Számítógépes grafika és képfeldolgozás

A tantárgy angol neve: Computer Graphics and Image Processing

Adatlap utolsó módosítása: 2011. január 23.

Tantárgy lejárati dátuma: 2015. január 31.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar

Műszaki Informatika Szak

 

 

Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VIFO4351 7 4/0/0/v 5 1/1
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Szirmay-Kalos László,
4. A tantárgy előadója

Név:

Beosztás:

Tanszék, Int.:

dr. Szirmay-Kalos László

Egyetemi tanár

Irányítástechnika és Informatika

Dr. Székely Vladimir

Egyetemi tanár

Elektronikus Eszközök

5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít

Számítógép labor, Fizika.

6. Előtanulmányi rend
Kötelező:
TárgyEredmény( "BMEVIEV2217" , "jegy" , _ ) >= 2
VAGY TárgyEredmény( "BMEVIEV2239" , "jegy" , _ ) >= 2
VAGY TárgyEredmény( "BMEVIEV2214" , "jegy" , _ ) >= 2
VAGY TárgyEredmény( "BMEVIEV2501" , "jegy" , _ ) >= 2
VAGY TárgyEredmény( "BMEVIEVF508" , "jegy" , _ ) >= 2
VAGY TárgyEredmény( "BMEVIHVA214" , "jegy" , _ ) >= 2
VAGY Szakirány2R( "KIEG", "2004/05/1" ) >0
VAGY Szakirány2R( "KIEG", "2005/06/1" ) >0
VAGY Szakirány( ahol a SzakirányKód = "KIEGI", ahol a Ciklus = "2006/07/1")
VAGY KépzésLétezik( ahol a KépzésKód = "5N-08S")

A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

A kötelező előtanulmányi rendek grafikus formában itt láthatók.

7. A tantárgy célkitűzése

A tárgy a számítógépes grafika és a képfeldolgozás alapjait mutatja be, megismertet a képi információ előállításának, megjelenítésének, mérésének és feldolgozásának a módszereivel.

8. A tantárgy részletes tematikája
  1. hét:

Az emberi látás és a képi információ tulajdonságai

Az emberi szem felépítése. A retina és működése. Adaptáció és akkomodáció. A látótér és látásélesség. A képmegjelenítés szükséges képpontszáma. Villódzásérzet és mérése. A képi megjelenítés technikai követelményei: világítástechnika, képváltási frekvencia, TV és számítógépes megjelenítés. A szín, Grassmann törvény, színillesztő függvények. RGB, XYZ, CMY és HLS színrendszerek.

2. hét:

A számítógépek grafikus megjelenítésének elvei

Rasztergrafika. PC grafikus kártyák blokkvázlata. Valós és indexelt színkezelés. Kettős hozzáférési és időzítési problémák. Leképzés kevés árnyalatú eszközre, dithering eljárások. Grafikus I/O eszközök. Grafikus könyvtárak, interaktív rendszerek.

3. hét:

Digitális képek felvétele és szűrése és tárolása

Az optikák tulajdonságai. Kamerák. Digitalizálás és visszaállítás. Képjavítási eljárások. Hisztogram kiegyenlítés és transzformációk. Képek szűrése: lineáris eljárások, 2D konvolúció. Valós idejű szűrés. Nemlineáris eljárások: rank és medián szűrés. Képek tömörítése, fájlformátumok.

4. hét:

Digitális képfeldolgozás módszerei

Az élkeresés módszerei. Sobel, Roberts és Laplace operátorok. Vágás küszöbértékkel. Adaptív vágás. Paletta átszínezés. Képjavítás Laplace operátorral. Képek kezelése a Fourier térben. A kép Fourier sorának értelmezése. Térfrekvenciák, térharmonikusok. Szűrés, képélesítés a Fourier térben. Dekonvolúciós képjavítás.

5. hét:

A számítógépes grafika alapfeladatai.

2D és 3D grafika összehasonlítása. Modellezés, reprezentáció, kétszintézis. Geometriai modellezés: Descartes és homogén koordináták, Lagrange, Bézier, B-spline görbék, felületek, CSG és B-rep testek.

6. hét:

Geometriai transzformációk és geometriai adatszerkezetek

Homogén koordináták projektív geometriai értelmezése. Affin és ideális pontok. Homogén lineáris transzformációk. Átfordulási probléma. Geometriai adatszerkezetek, geometriai és topológiai információ szétválasztása.

7. hét:

2D képszintézis

2D megjelenítési csővezeték. Modellezési és nézeti transzformáció. Vágás. Szakaszok és területek raszterizációja. Hardver implementáció. Csipkézettség csökkentés.

8. hét:

3D képszintézis elméleti alapjai

A fényerősség mértékei: fluxus és radiancia. Az árnyalási egyenlet. BRDF modellek. Az árnyalási egyenlet megoldásának lehetőségei. Egyszerű és rekurzív sugárkövetés. Sugármetszési eljárások. Gyorsítási lehetőségek (befoglaló dobozok, BSP fa, oktális fa, reguláris térháló).

9-10. hét:

3D inkrementális képszintézis

3D megjelenítési csővezeték. Tesszelláció, transzformációk, vágás, vetítés, takarás (z-buffer). Árnyalás (Gouraud és Phong módszerek). 3D grafikus hardver.

11. hét:

Textúra leképzés és térfogatvizualizáció

Textúra leképzés fogalma és alkalmazása sugárkövetésnél és inkrementális képszintézisnél. Hardvertámogatás. Térfogatvizualizáció elvei. Fényelnyelő anyagok modellezése. Térfogati sugárkövetés. CT és MRI adatok megjelenítése. Tudományos vizualizáció.

12-13. hét:

Számítógépes animáció

Valószerű mozgás kritériumai. Spline-animáció. Keyframe animáció. Pályaanimáció. Karakteranimáció, hierarchiák kezelése. Inverz kinematika. Animációs rendszerek (Maya).

14. hét:

Esettanulmány.

 

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

A tárgyban az elmélet alkalmazása különleges hangsúlyt kap. A tárgyalt módszereknél mindig megmutatjuk, hogy azok hogyan implementálhatók C++ nyelven. Ezen kívül a hallgatók megismerik az OpenGL könyvtárat, a GLUT és a Cg nyelv alapjait is. Az önálló programozási munka ösztönzése érdekében a félév során 4 kisfeladatot adunk ki, valamint a hallgatók egy saját nagyfeladatot készíthetnek. A kisfeladatok és a nagyfeladat eredményét a vizsgán elért pontokhoz, amennyiben azok önmagukban elegendőek az elégséges jegyhez, hozzáadjuk. A kisfeladatokat 2 héten belül, a nagyfeladatot a félév utolsó hetében, csak kijelölt időpontban, személyesen kell leadni. A kisfeladatok beadása előtt konzultációs lehetőséget adunk.

10. Követelmények
10. Követelmények

a. A szorgalmi időszakban: 4+1 kisfeladat. Az aláírás feltétele: legalább három kisfeladat elkészítése. A nagyfeladattal két kisfeladat váltható ki. 
b. A vizsgaidőszakban:
A vizsga írásbeli. A vizsga osztályzatát a házifeladatokra kapott pontok javíthatják. A kreditpont megszerzésének feltétele: legalább elégséges vizsgaosztályzat elérése.

A vizsgaeredmények értékelése: Az elégségeshez az összes, 30 pont 40%-át, azaz 12 pontot kell elérni. A jegy kiszámításának módja:

int Jegy(int vizsgapontok, int kisházik, int nagyházi) {

   int hozottpontok = kisházik * 3 + nagyházi * 6;

   int v = vizsgapontok + min(vizsgapontok, hozottpontok); 

   if (v < 12) return 1;

   if (v < 15) return 2;

   if (v < 18) return 3;

   if (v < 21) return 4;

   return 5;

}  

11. Pótlási lehetőségek A házi feladatokat az előírt határidő után nem lehet beadni.
12. Konzultációs lehetőségek Kisfeladatok beadása előtt, az előadáson kihirdetett időpontokban.
13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom
  • Szirmay-Kalos László, Antal György, Csonka Ferenc: Háromdimenziós grafika, animáció és játékfejlesztés. ComputerBooks, 2003.
  • Székely Vladimir: A képtechnika alapjai, Segédanyag.
  • Székely Vladimir, Poppe András: A számítógépes grafika alapjai az IBM PC-n, ComputerBooks, 1992.
  • Székely Vladimir: Képkorrekció, hanganalízis, térszámítás PC-n, ComputerBooks, 1994.
  • Schalkoff: Digital Image Processing and Computer Vision, John Wiley, 1989.
  • Pratt: Digital Image Processing, John Wiley, 1991.
  • A. Watt: Advanced Rendering and Animation.

Óravázlat mélységű tematika (fóliák).

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
Kontakt óra
Félévközi készülés órákra
Felkészülés zárthelyire
Házi feladat elkészítése
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása
Vizsgafelkészülés
Összesen
15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

Név:

Beosztás:

Tanszék, Int.:

Dr. Szirmay-Kalos László

Egyetemi tanár

IIT

Dr. Székely Vladimir

Egyetemi tanár

EET