Számítógépes grafika

Ez az új tanterv tárgya, a régiért lásd: Számítógépes grafika és képfeldolgozás

Számítógépes grafika

Tárgykód	VIIIAB07
Régi tárgykód	VIIIAB03
Általános infók
Szak	info
Kredit	3
Ajánlott félév	4
Keresztfélév	van
Tanszék	IIT
Követelmények
KisZH	nincs
NagyZH	1 db
Házi feladat	3 db
Vizsga	nincs
Elérhetőségek
Levlista	grafika@NO-SPAM.sch.bme.hu
Tantárgyi adatlap
Tárgyhonlap
Facebook tanulmányi csoport

A tárgy a képi információ előállításának és feldolgozásának algoritmusait mutatja be, a hallgatókat bevezetve az interaktív grafikus alkalmazások készítésébe és a grafikus hardver programozásába. A Számítógépes grafika és képfeldolgozás tárgy utódja.

Követelmények

Előtanulmányi rend

A programozás alapjai 2 tárgyból kredit megszerzése szükséges a tárgy felvételéhez.

A szorgalmi időszakban

• A kari Moodle rendszerben minden témakör leadása után megnyílik az adott témakörhöz egy-egy kérdőív. Ezeknek a kérdőíveknek minimum 66%-át ki kell tölteni a tárgy telejesítéséhez, azonban ezek eredménye a tárgyba semennyire nem számít bele. Üres beadással is teljesíthetőek.
• 3 kis házi feladat leadás van, ezek félévente változóan vagy fakultatívak vagy nem, ha nem, akkor általában minimum 3 pontot kell szerezni. Összesen 9 pontot lehet rájuk kapni, a felosztás régebben 3-3-3, mostanában 2-3-4 szokott lenni. Aktuális szabályokat lásd az előadásdiákon.
  • A házikra nem közvetlenül kapsz pontot. A házikat el kell fogadniuk, de a pont csak akkor számít bele a jegybe, ha még "megvéded" a ZH-n a pontjaidat.
• Opcionálisan választható nagy házi feladat, 3 pontot érhet. Ennek témaköre nem lehet a kisházikkal egyező, és annál komplexebb kell legyen. Részleteket az oktatóval egyeztesd.
• Egy ZH-t kell sikeresen megírni (30 pontos), ebből születik a félév végi jegy.
  • A ZH-n a 3 kisházihoz tartozik 1-1 ellenőrző kérdés, ami a házi témaköréhez kapcsolódik. Ha ezekre a kérdésekre jól válaszolsz, a jegybe beleszámít az adott házira kapott pontod kétszerese. Ha nem jó a válaszod, nem ér semmit a HF-pontod. Viszont a ZH pontszám-felosztása miatt még így is teljesítheted a tárgyat.

• Pótlási lehetőségek:
  • A házi feladatok nem pótolhatók, de a 9 pontból csak 3-mat kell minimálisan szerezni.
  • PótZH van, általában 1 vagy 2 héttel később.
  • Aláíráspótló nincs minden félévben! Ha a tantárgyi adatlapra nem írják oda, hogy lesz, akkor biztosan nem lesz. Ha nincs PPZH (vagy az se sikerülne), méltányossági kérelmet elfogadnak egy ismételt pótlási alkalomra.

• Előadáson, néha a ZH-n kaphatók bónuszpontok még egyéb kérdésekkel.
• Összesen 56 pont szerezhető (30 ZH + 9*2 KHF + 3*2 NHF + bónusz), de a jegyszámításnál mondhatni 32 a megszokott 100%.

Ponthatárok

Pont	Jegy
0 - 11	1
12 - 15	2
16 - 19	3
20 - 23	4
24 -	5

Segédanyagok

Jegyzet

• Szirmay által készített jegyzet (az ELTE hallgatói számára)

Előadásdiák

A tematika kis mértékben minden félévben szokott változni, így sok éves kidolgozások (lásd régi tárgy WIKI-oldala) már elavultak. Az aktuális előadásdiákat a tárgyhonlapon megtalálod. A PDF formátumnál könnyebb a jegyzetet olvasni, de a PPT-ben szemléletesebbek az animációk. Nem mindig jut idő mindegyik témakörre előadásokon.

• 2019 tavaszi előadások:
  • Alapfogalmak: PDF - PPT
  • Geometriák és algebrák: PDF - PPT
  • Geometriai modellezés: PDF - PPT
  • Geometriai transzformációk: PDF - PPT
  • 2D képszintézis: PDF - PPT
  • Grafikus alap hw/sw: PDF - PPT
  • 3D képszintézis optikai alapmodellje: PDF - PPT
  • Sugárkövetés: PDF - PPT
  • Inkrementális 3D képszintézis: PDF - PPT
  • Animáció: PDF - PPT
  • Számítógépes játékok: PDF - PPT
  • Fraktálok és káosz: PDF - PPT
  • GPGPU: PDF - PPT

Hallgatók által írt összefoglalók

• Csala Tamás: Grafika házi tutorial, példaprogramokkal
  • Ez a leírás az OpenGL régebbi változatához készült, a tárgy régi tematikája alapján. Ne ebből dolgozz, mert nem fogadják már el. Ellenben sok jó ötletet találni belle, és az elméletet is jól magyarázza.
• Google doksi a régi tárgyból a kiadott vizsgafeladatok és korábbi vizsgák megoldására
• Hibakezelés és tipikus hibák

Könyv

• Háromdimenziós grafika, animáció és játékfejlesztés 2003 (sünis könyv)
• Számítógépes grafika 1999 (Szirmay korábbi könyve)
• Juhász Imre: OpenGL (csak érdeklődőknek, ez sokkal részletesebb, mint ami a tárgyhoz kell)
• A tárgyhonlapon található még 1-2 könyv.

Videó

• 2018 tavaszi előadások
• Régi, 2009 évi előadás felvételek

Házik

A tárgy arról szól, hogy ezeket meg tudod-e írni. Az első órán el szokott hangzani, hogy vagy 5-sel, vagy 1-sel szeretik értékelni a munkát, kettest csak az kap akit már sok év alatt sem sikerült megtanítani a tárgyra, de a tudása kezd körvonalazódni. Szóval ez a rész, amelyre nagy szükséged lesz! A a házikat jól megcsinálod, a ZH sokkal egyszerűbb és könnyebb felkészülni rá, így összességében jobb jegyet kapsz.

Előkészületek

Mielőtt elkezdenéd, be kell lőni a fejlesztőkörnyezetet:

• Visual Studio + a tárgy honlapjáról letölthető projekt template (Windows-ra)
• CLion + MinGW + előkészített projekt (miden platformon megy)
• Számítógépes grafika: OpenGL + GLUT + fejlesztőkörnyezetek
  • Ez a leírás a régi tárgyhoz készült. Legtöbb Windows környezeti leírása már ideje múlt. MacOS és Linux telepítési útmutató itt található.
• CMake template, leginkább UNIX környezethez.

Tipp: próbálj meg olyan környezetet használni, ahol szabványkövető fordítót tudsz használni, pl. CLion-t. A Visual Studio fordítója nem annyira szabványkövető, ezért sok hibával találkozhatsz a beadó portálon, még ha a saját gépeden fut is. Ez legyen fontosabb, mint hogy melyik IDE használatát szoktad meg, sok bosszankodástól megkímél a beadásnál.

Tippek a házikhoz

Érdemes mindegyik házit elfogadottra megcsinálni. A házikat érdemes a kiadás napjától emészteni, és a leadás napján az a jó, ha már csak nagyon kicsi hibák vannak benne, mert a beadórendszer nagyon le tud lassulni. A határidő előtt 6 órával akárhogy áll töltsd fel, mert rossz azon elbukni 1-1 házit hogy bent maradt egy printf, csak már nem láttad az eredményt mert lejárt a határidő.

Ha a határidő előtt 1-2 nappal akarod elkezdeni a munkát, és az anyagot még nem nagyon érted, akkor bele se kezdj egyedül. A házik minden részletének igényes kidolgozása 1 teljes hetet vesz igénybe, ami alatt a többi tárggyal nem nagyon tudsz foglalkozni. Ha csak a minimális dolgok elérése a célod, ennél kevesebb idő is elég, de semmiképp nem tudsz használható programot összedobni egy délután alatt.

A házikat elsődlegesen azért érdemes megcsinálni, hogy tanulj vele a ZH-ra. Hidd el, rengeteget számít, ha jól megérted a dolgokat a háziknál, és nem csak összecsapod a programot, hogy kapj 1-2 pontot. A ZH feladatoknál gyakran szokott lenni gyakorlati feladat is, pl. GLSL és OpenGL-es programrészlet írás, amik könnyen megoldhatók, ha tudod, mit kell csinálni.

Előző házik

• Kiadott grafika házik - (csak feladatleírások)

A feladatok

A régi tárgy oldalán rengeteg segédanyag található, ha hasznosat találsz, szúrd be a megfelelő házihoz.

• Csala Tamás: Grafika házi tutorial
  • Ez a leírás az OpenGL régebbi változatához készült, a tárgy régi tematikája alapján. Ne ebből dolgozz, mert nem fogadják már el. Ellenben sok jó ötletet találni belle, és az elméletet is jól magyarázza.

Első házi

• Ez általában egy 2D-s játékprogram. Mindenféle primitív formát és görbéket kell rajzolgatni, mozgatni egy karaktert. A 3 közül ez a legegyszerűbb, mert még csak 2D-ben kell dolgoznod, de ne hidd, hogy ez is csettintésre megy. A legjobb az első háziban, hogy érezheted, mennyit kell foglalkozni vele. A kiadás idejében általában még nincs ZH időszak, a másodiknál lesz, a harmadik meg félév végén van, tehát ennek állj neki rendesen, itt lesz időd megtanulni az alapokat, játszadozni a környezettel, osztályokkal stb.
• Catmull-Rom levezetés

Második házi

• A 2. házi egy 3D-s kép kirajzolásáról szól, sugárkövetésessel kell ezt-azt megjeleníteni. Elegendő CPU-n lerenderelni, többnyire 1 darab képet várnak, vagy apró animációt. Nagyon lassú tud lenni egy ilyen program a sugárkövetés menete miatt, ami a házi szempontjából nem gond, de a hibakeresést nagyon megnehezíti. Első körben értsd meg az elméletet, hogy lehetőleg helyes kódot tudj írni.
• Sugárkövetés tutorial (by Wolfee, 2011.04.11) (A benne lévő kódokat semmiképp NE használjátok fel egy az egyben a házi feladatokban (ld. plágiumgyanú), az anyag csupán iránymutatás, a megértést segíti!!)
  • a szerző (Farkas Ádám Attila) levlistán, 2011.09.09-én felhívta a figyelmet Dr. Szirmay-Kalos László kóddal kapcsolatos aggályaira: "a pdf-fel tényleg óvatosan bánjatok, a legfőbb kifogások a Tanár úr részéről: Kamerakezelés. én pont-szerű kamerával dolgoztam annó. na nem ez a matematikailag korrekt módja a dolognak, de a pdf-be megteszi. Színkezelés. én 0..255ös skálával dolgoztam (amikor számolni kellett vele, akkor normáltam persze), de T. Ú. azt mondta, hogy végig 0..1 tartománnyal kéne számolni."
  • A pdf-ben a sík-egyenes metszéspont számítás hibásan szerepel, inkább vezessük le.

Harmadik házi

• Az utolsó kisházi is egy 3D-s feladat. Általában inkrementális módszerrel kell GPU használatával megjeleníteni a 2. házinál komplexebb animációt.

Házi szépségverseny

Régebben a szépségversenyre plusz pontokat is lehetett kapni, mostanában nincs ilyen. Ettől függetlenül ha megcsináltál egy házit, készíts róla videót, és küldd be a tárgyfelelősnek, kirakja a tárgyhonlapra.

ZH

• Feladatgyűjtemény
• 2018-as ZH feladat megoldása előadáson
• A ZH a három kisházihoz tartozó 1-1 kérdésből (max 2*kisházik pontja), és 2 nagyfeladatból (2*15 pont), alkalmanként további 1-2 bónuszkérdésből áll (1-2 pontért).
  • A kisházis kérdések kapcsolódnak az adott házihoz, pl. ha Bézier-görbét kért az első házi, akkor annak képlete lehet, és nem egy Catmull-Rom görbéé, ha görbe metszéspontja kellett a házihoz, akkor annak kiszámításának menete stb. Emiatt érdemes ZH előtt átolvasnod a kódodat, megnézni az elméletet, ami kellett hozzá.
  • A kisházis kérdésekre az alapján kapsz pontot, hogy a ZH-s válaszod mennyit ért, és hogy a házira mennyit kaptál. Szóval ha pl. a 3. házit el se kezdted, arra nem kaphatsz pontot akkor se, ha a ZH-s kérdést jól megválaszolod.
  • A nagy feladatok eléggé változóak. Szoktak lenni bizonyítások, pl. miért úgy alakul a kvaternió szorzása, ahogy, hogyan számítható ki az X transzformációs mátrix értékei. Gyakori, hogy az egyik feladat egy OpenGL/GLSL programot kell írni, mintha egy mini-házit kéne írnod. Egy alap programvázat megadnak, a lényegi részt kell behelyettesítened, kijavítani, hogy ezt-azt csináljon. Ehhez megint csak a házik elkészítése szolgál jó tanulási alapnak: könnyű emlékezni onnan, hogy kellett csinálni a dolgokat.
  • Bónuszkérdések nem mindig vannak. Ezek általában 1-1 alapfogalom precíz meghatározását kérik.
• Heti rendszerességű kvíz kérdések gyűjteménye(kiegészíteni ér): https://docs.google.com/document/d/1k7gOzvxJvXdFESTenn-g-9HVq_B3M62rUi269raxuz0/edit?fbclid=IwAR1_9V4eIfC9QuKQyNLcQFX77b_dx6OOn26-paU-1kuRI2-781XHOdugaf0

Tippek

• Nem lehet elégszer hangsúlyozni: csináld meg jól mindegyik házit! Szánj rá időt, semmi más nem fontos az életedben, ezen fog múlni, át tudsz-e menni a tárgyból. Ha a házikat jól megérted, a ZH már nem lesz (annyira nagyon) nagy értelmetlen zagyvaság.
• Sok példaprogramot adnak ki, a tárgyhonlapon megtalálod a legfrissebbeket. Ezeket viszont csak tanulásra használd fel, ne ebből induljon ki a házid. Kétségtelen, hogy át lehet alakítani a példaprogramokat működőképes házira, de abból semmit nem értesz meg, így csak időpocséklás, és ZH-n meghúznak. True story.
• Jól oszd be a félévben az idődet. Ezzel a tárggyal jóval többet kell foglalkozni, mint a kreditértéke mutat. Ha más tárgyakból is elcsúszol a dolgokkal, nem fog elég időd maradni rendesen felkészülni a grafikára, ez pedig jobban tud fájni, mint más tárgyakból a gyengébb teljesítmény. Szintén true story.

Kedvcsináló

• Interjú Gulyás Gergellyel, aki játékfejlesztőként dolgozik saját cégében az egyetem elvégzése után, az Impulzus 45. évfolyamának 6. számában, a 10. oldaltól kezdve.
• A programozásnak talán ez a legélvezesebb része, hiszen amit csinálsz, annak látványos eredménye is van.
• A legtöbb programozóban felmerül, hogy milyen jó lenne parancssori programok helyett inkább játékot írni. Itt nem csak, hogy lehetőséged van rá, de durván erre kapod a jegyet.

Mottók:

• A terroristák manapság főleg OpenGL függvényeket lopnak. Abban van az igazi biznisz.
• Az Avatar című animációs film már állítólag majdnem megajánlott 4-est ért, de sajnos nem volt mellé kész a négy házi feladat.
• Bal kezünk a billentyűzeten, jobb kezünkben az egér, a lábunk között meg szorongatjuk a joystickot.
• "Ha azt kérdeznénk önöktől vizsgán, amit előadáson elmondunk, akkor önök nem a Műszaki Egyetemre járnának, hanem a Színművészeti Főiskolára."

Egyéb információk

Angol nyelvű, többnyire nagyon részletes tutorialok érdeklődőknek

• Learn OpenGL nagyon jól végigvezet az OpenGL fejlettebb részein is. Ha érdekelnek a részletek, extrák, effektek, a GPU kihasználása, érdemes itt nézelődnöd.
• Real-time Rendering: Ray-Tracing Könyvféleségek, nagyon jól elmagyarázza a sugárkövetés lépéseit.
• VideoTutorialsRock. Hasznos kódok és tutorialok az abszolút kezdőknek. Sok képpel és magyarázattal.
• NeHe. Alapmű, viszont a WinAPI-s cuccokat érdemes belőle kihagyni. A példák végén általában van GLUT-os megvalósítás is.
• thecplusplusguy YouTube csatorna OpenGL, SDL, GLSL, GTK+ tutorialok angolul egy magyar srác által.
• An Intuitive Introduction to Projective Geometry Using Linear Algebra Alapos bevezetés a projektív geometriába, megérthetést segítő vizualizációval.

Mérnökinformatikus 2014
Bevezetők	Bevezető fizika  •  Bevezető matematika
1. félév	Analízis 1  •  A programozás alapjai 1  •  Bevezetés a számításelméletbe 1  •  Digitális technika  •  Fizika 1i  •  Mérnök leszek
2. félév	Analízis 2  •  Analízis szigorlat informatikusoknak  • A programozás alapjai 2  •  Bevezetés a számításelméletbe 2  •  Fizika 2i  •  Rendszermodellezés  •  Számítógép-architektúrák
3. félév	Adatbázisok  •  A programozás alapjai 3  •  Kódolástechnika  •  Kommunikációs hálózatok 1  •  Rendszerelmélet  •  Szoftvertechnológia  •  Valószínűségszámítás
4. félév	Adatbázisok laboratórium  •  Algoritmuselmélet  •  Kommunikációs hálózatok 2  •  Menedzsment és vállalkozásgazdaságtan  •  Operációs rendszerek  •  Számítógépes grafika  •  Szoftver projekt laboratórium  •  Szoftvertechnikák
5. félév	IT eszközök technológiája  •  Mesterséges intelligencia  •  Mikro- és makroökonómia  •  Mobil- és webes szoftverek  •  Üzleti jog
6. félév	Információs rendszerek üzemeltetése  •  IT biztonság
7. félév	Záróvizsga