Počítačová grafika I
| Typ studia | navazující magisterské |
|---|---|
| Jazyk výuky | angličtina |
| Kód | 460-4078/02 |
| Zkratka | PG1 |
| Název předmětu česky | Počítačová grafika I |
| Název předmětu anglicky | Computer Graphics I |
| Kreditů | 4 |
| Garantující katedra | Katedra informatiky |
| Garant předmětu | Ing. Tomáš Fabián, Ph.D. |
Osnova předmětu
Přednášky:
- Fyzikální a matematické základy syntézy obrazu (světlo, radiometrické a fotometrické veličiny, barevné systémy).
- Model kamery, hloubka ostrosti, afinní prostory a transformace, maticový zápis, změna báze, přechody mezi souřadnými systémy.
- Metoda sledování paprsku (Ray Tracing), výpočet průsečíků těles s paprskem.
- Základní typy materiálů, modely odrazu světla, textury, BRDF.
- Mikroploškové modely (Cook-Torrance, Oren-Nayar), obecné BxDF.
- Vícenásobné vzorkování a anti-aliasing, gamma korekce.
- Urychlovací metody, akcelerační datové struktury a paralelizace.
- Zobrazovací rovnice (Kajiya) a její řešení pomocí metod Monte Carlo.
- Metoda sledování cest (Path Tracing), techniky snižování rozptylu (vzorkování po částech a podle důležitosti, ruská ruleta, next event estimation, přímé osvětlení).
- Zdroje světla (vzorkování, image based lighting)
- Obousměrné sledování cest (Bi-directional Path Tracing), metoda fotonových map.
- Spektrální trasování, mapování tónů.
- Další metody fotorealistického zobrazování scén (ray marching, sphere tracing, participující média - mraky).
- Další metody modelování a zobrazování těles (hraniční modely, CSG, SDF, fraktály).
Cvičení na počítačové učebně:
- Načítání a reprezentace dat, podpůrné knihovny (např. Embree, OptiX).
- Implementace jednoduché kamery.
- Základní ray casting (A. Appel).
- Implementace difuzních materiálů a Phongova osvětlovacího modelu.
- Rozšíření materiálů o kovové povrchy (reflexe) a dielektrické materiály (refrakce a útlum), Whittedův rekurzivní ray tracing.
- Supersampling, gama korekce.
- Akcelerace výpočtu.
- Základní path tracing.
- Urychlování konvergence, implementace vybraných BRDF.
- Vzorkování zdrojů světla.
- Úprava grafického výstupu ray traceru (tone mapping).
Na cvičeních se řeší konkrétní úlohy z probrané oblasti. Implementačním jazykem je C++.
- Fyzikální a matematické základy syntézy obrazu (světlo, radiometrické a fotometrické veličiny, barevné systémy).
- Model kamery, hloubka ostrosti, afinní prostory a transformace, maticový zápis, změna báze, přechody mezi souřadnými systémy.
- Metoda sledování paprsku (Ray Tracing), výpočet průsečíků těles s paprskem.
- Základní typy materiálů, modely odrazu světla, textury, BRDF.
- Mikroploškové modely (Cook-Torrance, Oren-Nayar), obecné BxDF.
- Vícenásobné vzorkování a anti-aliasing, gamma korekce.
- Urychlovací metody, akcelerační datové struktury a paralelizace.
- Zobrazovací rovnice (Kajiya) a její řešení pomocí metod Monte Carlo.
- Metoda sledování cest (Path Tracing), techniky snižování rozptylu (vzorkování po částech a podle důležitosti, ruská ruleta, next event estimation, přímé osvětlení).
- Zdroje světla (vzorkování, image based lighting)
- Obousměrné sledování cest (Bi-directional Path Tracing), metoda fotonových map.
- Spektrální trasování, mapování tónů.
- Další metody fotorealistického zobrazování scén (ray marching, sphere tracing, participující média - mraky).
- Další metody modelování a zobrazování těles (hraniční modely, CSG, SDF, fraktály).
Cvičení na počítačové učebně:
- Načítání a reprezentace dat, podpůrné knihovny (např. Embree, OptiX).
- Implementace jednoduché kamery.
- Základní ray casting (A. Appel).
- Implementace difuzních materiálů a Phongova osvětlovacího modelu.
- Rozšíření materiálů o kovové povrchy (reflexe) a dielektrické materiály (refrakce a útlum), Whittedův rekurzivní ray tracing.
- Supersampling, gama korekce.
- Akcelerace výpočtu.
- Základní path tracing.
- Urychlování konvergence, implementace vybraných BRDF.
- Vzorkování zdrojů světla.
- Úprava grafického výstupu ray traceru (tone mapping).
Na cvičeních se řeší konkrétní úlohy z probrané oblasti. Implementačním jazykem je C++.
E-learning
Povinná literatura
[1] Pharr, M., Jakob, W., Humphreys, G.: Physically Based Rendering, Fourth Edition: From Theory to Implementation, MIT Press, 2024, 1312 pages, ISBN 978-0262048026 .
[2] Sojka, E.: Počítačová grafika II: metody a nástroje pro zobrazování 3D scén, VŠB-TU Ostrava, 2003 (ISBN 80-248-0293-7 ).
[3] Sojka, E., Němec, M., Fabián, T.: Matematické základy počítačové grafiky, VŠB-TU Ostrava, 2011.
[2] Sojka, E.: Počítačová grafika II: metody a nástroje pro zobrazování 3D scén, VŠB-TU Ostrava, 2003 (ISBN 80-248-0293-7 ).
[3] Sojka, E., Němec, M., Fabián, T.: Matematické základy počítačové grafiky, VŠB-TU Ostrava, 2011.
Doporučená literatura
[1] Shirley, P., Morley, R. K.: Realistic Ray Tracing, Second Edition, AK Peters, 2003, 235 pages, ISBN 978-1568814612 .
[2] Haines, E., Akenine-Möller, T. (ed.): Ray Tracing Gems: High-Quality and Real-Time Rendering with DXR and Other APIs. Apress, 2024, 607 pages, ISBN 978-1484244265 .
[3] Marrs, A., Shirley, P., Wald, I (ed.). Ray Tracing Gems II: Next Generation Real-Time Rendering with DXR, Vulkan, and OptiX. Springer Nature, 2024, 858 pages, ISBN 978-1484271841 .
[4] Akenine-Moller, T., Haines, E., Hoffman, N.: Real-Time Rendering, Fourth Edition, AK Peters/CRC Press, 2018, 1178 pages, ISBN 978-1138627000 .
[5] Dutré, P.: Global Illumination Compendium, 2003, 68 pages.
[6] Ryer, A. D.: The Light Measurement Handbook, 1997, 64 pages.
[2] Haines, E., Akenine-Möller, T. (ed.): Ray Tracing Gems: High-Quality and Real-Time Rendering with DXR and Other APIs. Apress, 2024, 607 pages, ISBN 978-1484244265 .
[3] Marrs, A., Shirley, P., Wald, I (ed.). Ray Tracing Gems II: Next Generation Real-Time Rendering with DXR, Vulkan, and OptiX. Springer Nature, 2024, 858 pages, ISBN 978-1484271841 .
[4] Akenine-Moller, T., Haines, E., Hoffman, N.: Real-Time Rendering, Fourth Edition, AK Peters/CRC Press, 2018, 1178 pages, ISBN 978-1138627000 .
[5] Dutré, P.: Global Illumination Compendium, 2003, 68 pages.
[6] Ryer, A. D.: The Light Measurement Handbook, 1997, 64 pages.