Computação Gráfica

Código:

CC324

Sigla:

CC324

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Ciência de Computadores

Ocorrência: 2013/2014 - 2S

Ativa?	Sim
Página Web:	http://www.dcc.fc.up.pt/~veronica.orvalho/teaching.html
Unidade Responsável:	Departamento de Ciência de Computadores
Curso/CE Responsável:	Licenciatura em Ciência de Computadores

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
L:CC	34	Plano de estudos de 2008 até 2013/14	2	-	5	-
			3
L:M	3	Plano de estudos a partir de 2009	3	-	5	-
MI:ERS	15	Plano de Estudos a partir de 2007	3	-	5	-

Língua de trabalho

Português

Objetivos

O programa proposto é leccionado nas aulas teóricas onde os principais conceitos são introduzidos e são apresentados exemplos aplicáveis relacionados com filme, jogos e aplicações na medicina. Nos laboratórios os alunos resolverão trabalhos práticos relacionados com os conceitos apresentados nas aulas práticas, implementando soluções em C++ ou Python utilizando o OpenGL. Os alunos devem demonstrar a capacidade de compreender os tópicos avançados ao apresentar um artigo relacionado com um dos temas apresentado nas aulas teóricas. Os objectivos da aprendizagem serão integrados num projecto desenvolvidos nos laboratórios.

Resultados de aprendizagem e competências

Ao concluírem esta disciplina os alunos irão obter os seguinte conhecimentos:

* Compreender cada módulo e componente de um pipeline gráfico

* Aplicar princípios matemáticos em gráficos 2D e 3D

* Como utilizar os princípios básicos de computação gráfica, nomeadamente modelar em 3D, animação, controlo de câmara, texturização, iluminação e renderização

* Desenvolver algoritmos que permitem a representação de objectos 2D e 3D, como polígonos, curvas e superfícies

*Introdução a animação computacional, em particular compreender os princípios de animação e deformação.

*Utilizar hardware de capture de movimento e implementar métodos que permitem a animação de personagens em 3D

*Implementar câmaras na primeira e terceira pessoa e câmaras dinâmicas para permitir a manipulação e controlo de personagens, objetos e ambientes em 3D

*Usar o OpenGL e explorar o seu potencial para aplicar os tópicos apresentados durante o ano

Modo de trabalho

Presencial

Pré-requisitos (conhecimentos prévios) e co-requisitos (conhecimentos simultâneos)

N/A

Programa

*Pipeline gráfico e os seus componentes

*Princípios matemáticos aplicado em computação gráfica: Álgebra Linear e matriz de transformações lineares

*Princípios de Computação Gráfica. Visualização: visualização de transformações, transformações projectivas, projecção perspectiva. Texturização: mapeamento 2D e 3D, algoritmos específicos (por exemplo: bump mapping e displacement mapping). Iluminação e cor: ambiente, Gouraud e Phong. Câmara: primeira e terceira pessoa, frustrum e clipping. Modelos 3D: exportar e renderizar objectos 3D. Animação: introdução ao rigging, animação de keyframe e animação de esqueleto.

*Introdução ao desenvolvimento de algoritmo, tal como a curva de Bezier e deformações de algoritmos como deformadores free form

* Animação computacional: princípios de animação, diferença entre keyframe e captura de movimentos, deformação e animação de personagens

Bibliografia Obrigatória

Tomas Akenine-Moller; Real Time Rendering
Mõller Tomas 1971-; Real-time rendering. ISBN: 9781568814247

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

As metodologias de ensino aplicado são coerente com os objectivos de aprendizagem enumerados porque:

*A teoria permite uma introdução e explicação detalhada e adequada ao conceito descrito no programa, nomeadamente os princípios de computação gráfica, algoritmos e todos os principais componentes do pipeline gráfico, sempre suportado por exemplos ilustrativos actualizados.

*Os laboratórios permitem ao aluno consolidar os conceitos adquiridos e ter um contacto directo com programação gráfica utilizando C++ ou Python e OpenGL.

* A apresentação do artigo dá a possibilidade ao aluno de compreender tópicos avançados em computação gráfica e apresentar um estado de arte num tópico relacionado na área. Isto irá ajudar os alunos em estarem a par com a mais recente tecnologia relacionada com computação gráfica.

* O projecto permite os alunos de reunir os conceitos aprendido numa só aplicação, que irá ajuda na compreensão da importância de todos os passos do pipeline e cada componente.

*O quiz é um pequeno teste que irá ajudar o aluno a compreender o seu conhecimento do curso durante o ano e compreender que tópico específico deverá explorar em mais detalhe.

 

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Participação presencial	20,00
Teste	20,00
Trabalho escrito	30,00
Trabalho laboratorial	30,00
Total:	100,00

Obtenção de frequência

Requisitos necessários para obtenção de frequência à disciplina:
- Nota final mínima de 9.5 valores.

Fórmula de cálculo da classificação final

Aulas teóricas (T): Apresentação dos conteúdos. Discussão de exemplos ilustrativos.
Aulas práticas (P): Demonstração prática dos conteúdos dados nas aulas teóricas. Resolução de problemas. Discussão de dúvidas dos alunos. As aulas envolverão: uso da linguagem C++ ou Python, e OpenGL.

 

Avaliação distribuída com exame final

a)  Prova Tipo 1: 4 quiz a longo do semestre – peso 10% 
b)  Prova Tipo 2: apresentação de artigos  - peso 10% 
d)  Prova Tipo 3: trabalhos independentes (4 Laboratórios) - peso 30% 
d)  Prova Tipo 4: Projecto especial / competição de demos – peso 30% 
c)  Exame Final (*) – peso 20% 
(*) Se a nota média de a) a d)  for superior a 18/20, os alunos poderão optar por não fazer o exame final e ficar com essa nota. Se não a nota final também incluirá o Exame Final.
Avaliação
A avaliação é individual, mesmo nos trabalhos de grupos.

Provas e trabalhos especiais

Trabalhos Especiais:

•Tipo 1: (teste) No início de cada aula de segunda-feira responderão em 5 minutos um teste com cinco perguntas: três delas relativas ao conteúdo da semana anterior e duas relativas aos tópicos que serão desenvolvidos durante essa mesma semana.
•Tipo 2: (apresentação de artigo) Apresentação de 10 minutos de um artigo designado pelo professor. A apresentação deverá incluir uma clara explicação do conteúdo científico e desenvolver o principal tópico do artigo. Faça o download do modelo que deverá utilizar para a apresentação: modelo da apresentação.
•Tipo 3: (trabalhos individuais) Existem 3 trabalhos de laboratório, cada um com o valor de 10 pontos. Os trabalhos de laboratório correspondem à aplicação prática do conhecimento teórico das aulas.
•Tipo 4: (Projecto especial / competição de demos) Deve ser um projecto baseado na tecnologia. O projecto deve incluir os tópicos apresentados nas palestras (consultar horário). Sugiro uma discussão relativamente ao projecto que gostaria de desenvolver no início do semestre, de forma a poder prestar assistência e ajudar a definir os resultados. No final do semestre haverá uma “demo show” de todos os projectos que consiste numa apresentação em tempo real de um minuto. Portanto, sugiro que explorem ao máximo a vossa criatividade, originalidade e capacidade de persuasão. A melhor demo terá um prémio. O tema da competição deste é: “gelatina”

Observações

●      Fundamentals of Computer Graphics, Peter Shirley and Steve Marschner, 3rd edition, A.K. Peters Ltd, 2009.

●      OpenGL (on the web) (http://www.opengl.org)

●      Real Time Rendering, Tomas Akenine-Moller, Eric Haines and Naty Hoffman, 3rd edition, A.K. Peters Ltd, 2008.

●      Essential Mathematics for Games and Interactive Applications, James M. Van Verth, Lars M. Bishop, Elsevier Science, 2008.

●      Geometric Algebra for Computer Science, Leo Dorst, Daniel Fontijne, Stephen Mann, Morgan Kaufmann, 2009.

●      OpenGL Insights, Patrick Cozzi and Christopher Riccio, CRC press, 2012

●      Graphics Shaders, Theory and Practice, Mike Bailey and Steve Cunningham, Taylor and Francis, 2011.

Advance Lighting and Materials with Shaders, Kelly Dempski and Emmanuel Viale, Wordware Publishing Inc., 2006