Fotorealistická grafika – aktuální informace (2024/2025)

Přednáška je každý ČTVRTEK OD 9:00 v posluchárně S3 (Malá Strana).

Cvičení se konají každý týden v termínu:

Čtvrtek 10:40, SU2 (česká skupina)

Video obsah na YouTube

Playlist všech přednášek (2021/2022).
Starý playlist cvičení (2023/24) (pozor, některé organizační i technické detaily se mohly změnit)

Nezávazný plán přednášky

Přednáška 1 (20. 2. 2025)

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 (20. 2. 2025)

Systém cvičení, za co je zápočet, předvedení programovacího prostředí (jazyk C# a MS Visual Studio), Git repository RT004, ukázka ray-castingu a ray-tracingu - 048rtmontecarlo-script.
Video: Cvičení 1 (2023/24) – zápočet, RT004 repository, systém kroků a kontrolních bodů (pozor, je to nahrávka z loňska, některé detaily nemusí souhlasit)

Přednáška 2 (27. 2. 2025)

Stínování, modely odrazu světla, BRDF obecně

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

Cvičení 2 (27. 2. 2025)

Koncepce cvičení a zápočtu – další detaily o postupu v repository RT004. Detaily viz stránky cvičení.
Video: Cvičení 2 (2023/24) – ukázky interpolace stínování, další detaily RT004: Checkpoint 2 I (pozor, je to nahrávka z loňska, některé detaily nemusí souhlasit)

Přednáška 3 (6. 3. 2025)

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, podpovrchové šíření světla, apod. (co se stihne)
Video: Přednáška 3 (2021/22) – BRDF II

Cvičení 3 (6. 3. 2025)

Ukázka spojitého stínování (Gouraud, Phong).
Implementace ray-traceru: Camera (generátor primárních paprsků), Solid/Shape (jak reprezentovat paprsek, výpočet průsečíků...)
Video: Cvičení 3 (2023/24) – RT004: Checkpoint 2 II (pozor, je to nahrávka z loňska, některé detaily nemusí souhlasit)

Přednáška 4 (13. 3. 2025)

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) – Průsečíky paprsku se scénou

Cvičení 4 (13. 3. 2025)

Implementace ray-traceru: ještě jednou Solid/Shape (primární výpočet vs. dodatečný dopočet = normála, TXT souřadnice...), BRDF a materiály (spolupracující objekty, materiály připojeny k objektům ve scéně jako atributy...), světelné zdroje (bodový/směrový).
Video: Cvičení 4 (2023/24) – RT004: průsečíky, atributy... (pozor, je to nahrávka z loňska, některé detaily nemusí souhlasit)

Přednáška 5 (20. 3. 2025)

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... Jen stručně – směrové urychlovací metody (směrová krychle, světelný buffer, koherence paprsků, klasifikace paprsků, adresář v průmětně), zobecněné paprsky. Ray-tracing na GPU, RTX.
Video: Přednáška 5 (2021/22) – Urychlování Ray-tracingu I

Cvičení 5 (20. 3. 2025)

Průsečíky s trojúhelníky a boxy...

Přednáška 6 (27. 3. 2025)

Textury

Úvod do textur v R-T, 2D a 3D textury, definice tabulkou a předpisem, interpolace v tabulce (bilineární a bikubická), "Bump-texture", stochastické textury – úvod, syntéza šumových funkcí (bílý šum, interpolační a konvoluční metody), Perlinův šum, Lewisova řídká konvoluce, turbulence...
Video: Přednáška 6 (2021/22) – dokončení akcelerace (bez RTX), textury

Cvičení 6 (27. 3. 2025)

Implementace ray-traceru: hierarchie a atributy, instancing, zapojení akceleračních struktur. RT004 – checkpoints, textury, OOP, file-format pro RT scény, Ukázka kamery s širokým úhlem záběru (120°), rekurzivní ray-tracing (shade() funkce).
Video: Cvičení 5 (2023/24) – RT004: Hierarchie, atributy, instancing, akcelerace.
Cvičení 6 (2023/24) – RT004: ještě jednou zapojení akceleračních stromů do grafu scény, průsečíky paprsku s AABB a trojúhelníkem.

Přednáška 7 (3. 4. 2025)

Šumové funkce (dokončení), Anti-aliasing a vzorkování

Použití šumových funkcí v konstrukci textur (dřevo, mramor, plamen).
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 7 (2021/22) – dokončení textur, šumové funkce
Přednáška 8 (2021/22) – Anti-aliasing a vzorkování

Cvičení 7 (3. 4. 2025)

Ukázka Perlinova šumu (Perlin's reference code, Improved noise (SIGGRAPH 2002), Perlin Noise (Raouf's Blog)), RT004 – hierarchie a uložení "Flat". Ukázky filtrace textur, ukázka jednoduchých bump-textur (NormalMap Online, Normal Mapping (Learn OpenGL)).
Paralelismus (Parallel.For, Threads: master & workers, work units)... Další poznámky o OOP a vržených stínech?
Video: Cvičení 7 (2023/24) – Ukázka Perlinova šumu, RT004: hierarchie, transformace v hierarhii, flat uložení...

Přednáška 8 (10. 4. 2025)

Anti-aliasing a vzorkování (dokončení), 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 8 (10. 4. 2025)

Rozšíření t01-t04.

Přednáška 9 (17. 4. 2025)

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 9 (17. 4. 2025)

Rozšíření t05-t08.

Přednáška 10 (24. 4. 2025)

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)

Cvičení 10 (24. 4. 2025)

Rozšíření t01-t06 (revisit).
Video: Cvičení 11 (2023/24) – RT004: rozšíření t01-t06.

Přednáška 11 (15. 5. 2025)

Monte-Carlo II, Monte-Carlo rendering

Integrální soustavy rovnic, náhodné procházky, ruská ruleta, odhad příští události (NEE)...
Opakování zobrazovací rovnice (Kajiya), symbolický popis pomocí regulárního jazyka
Path-tracing (sledování náhodných cest), obousměrné sledování paprsku, NEE, příklady.
Video: Přednáška 12 (2021/22) – Monte Carlo odhady Fredholmovy soustavy integrálních rovnic
Přednáška 13 (2021/22) – Monte-Carlo rendering, Path tracing, Light tracing, obousměrné sledování paprsku

Cvičení 11 (15. 5. 2025)

Rozšíření t07-t12.
Video: Cvičení 12 (2023/24) – RT004: rozšíření t07-t12.

Přednáška 12 (22. 5. 2025)

Photon-mapping, rezerva

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

Cvičení 12 (22. 5. 2025)

Dotazy, ukázky...