Základy počítačové grafiky (NPGR003) - zkoušky

Obecné zásady

Zkouší se to co se předneslo, spíše obecné principy a logika věci než konkrétní technické detaily (výjimky potvrzují pravidlo). Pokud mne přesvědčíte, že tomu rozumíte, odpustím vám technické nepřesnosti.

Volitelné otázky

U každého zkouškového termínu dostanete jednu ze čtyř otázek "volitelnou" - bude na výběr z pěti variant. Vyberete si jednu variantu a na tu odpovíte. Příklad takové sady:

[icg-10-mono] Navrhněte půltónovací matici pro použití na laserové tiskárně s počtem odstínů 51 (konstrukci matice můžete jen naznačit).
[icg-11-colorreproduction] Jak by bylo možné vybrat 256 barev tak, aby co nejlépe reprezentovaly barevnou JPEG fotografii při převodu do formátu GIF? (je několik možností, stačí naznačit jen jeden postup)
[icg-13-curves] Popište základy tzv. diferenčního algoritmu pro rasterizaci kubických křivek, který ve výpočtu nepotřebuje používat složitější operaci nez sčítání, násobení dvěma a dělení dvěma (přesné vzorce nemusíte odvozovat, stačí principy)
[icg-16-floodfill] Popište algoritmus záplavového vyplňování, který je podle vás dostatečně efektivní, definujte přitom i podmínky vyplňování a vstupní data.
[icg-18-clipping] Navrhněte algoritmus ořezávání úseček proti obdélníkovému oknu.

Orientační okruhy / příklady možných otázek

Principy lidského zrakového systému a barevného vidění.
Jak barvy vnímá člověk? Příklad vady barevného vidění.
Příklady několik zásad, kterých bychom se měli držet při navrhování barevných schemat.
Základní rozdíly mezi rastrovou a vektorovou grafikou?
Které operace s obrázkem nejdou dobře dělat v rastrovém prostředí, ale jsou bez problémů ve vektorové grafice?
Jak se barvy reprezentují na počítači?
Které barevné systémy se hodí pro zadávání laickým uživatelem a které se hodí pro barevný tisk?
Jak se kombinují barvy na monitoru a jak na papíře?
Nelinearita zobrazovacího zařízení (CRT monitoru)
Co je gamma-korekce a na co by se mohla užitečně použít?
Který grafický formát (druh komprese, rozlišení) byste použili pro běžné úkoly: archivace digitálních fotografií, posílání fotek z dovolené babičce emailem, podklady pro tisk časopisu posílané do redakce, ..?
K čemu se používá HDR grafika? Čím je lepší než běžná (LDR) grafika?
Popište postup, jak obyčejným digitálním fotoaparátem pořídit HDR obrázek. Které scény by na to byly vhodné a které ne?
Čím se interně liší HDR rastrový obrázek od normálního (třeba GIF, JPEG)?
Jak se implementuje poloprůhlednost v rastrovém obrázku? Co se tam přidává?
Jaký výpočet byste použili při kombinaci dvou poloprůhledných pixelů metodou "A over B" (obrázek A je před obrázkem B)
Jakou metodou byste rozmazali rastrový obrázek? (navrhněte metodu/vzorec, klidně vaši vlastní)
Popište princip tzv."midpoint" (Bresenhamových) algoritmů na kreslení čar (doporučený příklad: úsečka nebo kružnice se středem v počátku)
V tzv. "scanline" algoritmu na vyplňování n-úhelníka v rovině se používá záznam popisující hranu mnohoúhelníka. Které datové položky obsahuje?
Co je anti-aliasing? Uveďte na jakých principech může být založen (jen princip, nemusíte psát detaily).
Popište princip datové struktury "Kvadrantový strom" (quad-tree)
Proč se používají homogenní transformační matice? (3x3 ve 2D, 4x4 ve 3D)
Napište matici otočení kolem osy Z o úhel α (jde o 3D transformaci)
Jak byste postupovali při odvozování otočení kolem libovolné osy o daný úhel ve 3D? (stačí naznačit postup, není třeba to přesně odvodit)
Co je transformace tuhého tělesa (Rigid Body Transform) a čím byste ji charakterizovali? Lze to nějak poznat na homogenní matici 4x4?
Jaká je běžná posloupnost transformací prováděných v systému, který zobrazuje 3D scénu na obrazovce? (uvažujte jako základní prvky scény "vrcholy")
Jaká je nejpřirozenější projekce (ze 3D do 2D) a čím byste ji definovali?
Navrhněte, kterými údaji byste popsali "perspektivní kameru"
Navrhněte jeden systém povrchové reprezentace 3D scény, ve kterém se dostatečně rychle hledají sousední stěny, vrcholy, apod. Rámcově tento systém popište.
Vyjmenujte výhody hierarchické reprezentace 3D scény (můžete přitom stručně popsat, jak by mohla být hierarchie implementována, věnujte pozornost zejména uložení scény na disk)
Jaké jsou výhody reprezentace orientace pomocí kvaternionu? (můžete rámcově kvaternion definovat, není potřeba uvádět důkazy ani pokročilé vlastnosti)
Jaký je pricip zadání Hermitovy interpolační křivky? (není nutné psát vzorec)
Jaká je základní architektura GPU (uvažujte jen vykreslování 3D scény složené z trojúhelníků)?
Jak GPU typicky řeší viditelnost? Budou správně nakresleny trojúhelníky, které se v prostoru prosekávají?
Které části zpracování v GPU lze zvenku ovlivnit pomocí tzv. "shaderů"? (napište co víte, nemusí to být úplně přesné)
Jak se data 3D scény typicky do GPU předávají? (jde o koncepci, ne o technické detaily)
Vyberte si jeden z algoritmů viditelnosti 3D scény a středně podrobně ho popište.
Která data potřebujeme mít ve scéně zadaná, abychom mohli objekty stínovat?
Které znáte stínovací (interpolační) metody?
Alespoň kvalitativně popište jednoduchý model odrazu světla na povrchu 3D tělesa.
Kterými parametry by byl definován materiál (vlastnost povrchu) pro Phongův osvětlovací model?
Na jakém principu pracuje paprsková zobrazovací metoda "Ray-tracing"? Stručně algoritmus popište.