2894
.pdfМИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
А. Я Лахов
ТРЕХМЕРНАЯ ГРАФИКА
Учебно-методическое пособие
по подготовке к лекциям, практическим и семинарским занятиям (включая рекомендации обучающимся по организации самостоятельной работы) по дисциплине «Трехмерная графика» для обучающихся по направлению подготовки 09.03.02 Информационные системы и технологии, направленность (профиль) Информационные системы и технологии
Нижний Новгород
2022
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
А. Я. Лахов
ТРЕХМЕРНАЯ ГРАФИКА
Учебно-методическое пособие
по подготовке к лекциям, практическим и семинарским занятиям (включая рекомендации обучающимся по организации самостоятельной работы) по дисциплине «Трехмерная графика» для обучающихся по направлению подготовки 09.03.02 Информационные системы и технологии, направленность (профиль) Информационные системы и технологии
Нижний Новгород ННГАСУ
2022
1
УДК 681.3 (075)
Лахов, А. Я А. Трехмерная графика : учебно-методическое пособие / А. Я. Лахов, Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет. – Нижний Новгород : ННГАСУ, 2022. – 10 с. : ил. – Текст : электронный.
Даются тематика лекций, их краткое содержание, а также методические рекомендации по самостоятельной работе обучающихся по дисциплине «Трехмерная графика». Указывается необходимая литература и источники, разъясняется последовательность их изучения, выделяются наиболее сложные вопросы и даются рекомендации по их изучению, приводится тематика расчѐтных работ.
Предназначено для обучающихся в ННГАСУ по дисциплине «Трехмерная графика» по направлению подготовки 09.03.02 Информационные системы и технологии, направленность (профиль) Информационные системы и технологии.
А. Я. Лахов, 2022ННГАСУ. 2022.
2
Учебно-методическое пособие по подготовке к лекциям (включая рекомендации по организации самостоятельной работы) по дисциплине «Трехмерная графика» предназначены для студентов четвертого курса, обучающихся по направлению 09.03.02 Информационные системы и технологии, и содержат программу для проведения лекционных занятий, а также методические рекомендации по самостоятельной работе.
Цель учебно-методического пособия: помочь студентам при изучении учебной программы с использованием лекционных материалов и рекомендуемой учебно-методической литературы при формировании необходимых компетенций дисциплины «Трехмерная графика».
Целями освоения дисциплины Б.1.В.43.02.Трехмерная графика являются ознакомление студентов с использованием DirectX,- ознакомление студентов с программами, создающими иллюзию присутствия в имитируемом пространстве, изучение студентами полигонального представления сцены, представления отдельных объектов в виде полигональных объектов, использования перспективной проекции, вопросов обеспечения высокой скорости рендеринга ,- изучение студентами создания геометрических объектов, создания анимации, использования освещения, материалов и текстур;- изучение создания демороликов и демосцен,- изучение студентами библиотеки DXUT, создания приложений DXUT, вывод текста на экран, вывод модели на экран.
В лекциях излагается общая характеристика вопросов, даются практические примеры применения трехмерной графики, осуществляется групповая работа студентов и преподавателя по выполнению заданий по разработке программного обеспечения или информационных систем. Главной целью лекции является привитие студентам интереса к изучаемому материалу, формирование мотивации к последующему самостоятельному анализу рассматриваемой проблематики. На лекциях студентам раскрываются наиболее сложные вопросы и теоретические положения, показывается их практическая значимость, даются рекомендации по углубленному самостоятельному изучению теории и практики.
На лекциях по дисциплине «Трехмерная графика» широко используются активные формы проведения занятий. Такие формы организации образовательного процесса, способствуют разнообразному (индивидуальному, групповому, коллективному) изучению учебных вопросов (проблем), активному взаимодействию студентов и преподавателя, живому обмену мнениями между ними, нацеленному на выработку правильного понимания содержания изучаемой темы и способов ее практического использования.
Материал пропущенных лекций студент восстанавливает самостоятельно и по всем непонятным положениям и вопросам обращается за разъяснением к преподавателю.
Самостоятельная работа направлена на развитие компетенций дисциплины:
-ПК-1. Способность выполнять интеграцию программных модулей и компонент;
-ПК-2. Способность выполнять работы по созданию (модификации) и сопровождению информационных систем.
3
Виды и формы самостоятельной работы студентов по дисциплине: -систематическая проработка лекций, основной и дополнительной
литературы; -выполнение расчѐтно-графической работы;
-подготовка к зачѐту; Содержание разделов дисциплины «Трехмерная графика» представлено в
таблице 1.
|
|
Таблица 1 Содержание разделов дисциплины |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Аудиторная работа, час. |
Формы текущего контроля |
|
|||||
п |
Наименование раздела учебной |
успеваемости |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|||||
п/ |
дисциплины (модуля). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Практ. |
|
||
№ |
|
|
Практ. |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|||
Тема занятия |
Лекц. |
Лаб. |
Лекц. |
Лаб. |
|
Семин |
|
||
|
Семин. |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СЕМЕСТР № 6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
Система Direct 3D Динамическая |
2 |
2 |
|
устный |
отчет |
|
|
|
|
трехмерная графика. Система Direct |
|
|
|
опрос |
по |
|
|
|
|
3D Динамическая трехмерная |
|
|
|
|
лабора |
|
|
|
|
графика. Использование X-Studio. |
|
|
|
|
торной |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
работе |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
Создание геометрических объектов. |
2 |
2 |
|
устный |
отчет |
|
|
|
|
Создание геометрических объектов. |
|
|
|
опрос |
по |
|
|
|
|
Создание трехмерного |
|
|
|
|
лабора |
|
|
|
|
треугольника. |
|
|
|
|
торной |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
работе |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
Анимация объектов и камеры. |
2 |
2 |
|
устный |
отчет |
|
|
|
|
Анимация объектов и камеры. |
|
|
|
опрос |
по |
|
|
|
|
Анимация геометрических объектов |
|
|
|
|
лабора |
|
|
|
|
с помощью матриц. |
|
|
|
|
торной |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
работе |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
Изучение источников света. |
2 |
2 |
|
устный |
отчет |
|
|
|
|
Изучение источников света. |
|
|
|
опрос |
по |
|
|
|
|
Создание направленного источника |
|
|
|
|
лабора |
|
|
|
|
света. |
|
|
|
|
торной |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
работе |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
Изучение материалов и текстур. |
2 |
2 |
|
устный |
отчет |
|
|
|
|
Изучение материалов и текстур. |
|
|
|
опрос |
по |
|
|
|
|
Создание геометрического объекта |
|
|
|
|
лабора |
|
|
|
|
с текстурами. |
|
|
|
|
торной |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
работе |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4
1 |
Деморолики и демосцены. |
2 |
|
2 |
|
устный |
отчет |
|
|
|
Деморолики и демосцены. |
|
|
|
|
опрос |
по |
|
|
|
Создание деморолика. |
|
|
|
|
|
лабора |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
торной |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
работе |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
Библиотека DXUT. Библиотека |
2 |
|
2 |
|
устный |
отчет |
|
|
|
DXUT. Начальный проект DXUT. |
|
|
|
|
опрос |
по |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
лабора |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
торной |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
работе |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
Вывод модели на экран. Вывод |
3 |
|
3 |
|
устный |
отчет |
|
|
|
модели на экран. Загрузка 3D |
|
|
|
|
опрос |
по |
|
|
|
модели и визуализация. |
|
|
|
|
|
лабора |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
торной |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
работе |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ИТОГО: |
17 |
|
17 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
На консультациях в течение |
семестра |
студенты могут обсуждать с |
||||||
преподавателем различные вопросы по выполнению расчѐтно-графической работы (РГР).
Рекомендуется проработать конспект лекций, затем повторить теоретический материал, пользуясь рекомендованной основной и дополнительной литературой. Если после этого остаются вопросы, рекомендуется выписать их и обратиться к преподавателю на консультациях.
РГР предусмотрена в 6 семестре. Целями выполнения РГР при изучении дисциплины «Трехмерная графика» являются:
- самостоятельное углублѐнное изучение отдельных разделов курса; -закрепление навыков программирования, полученных в течение всего
срока обучения.
Общее задание на РГР: разработать трехмерную сцену с использованием DirectX, которая в соответствии с вариантом задания представляет заданный архитектурный объект. Трехмерная сцена должна содержать геометрическую модель здания, текстуры фасадов, реализовывать анимацию модели здания.
Тематика РГР:
1.Создание деморолика архитектурного объекта ( ул. Ильинская )
2.Создание деморолика архитектурного объекта ( ул. Рождественская )
4.Создание деморолика архитектурного объекта ( пл. Горького )
5..Создание деморолика архитектурного объекта ( Верхнее-волжская наб.)
6.Создание деморолика архитектурного объекта ( пл. Минина ) .
7.Создание деморолика архитектурного объекта ( Нижне--волжская наб.) .
8.Создание деморолика архитектурного объекта ( ул. Варварская )
9.Создание деморолика архитектурного объекта ( Нижегородский кремль )
5
10. Создание деморолика архитектурного объекта ( ул. Пискунова)
В течение курса со студентами проводятся индивидуальные и групповые консультации по вопросам выполнения РГР, а также по общетеоретическим вопросам, возникающим при самостоятельной работе студентов при подготовке к занятиям и выполнении РГР. Результатом выполнения РГР является пояснительная записка, описывающая разработку трехмерной модели в X формате и программный код. При выставлении оценки (от 2,0 до 5,0 баллов) за РГР оценивается способность студента разрабатывать трехмерные сцены на основе DirectX в соответствии с индивидуальным заданием.
Зачет предусмотрен в 6 семестре. Перед зачѐтом студентам выдаѐтся список примерных вопросов, по которым можно понять, на что нужно сделать упор при подготовке к зачѐту.
Студент допускается к зачѐту, если он выполнил РГР и сдал все лабораторные работы. При подготовке к зачету после получения перечня вопросов рекомендуется:
1)внимательно прочитать материал лекций; 2)постараться разобраться с непонятными, в частности, новыми терминами,
используя рекомендованную литературу; 3)просмотреть все лабораторные работы;
4)выписать вопросы для подробного обсуждения с преподавателем на консультации.
Примерные вопросы, выносимые на зачет приведены в таблице 2.
Таблица 2. Примерные вопросы
№ п/п |
Типовые задания, вопросы |
Индикаторы достижения |
|
компетенций |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
СЕМЕСТР № 6 |
|
|
Система Direct 3D Динамическая трехмерная графика |
|
|
1 |
Вопрос |
ПК-2.4, ПК-2.15 |
|
Как использовать геометрические примитивы |
|
|
различных типов? |
|
2 |
Задача |
ПК-1.3, ПК-1.7 |
|
Создать 3D сцену в программе XStudio, содержащую |
|
|
модель геометрических примитивов (3 сферы), |
|
|
присвоить им свойства материалов, добавить в сцену |
|
|
направленный источник света |
|
Создание геометрических объектов |
|
|
1 |
Вопрос |
ПК-1.4 |
|
Зачем используются Mesh - объекты? |
|
2 |
Задача |
ПК-1.7, ПК-2.4 |
|
Создать приложение Direct3D на языке Visual C++ |
|
|
визуализации прямоугольника. |
|
Анимация объектов и камеры |
|
|
1 |
Вопрос |
ПК-1.7 |
|
6 |
|
|
Какие матрицы используются для реализации |
|
|
анимации объектов? |
|
2 |
Задача |
ПК-1.7, ПК-2.4 |
|
Создать приложение Direct3D на языке Visual C++ |
|
|
визуализации перемещения прямоугольника. |
|
Изучение источников света |
|
|
1 |
Вопрос |
ПК-1.7 |
|
Зачем используется материалы и освещение? |
|
2 |
Задача |
ПК-1.7, ПК-2.4 |
|
Создать приложение Direct3D на языке Visual C++ |
|
|
визуализации куба, освещенного направленным |
|
|
источником света. |
|
Изучение материалов и текстур |
|
|
1 |
Вопрос |
ПК-2.4 |
|
Что такое текстурирование объектов? |
|
2 |
Задача |
ПК-1.7, ПК-2.4 |
|
Создать приложение Direct3D на языке Visual C++ |
|
|
визуализации куба с наложенными текстурами. |
|
Деморолики и демосцены |
|
|
1 |
Вопрос |
ПК-2.4, ПК-2.15 |
|
Какие элементы включает демосцена? |
|
2 |
Задача |
ПК-1.7, ПК-2.4 |
|
Создать приложение Direct3D на языке Visual C++ |
|
|
визуализации 3D сцены с геометрическими |
|
|
примитивами с текстурами, источником света, |
|
|
использованием анимации - вращения. |
|
Библиотека DXUT |
|
|
1 |
Вопрос |
ПК-2.4, ПК-2.15 |
|
Из каких частей состоит базовое приложение с |
|
|
использованием библиотеки DXUT? |
|
2 |
Задача |
ПК-1.7, ПК-2.4 |
|
Создать приложение DXUT на языке Visual C++ |
|
|
визуализации заданного текста. |
|
Вывод модели на экран |
|
|
1 |
Вопрос |
ПК-2.4, ПК-2.15 |
|
Какие форматы геометрических моделей |
|
|
поддерживаются библиотекой DXUT? |
|
2 |
Задача |
ПК-1.4, ПК-2.4 |
|
Создать приложение DXUT на языке Visual C++ |
|
|
визуализации 3D модели в X формате. |
|
Показатели оценки по зачѐту представлены в таблице 3.
Таблица 3 Показатели оценки по зачѐту
Показатели |
|
|
|
|
|
оценивания |
Бал-лы |
Оценка |
Критерий оценки |
||
компетенций |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Результаты освоения |
4,5 - 5,0 |
«зачтено» |
ставится |
обучающемуся, |
|
дисциплины |
|
|
показавшему |
|
глубокие |
соответствует |
|
|
систематизированные |
знания |
|
|
|
7 |
|
|
|
Показатели |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
оценивания |
Бал-лы |
Оценка |
Критерий оценки |
|
||||||
компетенций |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
требованиям ФГОС |
|
|
учебного |
материала, |
в |
полной |
||||
|
|
|
|
мере |
|
соответствующие |
||||
|
|
|
|
требованиям к уровню подготовки |
||||||
|
|
|
|
обучающегося, |
|
проявившему |
||||
|
|
|
|
творческие |
|
способности |
в |
|||
|
|
|
|
понимании, |
изложении |
и |
||||
|
|
|
|
использовании |
|
|
|
учебного |
||
|
|
|
|
материала |
|
при |
|
решении |
||
|
|
|
|
поставленных |
задач, |
умеющему |
||||
|
|
|
|
обобщать |
|
|
информацию, |
|||
|
|
|
|
аргументировано |
и практически |
|||||
|
|
|
|
без ошибок ответившему на все |
||||||
|
|
|
|
вопросы. |
|
|
|
|
|
|
Результаты освоения |
3,5 - 4,4 |
«зачтено» |
ставится |
|
|
обучающемуся, |
||||
дисциплины |
|
|
|
продемонстрировавшему |
|
|
||||
соответствует |
|
|
достаточно |
|
полные |
|
знания |
|||
требованиям ФГОС |
|
|
учебного |
материала, |
в |
целом |
||||
|
|
|
|
соответствующие |
требованиям к |
|||||
|
|
|
|
уровню |
|
|
подготовки |
|||
|
|
|
|
обучающегося, способность к их |
||||||
|
|
|
|
самостоятельному восполнению и |
||||||
|
|
|
|
обновлению |
в |
ходе |
|
решения |
||
|
|
|
|
поставленных |
задач, |
|
умение |
|||
|
|
|
|
систематизировать |
информацию, |
|||||
|
|
|
|
допустившему негрубые ошибки и |
||||||
|
|
|
|
недочеты. |
|
|
|
|
|
|
Результаты освоения |
2,5 - 3,4 |
«зачтено» |
ставится |
|
|
обучающемуся, |
||||
дисциплины |
|
|
|
показавшему |
уровень |
знаний |
||||
соответствует |
|
|
учебного |
материала |
в |
объѐме, |
||||
требованиям ФГОС |
|
|
минимально |
необходимом |
для |
|||||
|
|
|
|
решения |
поставленных |
задач, |
||||
|
|
|
|
знание |
основ |
дисциплины, |
||||
|
|
|
|
владеющего |
|
|
навыками |
|||
|
|
|
|
логического |
мышления |
и |
||||
|
|
|
|
допустившему непринципиальные |
||||||
|
|
|
|
ошибки при ответе на вопросы. |
||||||
Результаты |
освоения |
0,0 - 2,4 |
«не зачтено» |
ставится |
|
|
обучающемуся, |
|||
дисциплины |
НЕ |
|
|
показавшему |
|
существенные |
||||
соответствует |
|
|
пробелы |
в |
знании |
основного |
||||
требованиям ФГОС |
|
|
учебного |
|
|
|
материала, |
|||
|
|
|
|
допустившему |
принципиальные |
|||||
|
|
|
|
ошибки при применении знаний, |
||||||
|
|
|
|
которые |
не |
позволяют |
ему |
|||
|
|
|
|
приступить |
к |
|
решению |
|||
|
|
|
|
поставленных |
|
задач |
|
без |
||
|
|
|
|
дополнительной подготовки. |
|
|||||
8
Перечень основной и дополнительной учебной литературы, необходимой для освоения дисциплины.
Печатные и электронные издания
1.Баранов С. Н.. Основы компьютерной графики : Учебное пособие. / Баранов С. Н., Толкач С. Г. ; С. Н. Баранов, С. Г. Толкач. – Красноярск : Сибирский федеральный университет, 2018. – 88 с. – URL: URL: http://www.iprbookshop.ru/84276.html. – ISBN ISBN 978-5-7638-3968-5.
2.Васильев С.А.. OpenGL. Компьютерная графика : учебное пособие. / Васильев С.А. ; С.А. Васильев. – Тамбов : Тамбовский государственный технический университет, ЭБС АСВ, 2012. – 81 c. – URL: URL: http://www.iprbookshop.ru/63931.html.
3.Папуловская Н.В.. Математические основы программирования трехмерной графики : учебно-методическое пособие. / Папуловская Н.В. ; Н.В. Папуловская. – Екатеринбург : Уральский федеральный университет, 2016. – 112 c. – URL: URL: http://www.iprbookshop.ru/68345.html. – ISBN ISBN 978-5-7996-1942-8.
Перечень ресурсов информационно – телекоммуникационной сети «интернет» (далее - сеть «интернет»), необходимых для освоения дисциплины:
поисковые системы Google, Yandex
9