計算機ハードウェア及び演習ゼミ / コンピュータグラフィックス及び演習ゼミ
2021年度前期
計算機ハードウェア及び演習ゼミ
場所
主：コンピュータイメージング分野研究室+Slack，副：Zoom+Slack
演習の目的と評価方法
計算機ハードウェア及び演習ゼミでは，計算機システムにおけるハードウェア構成の基本的な概念を演習形式で学ぶ．講義部分では，機械語とアセンブリ言語に関する基本的事項を学ぶ．また，計算機システム内での数と文字の表現方法について学び，算術論理演算の方式について理解する．更に，計算機システムの性能の定義と測定手法について理解し，プロセッサ性能を決定する要因について理解する．演習部分では，計算機システムにおけるプログラム作成能力（①ハードウェア記述言語による論理回路設計（FPGA），②形式手法による情報システム設計（VDM++））を身につける．論理回路の設計，命令セットアーキテクチャの実現方式，プログラムの動作原理，形式手法について理解を深める．数回の課題提出により理解度を測る．オンラインによる演習ゼミまたはハイブリッド方式となるので，各自，事前に作業ができる程度のPC環境，ネットワーク環境を整えておくこと．事前に，コンピュータシステム，プログラミング言語の知識があるとより理解が深まるが，計算機システムの知識は特に必要としない．
演習計画
| 通算回 | 演習回 | 演習日 | 前／後 | テーマ | 内容 | 演習資料 |
| 第1回 | 第1回 | 4月13日（火）（10:40-12:10） | 前半 | コンピュータの発展とアーキテクチャ | コンピュータの歴史，コンピュータの構成，アーキテクチャの定義，アーキテクチャの評価について理解する． | |
| 後半 | ハードウェア実験1 | ハードウェア記述言語を用いて論理回路設計を行う．FPGA設計と環境構築について理解する． | ||||
| 第2回 | 第2回 | 4月20日（火）（10:40-12:10） | 前半 | コンピュータアーキテクチャの基礎 | 命令セット，データ表現について理解する． | |
| 後半 | ハードウェア実験2 | ハードウェア記述言語を用いて論理回路設計を行う．VHDLによるFPGA設計のファイルの記述と手順，シミュレーションによる動作検証について理解する． | ||||
| 第3回 | 第3回 | 4月27日（火）（16:30-18:00） | 前半 | コンピュータアーキテクチャの実現 (1) | コンピュータの構成，制御装置，演算装置について理解する． | |
| 後半 | ハードウェア実験3 | ハードウェア記述言語を用いて論理回路設計を行う．組合せ回路の記述，順序回路の記述について理解する． | ||||
| 第4回 | 第4回 | 5月11日（火）（10:40-12:10） | 前半 | コンピュータアーキテクチャの実現 (2) | コンピュータの記憶装置，入出力装置，通信装置について理解する． | |
| 後半 | ハードウェア実験4 | ハードウェア記述言語を用いて論理回路設計を行う．大規模回路の設計，具体的な設計事例について理解する． | ||||
| 第5回 | 第5回 | 5月18日（火）（10:40-12:10） | 前半 | 高性能コンピュータのアーキテクチャ (1) | 並列処理，SISDコンピュータ，SIMDパイプライン／パラレルコンピュータについて理解する． | |
| 後半 | 形式手法演習1 | 形式手法を用いて情報システム設計を行う．形式手法とVDM，VDMの概要，VDM++記述の構成要素，VDM++によるクラス記述について理解する． | ||||
| 第6回 | 第6回 | 5月25日（火）（10:40-12:10） | 前半 | 高性能コンピュータのアーキテクチャ (2) | MIMDマルチプロセッサ／コンピュータ，非ノイマン型並列コンピュータ，相互結合網，並列性の記述，応用志向コンピュータ，低消費電力コンピュータ，ディペンダブルコンピュータについて理解する． | |
| 後半 | 形式手法演習2 | 形式手法を用いて情報システム設計を行う．VDM++によるモデル化と例題について理解する． | ||||
| 第7回 | 第7回 | 6月 1日（火）（16:30-18:00） | 前半 | 形式手法演習3 | 形式手法を用いて情報システム設計を行う．VDM++ Toolboxの活用，実装，開発について理解する． | |
| 後半 | まとめ | いくつか出題される問題に解答し，期限内に提出する． |
コンピュータグラフィックス及び演習ゼミ
場所
主：情報科学科ゼミ室（予定）+Slack，副：Zoom+Slack
演習の目的と評価方法
コンピュータグラフィックス及び演習ゼミでは，映画や広告，グラフィックデザイン，ゲームなどのエンタテインメントから自動運転，ロボット，医療，仮想現実，交通まで幅広く使われている，コンピュータグラフィックスに関する基本的な知識を理論と実装の両面から習得することを目的とし，演習形式で学ぶ．講義部分では，コンピュータグラフィックスに関する理論について，モデリング，シェーディング，アニメーション，レンダリングの内容を理解する．演習部分では，プログラミング課題を通して，グラフィックスの処理・画像生成について理解する．数回の課題提出により理解度を測る．オンラインによる演習ゼミまたはハイブリッド方式となるので，各自，事前に作業ができる程度のPC環境，ネットワーク環境を整えておくこと．事前に，線形代数，解析学，ベクトル解析，プログラミング言語の知識があるとより理解が深まるが，コンピュータグラフィックスの知識は特に必要としない．
演習計画
| 通算回 | 演習回 | 演習日 | 前／後 | テーマ | 内容 | 演習資料 |
| 第8回 | 第1回 | 6月 8日（火）（10:40-12:10） | 前半 | コンピュータグラフィックスの概要，座標変換 | コンピュータグラフィックスの歴史，概要，座標変換（幾何変換，アフィン変換，オイラー変換）について理解する． | |
| 後半 | コンピュータグラフィックス演習1 | POV-Rayの準備を行い，POV-Rayによるシーンファイルの作成・保存・基本的な描画について演習を行う． | ||||
| 第9回 | 第2回 | 6月15日（火）（10:40-12:10） | 前半 | 3次元図形処理 | 3次元図形表示の手順，クリッピング処理，隠面消去処理について理解する． | |
| 後半 | コンピュータグラフィックス演習2 | POV-Rayにおける基本図形，彩色について演習を行う． | ||||
| 第10回 | 第3回 | 6月22日（火）（10:40-12:10） | 前半 | 3次元形状表現 | ワイヤフレームモデル，サーフェスモデル，ソリッドモデル，ポリゴンメッシュ，レンダリング，ボリューム表現について理解する． | |
| 後半 | コンピュータグラフィックス演習3 | POV-Rayにおける光源と陰影，座標変換について演習を行う． | ||||
| 第11回 | 第4回 | 6月29日（火）（16:30-18:00） | 前半 | 自由曲線・自由曲面 | ベジェ曲線，B-スプライン曲線，有理曲線，自由曲線について理解する． | |
| 後半 | コンピュータグラフィックス演習4 | POV-Rayにおけるマッピング，立体の演算について演習を行う． | ||||
| 第12回 | 第5回 | 7月 6日（火）（10:40-12:10） | 前半 | 質感付加，反射モデル | テクスチャマッピング，法線マッピング，環境マッピング，反射モデルについて理解する． | |
| 後半 | コンピュータグラフィックス演習5 | POV-Rayにおける背景，繰り返し処理について演習を行う． | ||||
| 第13回 | 第6回 | 7月13日（火）（10:40-12:10） | 前半 | 照明計算，レイトレーシング | シャドウマッピング，イメージベースドライティング，レイトレーシングについて理解する． | |
| 後半 | コンピュータグラフィックス演習6 | POV-Rayにおけるアニメーション，アニメーションファイルについて演習を行う． | ||||
| 第14回 | 第7回 | 7月20日（火）（10:40-12:10） | 前半 | アニメーション | アニメーションの原理，キーフレーム・ボーン・柔軟体・流体のアニメーションについて理解する． | |
| 後半 | まとめ | いくつか出題される問題に解答し，期限内に提出する． |