コンピュータグラフィックス

コンピュータグラフィックス(CG)は、コンピュータの内部に画像や映像を生成・表示する技術です。画像は人間にとって極めて多くの情報を提供する媒体であることから、見え難いものを見え易く、見えないものを見えるように画像化する分野、すなわち、科学技術計算結果の可視化を行うビジュアライゼーションシステム、自然現象のシミュレーションシステム、医療における断層画像によるビジュアライゼーションシステム、コンピュータ支援設計を行うＣＡＤシステム、教育や娯楽における仮想現実感システム、コンピュータアニメーションなど多くの分野で使われ応用分野は急速に拡がっています。３次元ＣＧを作るためには，モデリングおよび形状データの生成，レンダリングおよび照明・視点の調整など，多くのアルゴリズムを用いた計算処理を必要とします。本講義はＣＧの基本アルゴリズムを主題として、講義の節目ごとにＣ言語によるプログラム表現技術の演習を設定し、ＣＧの基本アルゴリズムを修得することを目的とします。

1.	ＣＧやディジタル画像処理に関する専門的な知識を理解する。
2.	ＣＧの要素技術である座標変換、モデリング、レンダリング、動画のアルゴリズムを表現できる。
3.	学習したＣＧアルゴリズムを基にＣ言語でＣＧプログラムを作成することができる。
4.	空間変換の関数を自作し実装することでＣＧソフトウェアやグラフィクスAPIの特性を理解できる。
5.	ＣＧアルゴリズムを実行するためのＣＧプログラムを作成することができる。

	【授業計画】	【授業時間外課題（予習および復習を含む）】
1.	コンピュータグラフィックスについて・授業の進め方と評価・ＣＧの要素技術と関連技術の関係・ＣＧプログラムとコンピュータ環境の設定について	“コンピュータ環境の設定” ・Ｃ言語プログラムの復習・ＣＧテストプログラムの実行
2.	幾何学変換【１】・点の表現と点の変換・線分の表現と線分の変換・2次元アフィン変換	“2次元座標変換” ・ベクトルと行列の復習・ブレゼンハムの直線プログラム
3.	幾何学変換【２】・変換マトリクス・スケール変換・原点周りの回転	“2次元アフィン変換プログラム” ・図形の幾何学変換・演習問題配布
4.	座標系と幾何学変換【３】・同次座標系と3次元アフィン変換・複合変換と変換マトリクス	“3次元座標変換” ・複合変換演習
5.	投影変換法・投影変換法（透視変換法）とは・透視投影変換行列と平行投影変換行列・視点座標系とビューポート変換・小テストと解説	“投影変換法の理論” ・透視投影変換プログラム・平行投影変換プログラム・第1回小テスト
6.	形状モデリング【１】・陽関数による曲線の数学的表現・ベジェ曲線の描画・ベジェ曲面	“ワイヤーフレーム形状モデル” ・パラメトリック直線、球、円環面・Bezier曲線描画プログラム
7.	形状モデリング【２】・三角ポリゴンと法線ベクトルの計算・立体の幾何モデル・複雑な形状の多角形による近似・隠面消去法	“3次元形状モデル” ・光源モデルと可視・不可視の判定・Stanford Bunny描画プログラム・Ｚバッファ法の実装
8.	レンダリング【１】・局所光源モデルと大域光源モデル・シェーディング・ランバートモデル・フォンモデル	“ＣＧと局所光源モデル” ・陰影付けと輝度計算・ハイライトの表現
9.	レンダリング【２】　・フラットシェーディング　・スムーズシェーディング　・アンチエイリアシング	“線形補間法” ・輝度の線形補間・法線の線形補間・第2回小テスト
10.	レイトレーシング法【１】　・レイトレーシングアルゴリズム　・交差判定　・シャドーイング（影付け）	“球面の光線追跡” ・レイと球面の交差判定・可視点の正反射光の計算・影の計算
11.	レイトレーシング法【２】　・複数の球面のレイトレーシング　・反射と透過光のレイトレーシング　・平面と3角形、4角形のレイトレーシング	“直接光と反射光” ・反射光を考慮したレイトレーシング・レイと3角形の交差判定
12.	レイトレーシング法【３】　・レイトレーシング法によるテクスチャマッピング・曲面へのテクスチャマッピング・グラフィクスAPIを用いたテクスチャマッピング	“テクスチャマッピング” ・地球儀の作成・サイコロの作成・校旗の作成
13.	アニメーション　・リアルタイムＣＧアニメーション　・キーフレームアニメーション　・人間の動作解析と歩行アニメーション	“キーフレームアニメーション” ・モーフィング・2足歩行
14.	自然物体のＣＧ表現　・フラクタル　・パーティクルシステム　・ボリュームレンダリング法　・最新のＣＧの話題	特に予習は必要なし。
15.	期末試験と解説	重要事項は、演習問題・小テスト、レポート課題や授業時の配布資料で示します。それらを中心に、全体に目を通しておいてください。

小テスト（20%）、レポート課題（20%）、期末試験（60%）合計100%として評価します。

教科書：教科書は準備中につき追って掲示します。講義資料配布
参考書：
「コンピュータグラフィックス」安居院猛・中嶋正之共著　昭晃堂
「応用OpenGLグラフィックス」安居院猛・関根詮明共著　森北出版
「WindowsですぐにできるＣ言語グラフィックス」安居院猛・佐野元昭・関根詮明共著　　昭晃堂

・C言語の基礎を復習しておいてください。
・線形代数特にベクトルと行列の取り扱いを復習しておいてください。

・	講義内容等を質問・相談できるオフィスアワーは、講義の前後の時間に設定します。特に講義前の時間は講義室にて待機して質問相談を受けます。また、電子メールでも相談に応じます。

環境に関連しない科目

最終更新 : Thu Jun 09 07:28:04 JST 2016

開講部	工学部
開講学科	情報工学科
開講学年	3年次
開講時期	後期
単位数	2
単位区分	選択
系列区分	専門
講義区分	講義

L0983200

授業の概要

達成目標

授業計画

評価方法と基準

教科書・参考書

履修登録前の準備

オフィスアワー、質問・相談の方法

環境との関連