Fotorealistická grafika – aktuální informace (2021/2022)

Přednáška je každé ÚTERÝ OD 15:40 v posluchárně S8 (Malá Strana).

Cvičení se konají každý týden v termínu:

Úterý 17:20, SU1 (česká skupina)

Video obsah na YouTube

Playlist všech přednášek (2021/2022).
Playlist cvičení (2021/2022).

Nezávazný plán přednášky

Přednáška 1 (15. 2. 2022)

Úvod, základy ray-tracingu

Obsah přednášky, literatura, opakování základů Ray-tracingu.
Video: Přednáška 1 (2021/22) – plán přednášky, literatura, opakování základů ray-tracingu.

Cvičení 1 (15. 2. 2022)

Systém cvičení, za co je zápočet, předvedení programovacího prostředí (jazyk C# a MS Visual Studio), SVN/Git repository GrCis, ukázka ray-castingu a ray-tracingu - 048rtmontecarlo-script.
Architektura paprskového zobrazovače I (interface a základní třídy: RayScene, IIntersectable, IImageFunction, IRenderer, ISolid, ..)
Ray-tracing in GrCis (PDF slides)
Video: Cvičení 1 (2021/22) – zápočet, ukázka GrCis ray-traceru, některé náměty na rozšíření, architektura ray-traceru I.

Přednáška 2 (22. 2. 2022)

Stínování, modely odrazu světla, BRDF obecně

Opakování stínování (Phongův model odrazu, Gouraudovo a Phongovo stínování). Obecné koncepty BRDF, Fresnelovy funkce, mikroploškové modely až před Cook-Torrance.
Video: Přednáška 2 (2021/22) – Phongův model osvětlení, interpolace stánování, BRDF I.

Cvičení 2 (22. 2. 2022)

Ukázka spojitého stínování (Gouraud, Phong). Architektura paprskového zobrazovače II (Intersection, ISolid, IReflectanceModel, IMaterial), opakování ICamera, CS-script pro definice scény (projekt 048rtmontecarlo-script)
Koncepce cvičení a zápočtu – semestrální projekt. Detaily viz stránky cvičení.
Video: Cvičení 2 (2021/22) – demo interpolace stínování, architektura ray-traceru II.

Přednáška 3 (1. 3. 2022)

Modely odrazu světla – dokončení

Obecné koncepty BRDF (opakování), Fresnelovy funkce, mikroploškové modely: Cook-Torrance, Oren-Nayar, lepší distribuce orientace mikroplošek D(h) a alternativy geometrického faktoru G, Lafortune lobe model, Schlickova vylepšení/zjednodušení...
Video: Přednáška 3 (2021/22) – BRDF II

Cvičení 3 (1. 3. 2022)

Video: Cvičení 3 (2021/22) – architektura ray-traceru III.

Přednáška 4 (8. 3. 2022)

Výpočet průsečíků paprsku se scénou

Základy výpočtu průsečíků těles s paprskem: Rovinné útvary, konvexní mnohostěn, implicitní a algebraické plochy, obecné a rotační kvadriky, koule (geometrické řešení), toroid, rotační plocha, CSG reprezentace. Průsečíky s aproximačními plochami (Bezier): dělení, Newtonova metoda.
Video: Přednáška 4 (2021/22) – BRDF II

Cvičení 4 (8. 3. 2022)

Ukázky průsečíků, ITimeDependent, ukázka aplikace 062animation-script, rendering videa, animátory a jejich role ve scéně, svítící objekty (RecursionFunction).
Video: Cvičení 4 (2021/22) – animace (ITimeDependent), architektura ray-traceru IV.

Přednáška 5 (15. 3. 2022)

Urychlovací metody pro R-T

Klasifikace urychlovacích metod, obalová tělesa, výpočet efektivity obalu, hierarchie obalových těles (BVH), jejich efektivita a konstrukce, SAH heuristika, metody dělení prostoru, uniformní děleni,...
Video: Přednáška 5 (2021/22) – Urychlování Ray-tracingu I

Cvičení 5 (15. 3. 2022)

Jak udělat akceleraci scény, průsečíky s trojúhelníky a boxy, RecursionFunction II, ještě jednou svítící objekty.
Video: Cvičení 5 (2021/22) – akcelerace, RecursionFunction, architektura ray-traceru V.

Přednáška 6 (22. 3. 2022)

Urychlovací metody, Textury

Opakování BVH a SAH konstrukce, metody dělení prostoru (oktantový strom, KD-strom), kritéria dělení, průchod adaptivními strukturami.. [Směrové urychlovací metody (směrová krychle, světelný buffer, koherence paprsků, klasifikace paprsků, adresář v průmětně), zobecněné paprsky]
Úvod do textur v R-T, 2D a 3D textury, definice tabulkou a předpisem, interpolace v tabulce (bilineární a bikubická), "Bump-texture".
Video: Přednáška 6 (2021/22) – dokončení akcelerace, úvod do textur

Cvičení 6 (22. 3. 2022)

Ukázky filtrace textur, textury v GrCis, ukázka jednoduché bump-textury
Video: Cvičení 6 (2021/22) – textury, architektura ray-traceru VI.

Přednáška 7 (29. 3. 2022)

Šumové funkce

Stochastické textury – úvod, syntéza šumových funkcí (bílý šum, interpolační a konvoluční metody), Perlinův šum, Lewisova řídká konvoluce, turbulence, použití šumových funkcí v konstrukci textur (dřevo, mramor).
Video: Přednáška 7 (2021/22) – dokončení textur, šumové funkce

Cvičení 7 (29. 3. 2022)

Další aplikace šumových funkcí – ukázky (simulace vodni hladiny, simulace a animace plamene), komplexní scéna s particle systémem a animátorem.
Video: Cvičení 7 (2021/22) – šumové funkce, ukázka komplexní animované scény, architektura ray-traceru VII.

Přednáška 8 (5. 4. 2022)

Anti-aliasing a vzorkování

Základy vzorkování a anti-aliasingu, vznik aliasu (prostor, čas), Anti-aliasing integrálním průměrováním, přehled vzorkovacích metod (pravidelné a náhodné vzorkování, jittering a semijittering, "N-rooks", Poissonovo diskové rozdělení a Mitchellův alg., deterministické algoritmy)
Video: Přednáška 8 (2021/22) – Anti-aliasing a vzorkování

Cvičení 8 (5. 4. 2022)

Anti-aliasing a vzorkování v GrCis, ukázky.
Video: Cvičení 8 (2021/22) – příklady anti-aliasingu a vzorkování, architektura ray-traceru VIII.

Přednáška 9 (12. 4. 2022)

Metody Monte-Carlo v R-T

Adaptivní vzorkování (rekurzivní metoda, kritéria pro zjemňování), ukázky vzorkovacích algoritmů.
Distribuované sledování paprsku: neostrý odraz a lom světla, měkké stíny, simulace hloubky ostrosti a rozmazání rychlým pohybem, rozklad světla; výpočet odhadu integrálu metodami stochastického vzorkování (ukázky distribuovaného sledování paprsku), skryté vzorkování (hidden sampling)
Video: Přednáška 9 (2021/22) – dokončené vzorkování, distribuovaný ray-tracing, skryté vzorkování

Cvičení 9 (12. 4. 2022)

Ukázky distribuovaného ray-tracingu, hidden sampling, apod.
Video: Cvičení 9 (2021/22) – adaptivní vzorkování, distribuovaný ray-tracing, architektura ray-traceru IX (hidden sampling).

Přednáška 10 (19. 4. 2022)

Radiometrie a radiační metoda

Radiometrické pojmy (zářivý tok, radiance/zář, radiosita/intenzita záření), vlastnosti radiance, BSDF, zobrazovací rovnice, základy radiační metody výpočtu osvětlení ve scéně.
Video: Přednáška 10 (2021/22) – radiometrie a radiační metoda

Cvičení 10 (19. 4. 2022)

Ukázky k látce z přednášek.
Video: Cvičení 10 (2021/22) – další ukázky k přednáškám, distribuovaný ray-tracing, radiační metoda.

Přednáška 11 (26. 4. 2022)

Obecné Monte-Carlo I

Monte Carlo kvadratura: úvod, primární a sekundární odhad, rozptyl, vzorkování po částech, vzorkování podle důležitosti, kombinované odhady, příklady
Video: Přednáška 11 (2021/22) – Monte Carlo odhady určitého integrálu (nejjednodušší zadání)

Přednáška 12 (3. 5. 2022)

Monte-Carlo II, Monte-Carlo rendering I

Integrální soustavy rovnic, náhodné procházky, ruská ruleta, odhad příští události (NEE)...
Opakování zobrazovací rovnice (Kajiya), symbolický popis pomocí regulárního jazyka
Video: Přednáška 12 (2021/22) – Monte Carlo odhady Fredholmovy soustavy integrálních rovnic

Přednáška 13 (10. 5. 2022)

Monte-Carlo rendering II

Path-tracing (sledování náhodných cest), obousměrné sledování paprsku, NEE, příklady.
Video: Přednáška 13 (2021/22) – Monte-Carlo rendering, Path tracing, Light tracing, obousměrné sledování paprsku

Přednáška 14 (17. 5. 2022)

Photon mapping

Photon mapping.
Video: Přednáška 14 (2021/22) – Photon mapping