Drukuj Eksport do pliku (MS Word)
Nazwa przedmiotu:
Wizualizacja i modelowanie w multimediach
Koordynator przedmiotu:
Władysław SKARBEK
Status przedmiotu:
Fakultatywny ograniczonego wyboru
Poziom kształcenia:
Studia I stopnia
Program:
Telekomunikacja
Grupa przedmiotów:
Przedmioty techniczne
Kod przedmiotu:
WIM
Semestr nominalny:
7 / rok ak. 2018/2019
Liczba punktów ECTS:
4
Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
120
Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
2,5
Język prowadzenia zajęć:
polski
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
1,5
Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
  • Wykład30h
  • Ćwiczenia0h
  • Laboratorium15h
  • Projekt0h
  • Lekcje komputerowe0h
Wymagania wstępne:
OPA: Java - obiektowe programowanie aplikacji multimedialnych PTO: Podstawy techniki obrazowej
Limit liczby studentów:
40
Cel przedmiotu:
Celem przedmiotu jest przygotowanie absolwentów do pracy programistycznej z wykorzystaniem nterfejsów systemów stereowizyjnych systemów telewizji 3D. Studenci zapoznają się z narzędziami programowania wizualizacji 2D/3D i programowania algorytmów automatycznego modelowania 2D/3D na podstawie obrazów obiektów. Stanowią one niezbędne uzupełnienie kodowania obrazu w standardach MPEG-4/MVC oraz MPEG-4/3D. Oprócz kodowania wykład odnosi się do aplikacji w czterech innych obszarach multimediów: akwizycja modelu 3D, analiza semantyczna obrazu, indeksowanie obrazu i steganografia obrazu.
Treści kształcenia:
Wprowadzenie. Rola wizualizacji i modelowania geometrycznego w multimediach - przegląd standardów i aplikacji. Koncepcja trzech kamer: kamera rzeczywista, kamera wirtualna, kamera strukturalna. Przegląd narzędzi programowania: język skryptowy Python, interfejsowanie z C/C++, pakiet numeryczny NumPy, pakiet graficzny Pygler, język skryptowy Asymptote. Układy współrzędnych i transformacje w standardach graficznych. Układ sceny, modelu, kamery, rzutnika, okna widokowego. Transformacje między układami współrzędnych. Współrzędne jednorodne. Kwaternion obrotu a macierz obrotu. Macierz daszkowa i wektor daszkowy. Transformacje normalnej do powierzchni. Rzut perspektywiczny. Ostrosłup i bryła widzenia. Macierz rzutu perspektywicznego. Macierz okna widokowego. Aplikacje: (a) klasa obsługi obrotów; (b) oprogramowanie kamery wirtualnej w maszynie stanowej OpenGL. Kolorowanie w OpenGL. Standardowy shader OpenGL. Kolorowanie teksturowe. Elementy języka programowania shaderów GLSL. Nieliniowe modelowanie geometryczne i kolorowanie w trybie shadera. Aplikacje: (a) klasa obsługi obrazów w maszynie stanowej OpenGL; (b) klasa obsługi shaderów w maszynie stanowej OpenGL. Drzewo sceny graficznej. Obiekty elementarne. Stan renderingu obiektu. Obiekty złożone: element, część i cała scena. Oprogramowanie drzewa sceny w maszynie stanowej OpenGL. Drajwery wejścia wizyjnego. Drajwery w systemie Windows i w systemie Linux - oprogramowanie w C/C++. Aplikacja: oprogramowanie interfejsu kamerowego w maszynie stanowej OpenGL, w modelu synchronizowanych kolejek buforowych. Światło strukturalne. Prążki Graya. Detekcja prążków Graya w obrazie sceny płaskiej. Detekcja narożników Graya w obrazie sceny płaskiej. Homografia powierzchni ekranu i powierzchni obrazu kamerowego. Aplikacje: (a) śledzenie plamki wskaźnika laserowego; (b) kompensacja optycznych nieliniowości kamery. Prążki DeBruijna. Detekcja prążków DeBruijna w obrazie sceny ruchomej. Zasady stereowizji. Geometria dwubiegunowa. Macierz fundamentalna i macierz istotna. Kalibracja kamery: parametry wewnętrzne, położenie i orientacja. Synteza widoków pośrednich w telewizji 3D. Problem korespondencji punktów. Aplikacje: (a) oprogramowanie kalibracji kamery w technice prążków Graya; (b) punktowe modelowanie powierzchni statycznych obiektów w technice prążków Graya; (c) punktowe modelowanie powierzchni ruchomych obiektów w technice prążków DeBruijna. Standardy kodowania w stereowizji. Kodowanie wielowidokowe - MPEG-4/MVC. Kodowanie wideo 3D - MPEG-4/3D-TV. Modelowanie CAD. Krzywe stożkowe, kwadryki, krzywe i powierzchnie Bezier, B-sklejane oraz NURBS. Aplikacje: (a) dyskretyzacja i wizualizacja krzywych i powierzchni; (b) automatyczne modelowania dyskretnych zbiorów punktów. Modelowanie różniczkowe. Krzywizna krzywej, ramka Freneta, dyskretyzacja krzywizny, formy kwadratowe pierwszego i drugiego rodzaju, krzywizna Gaussa, krzywizna średnia. Aplikacje: (a) konturowy deskryptor kształtu w przestrzeni krzywizn skalowalnych; (b) normalizacja modelu twarzy 3D.
Metody oceny:
K - kolokwium końcowe, 0-100 pkt. L - średnia ocena z 5 laboratoriów,0-100 pkt. O = (K+L)/2 Ocena do indeksu: 5,0 gdy O>90; 4,5 gdy O>80; 4,0 gdy O>70; 3,5 gdy O>60; 3,0 gdy O>50, w przeciwnym razie 2,0.
Egzamin:
nie
Literatura:
1. Materiały szkoleniowe standardu OpenGL: www.opengl.org 2. Cyganek, Siebert: An Introduction to 3D Computer Vision Techniques and Algorithms, Wiley, 2009 3. Ma, Soato, Kosecky, Sastry : An Invitation to 3D Vision, Springer 2004 4. Watt: 3D Computer Graphics, Addison Wesley, 2000 5. Marsh: Applied Geometry for Computer Graphics and CAD, Springer, 1999
Witryna www przedmiotu:
http://studia.elka.pw.edu.pl/priv/WIM.A
Uwagi:

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Charakterystyka W1
Student posiada podstawową wiedzę na temat wizualizacji 3D.
Weryfikacja: 2 testy i 1 kolokwium
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W01, K_W04, K_W13
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_WG
Charakterystyka W2
Student posiada podstawową wiedzę na temat modelowania 3D na podstawie obrazów cyfrowych.
Weryfikacja: 2 testy i 1 kolokwium
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W01, K_W04, K_W13
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_WG

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Charakterystyka U1
Potrafi programować efekty wizualizacyjne z zastosowaniem współczenych standardów grafiki 3D.
Weryfikacja: zadania laboratoryjne
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U01, K_U03, K_U09, K_U13
Powiązane charakterystyki obszarowe: III.P6S_UW.2.o, I.P6S_UU, I.P6S_UW, III.P6S_UW.4.o, III.P6S_UW.3.o
Charakterystyka U2
Potrafi analizować i charakteryzować systemy stereowizyjne i telewizji 3D.
Weryfikacja: zadania laboratoryjne
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U01, K_U03, K_U09, K_U12
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_UW, III.P6S_UW.2.o, I.P6S_UU, III.P6S_UW.4.o

Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne

Charakterystyka K1
potrafi określić priorytety rozwoju technik multimedialnych 3D w kraju i na świecie.
Weryfikacja: pytania testowe
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_K01, K_K07
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_KO