Fotorealistická grafika (NPGR004)

Kód/rozsah: NPGR004, 2/2 Z + Zk (léto)
Rozvrh: Pondělí 10:40 S9 (Malá Strana)
Vyučující: Josef Pelikán
Předpoklady: základní kurs programování (C#), základy lineární algebry a matematické analýzy, Základy počítačové grafiky (NPGR003)

Přednáška navazuje na Základy počítačové grafiky a je určena pro vážnější zájemce o tento obor, pokrývá moderní oblasti 3D grafiky (základy syntézy obrazu): světelné modely a stínování, rekurzivní sledování paprsku (Ray-tracing) včetně vylepšených a urychlených variant, textury, vyhlazování (anti-aliasing) a vzorkování, použití stochastických přístupů v realistickém zobrazování, základy radiační metody a moderních Monte-Carlo metod výpočtu osvětlení.

Přednáška je doplněna cvičeními v počítačové laboratoři. Cvičení se věnují praktickým aspektům předmětu a pro získání zápočtu je třeba pracovat na semestrálním projektu. Postačí hrubá znalost programování .NET a jazyka C#.

Syllabus

stínování - základní modely osvětlení, fyzikálně založené modely, konstantní a spojité stínování, interpolace barvy a normály, výpočet vržených stínů
rekurzivní sledování paprsku (Ray-tracing) - vrhání paprsku, základní princip rekurzivního sledování paprsku, výpočet průsečíků s jednoduchými geometrickými tělesy a s CSG scénou
vyhlazování (anti-aliasing) a vzorkování - princip vyhlazování, jednotlivé vzorkovací metody, adaptivní zjemňování a jeho kriteria
textury - 2D a 3D textury, procedurální textury, náhodné textury, konstrukce šumové funkce
distribuované sledování paprsku (Monte-Carlo) - princip, použití pro výpočet měkkých stínů, neostrých odrazů, apod.
urychlovací metody sledování paprsku - obalová tělesa, obalové hierarchie, prostorové adresáře, urychlovací stromy
radiační metody - základy radiometrie, princip radiačních metod
Monte-Carlo rendering - nestranné odhady integrálů, využití při formulaci fyzikálně korektních metod výpočtu globálního osvětlení scény, příklady několika konkrétních algoritmů založených na MC principu

Doplňující literatura

[PBRT2010] Pharr M., Humphreys G.: Physically Based Rendering: From Theory To Implementation. Morgan Kaufmann; 2nd edition, 2010
[Veach1997] Veach E.: Robust Monte Carlo Methods for Light Transport Simulation, Ph.D. dissertation, Stanford University, 1997.
[Glassner1989] A. Glassner: An Introduction to Ray Tracing, Academic Press, 1989
[Shirley2009] P. Shirley, M. Ashikhmin, S. Marschner: Fundamentals of Computer Graphics, 3rd edition, A K Peters, 2009
[Glassner1995] A. Glassner: Principles of Digital Image Synthesis, Morgan Kaufmann Publishers, 1995
[Foley1995] J. Foley, A. van Dam, S. Feiner, J. Hughes: Computer Graphics, Principles and Practice, 2nd edition in C, Addison-Wesley, 1995
[Zara2005] J. Žára, B. Beneš, P. Felkel, J. Sochor: Moderní počítačová grafika, 2. vydání, Computer Press, 2005