально-техническое обеспечение дисциплины (специализированные лаборатории и классы, приборы, установки, стенды) Специализированный компьютерный класс на 12 рабочих мест, подключённый к сети Интернет и к локальной сети университета, обеспечивающий доступ к инструментальным средствам и информации для проведения семинарских занятий.

7. Вопросы, выносимые на экзамен по курсу ИГС 1. Интерактивная компьютерная графика. Принципы и методология. Иллюстративный и когнитивный аспекты ИКГ. Когнитивная психология и ИКГ 2. Типы геометрических представлений данных.

3. Системы координат. Способы задания кривых (на плоскости и в пространстве) и поверхностей. Явное, неявное, параметрическое.

4. Графические интерфейсы. Инструменты формирования графических объектов.

5. Геометрические сплайны. Сплайн-функции. Случаи одной и двух переменных..

6. Графические интерфейсы. Инструменты преобразования графических объектов.

7. Интерактивные графические системы. Компоненты ИГС 8. Сплайновые кривые. Рациональные кубические В-сплайны.

9. Графический интерфейс Corel Draw. Возможности CAD Corel Draw.

10. Сплайновые поверхности. NURBS (Non-Uniform Rational B-Spline, неоднородные рациональные В-сплайны).

11. Графический интерфейс Microsoft Word. Возможности CAD Microsoft Word.

12. Графические интерфейсы CAD/CAM систем.

13. Проективные преобразования. Проектирование параллельными прямыми.

14. Графический интерфейс Microsoft Excel. Возможности CAD Microsoft Excel.

15. Графический интерфейс Microsoft PoverPoint. Возможности CAD Microsoft PoverPoint.

16. Геометрическая интерпретация задачи линейного программирования.

17. Графический интерфейс редактора Paint. Возможности CAD Paint.

18. Растровые алгоритмы Растровое представление отрезка. Отсечение отрезка.

Закрашивание поверхностей. Закраска области, заданной цветом границы.

19. Методы создания трехмерных объектов в CAD системах.

20. Основные особенности удаленной визуализации.

21. Методы создания трехмерных объектов в CAD системах.

22. Классы геометрических представлений данных: точечные, поверхностные, твердотельные (solid). Ячеечные, граничные, CSG, wire-frame.

23. Графический интерфейс редактора 3DMax. Возможности CAD 3DMax.

24. Формы записи задачи линейного программирования.

25. Простейшие преобразования. Общее аффинное преобразование. Матричная запись основных преобразований. Однородные координаты.

26. Перспективные преобразования. Однородные координаты. Точки схода. Освещение пучком лучей. Построение тени. Удаление невидимых линий и поверхностей.

27. Графический интерфейс редактора Paint. Возможности CAD Paint.

28. Простейшие преобразования. Параллельный перенос. Вращение. Зеркальное отражение от гладких поверхностей. Растяжение - сжатие.

8. Пример экзаменационного билета Государственное образовательное учреждение высшего профессионального Международный университет природы, общества и человека Дисциплина: Интерактивные графические системы 1. Классы геометрических представлений данных: точечные, поверхностные, твердотельные (solid). Ячеечные, граничные, CSG, wire-frame.

2. Интерактивная компьютерная графика. Принципы и методология. Иллюстративный и когнитивный аспекты ИКГ. Когнитивная психология и ИКГ 9. Примерные темы рефератов 1. Сканнеры.

2. GPS- приборы.

3. WEB-Камеры.

4. Видеокамеры.

5. Фотокамеры.

6. Визуализация явлений.

7. Интровидение 8. Графика и компьютерные средства обработки изображений 9. Графические системы визуализации звука.

10. Графические системы распознавания 11. Графическая визуализация эхолокации.

12. Графические средства визуализации моделирования.

13. Зондирование земли.

14. Микроскопия.

15. Осциллографы и мониторы.

16. Радиолокация.

17. Рентгенография.

18. Томография.

19. Графическая визуализация в системах контроля.

20. Спектроскопия.

21. Телевидение.

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московской области

КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН (РАБОЧАЯ ПРОГРАММА)

кафедра Cистемного анализа и управления направление 220100 68 «Системный анализ и управление» курс 5 семестр 2010/2011 уч.года Номер 13 нед 26.11.10 16:10 – Пространственные многогранники. [1] Глава 9. Преобразования в пространстве, Опрос Системы сбора и обработки данных в режиме он-лайн. A Задание 3 с 5-ю вопросами по теме лекции 2 Опрос студ. на 14 нед 03.12.10 16:10 – Построение реалистических изображений [2] Глава - Основы метода трассировки лучей Опрос Интерполяционные методы в технологиях построения А Мониторинг производительности, 2 Обсуждение c 15 нед 10.12.10 16:10 – Интерполяционные методы в технологиях [3] Глава 2. Интерполяция и численное Опрос Интерполяционные методы при дискретном задании A Задание 3 с 5-ю вопросами по теме лекции. 2 Опрос. Защита Числитель - аудиторные занятия, знаменатель - самостоятельное изучение Учебная литература (обязательная) № Название, автор, год издания Примечания 1. Роджер Д.Ф. Математические основы машинной графики / Роджерс Дэвид Ф., Адамс Дж.Алан; Пер.со 2-го англ.изд. П.А.Монахова и др.

под ред. Ю.М.Баяковского и др. - М.: Мир, 2001. - 604с.: ил. - Алф.указ.:с.592. - ISBN 0-074053529-9.

2. Инженерная и компьютерная графика: Учебник для вузов / Романычева Э.Т., Иванова А.К., Куликов А.С. и др.; Под ред.

Э.Т.Романычевой. - М.: Высшая школа, 1996. - 367с. - ISBN 5-06-002759-7.

3. Шикин Е.В. Компьютерная графика. Полигональные модели / Шикин Евгений Викторович, Боресков Алексей Викторович. - М.:

ДИАЛОГ-МИФИ, 2005. - 464с.: ил. - ISBN 5-86404-139-4.

4. Шикин Е.В. Компьютерная графика: Динамика, реалистические изображения / Шикин Евгений Викторович, Боресков Алексей Викторович. - М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1995. - 288с. - ISBN 5-86404-061-4.