Počítačová grafika II - aktuální informace (2017/2018)

Přednáška se koná každé ÚTERÝ OD 14:00 v posluchárně S3 (Malá Strana)
(anglická verze se koná ve středu od 15:40 v SW1)

Cvičení se konají v termínu:

Středa 10:40, SW2 (od 28. 2. 2018 jednou za 14 dnů, střídají se proti sobě dvě skupiny, viz SIS)

Nezávazný plán přednášky

Přednáška 1 (20. 2. 2018)

Úvod, základy ray-tracingu a stínování

Obsah přednášky, literatura, opakování základů Ray-tracingu a stínování (Phongův model odrazu, Gouraudovo a Phongovo stínování).

Přednáška 2 (27. 2. 2018)

Další modely odrazu, BRDF obecně

Obecné koncepty BRDF, mikroploškové modely: Cook-Torrance..

Cvičení 1 (28. 2. - 7. 3. 2018)

Systém cvičení, za co je zápočet, předvedení programovacího prostředí (jazyk C# a MS Visual Studio), GrCis repository, ukázka ray-castingu a ray-tracingu - 048rtmontecarlo.
Architektura paprskového zobrazovače I (interface a základní třídy: RayScene, IIntersectable, IImageFunction, IRenderer, ISolid, ..)
Ray-tracing in GrCis (PDF slides)

Přednáška 3 (6. 3. 2018)

Modely odrazu světla - dokončení, vržené stíny

Mikroploškové modely: Cook-Torrance, Oren-Nayar, hledání lepších distribučních funkcí D(h) a geometrických faktorů G.
Stínové mapy, stínový Z-buffer, stínová tělesa (objemové stíny).

Přednáška 4 (13. 3. 2018)

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.

Cvičení 2 (14. 3. 2018)

Architektura paprskového zobrazovače II (Intersection, ISolid, IReflectanceModel, IMaterial), opakování ICamera, CS-script pro definice scény (projekt 048rtmontecarlo-script)

Úloha 022: Alternativní kamera

Přednáška 5 (20. 3. 2018)

Textury a šumové funkce

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, použití šumových funkcí v konstrukci textur (dřevo, mramor). Další aplikace šumových funkcí - ukázky (simulace vodni hladiny, simulace a animace plamene).

Přednáška 6 (27. 3. 2018)

Urychlovací metody pro R-T

Klasifikace urychlovacích metod, obalová tělesa, výpočet efektivity obalu, hierarchie obalových těles (BVH), jejich efektivita a konstrukce, metody dělení prostoru, uniformní děleni, 3D DDA algoritmus, neuniformní 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]

Cvičení 3 (28. 3. 2018)

Animace scény v RT, ITimeDependent, AnimatedRayScene, 046cameranim, apod. Ukázka kódování videa z jednotlivých snímků.

Úloha 062: Animace RT scény

Úloha 063: Animace plamene ve 2D

Přednáška 7 (3. 4. 2018)

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), adaptivní vzorkování (rekurzivní metoda, kritéria pro zjemňování), ukázky vzorkovacích algoritmů.

Přednáška 8 (10. 4. 2018)

Metody Monte-Carlo v R-T

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)

Cvičení 4 (11. 4. 2018)

Definice scén a animací pomocí CS-scriptů. Opakování (Intersection, ISolid, atributy), Textury (ITexture), 3D textura = vnitřní struktura materiálu.

Úloha 072: Šumová 3D textura

Přednáška 9 (17. 4. 2018)

Úvod do radiometrie, radiační metoda

Základní radiometrické pojmy: vyzařovaný výkon, tok výkonu (radiosita), radiance, iradiance, intenzita; prostorové úhly, funkce odrazivosti BRDF, základní rovnice osvětlení OVTIGRE, diskretizace spojitého problému, soustava lineárních rovnic pro radiosity jednotlivých plošek, výpočet radiosity ve vrcholech, form-factors, řešení soustav

Přednáška 10 (2. 5. 2018)

Další vývoj renderingu - Monte Carlo

Monte Carlo metody obecně: úvod, primární a sekundární odhad, rozptyl, vzorkování po částech, vzorkování podle důležitosti, kombinované odhady, náhodné procházky, ruská ruleta, odhad příští události (NEE), ..

Cvičení 5 (9. 5. 2018)

Opakování ISolid, Intersection.
Ukázky distribuovaného RT (JaGrLib, GrCis - 049distributedrt, plošný zdroj světla). Distribuce řízená anti-aliasingem: MT.rank a MT.total. Hloubka ostrosti kamery.

Úloha 079: Implicitní plochy do RT

Úloha 088: Hloubka ostrosti objektivu

Přednáška 11 (15. 5. 2018)

Monte Carlo rendering

Zobrazovací rovnice (Kajiya), path-tracing (sledování náhodných cest), obousměrné sledování paprsku, NEE, příklady.

Přednáška 12 (22. 5. 2018)

Monte Carlo rendering II

Ukázka odevzdaných animací.
MC-rendering: co se nestihlo, [Dualita v teorii zobrazování, ukázky z duální radiosity], Photon-mapping.

Cvičení 6 (23. 5. 2018)

Opakování urychlení výpočtu průsečíků, průsečíky paprsek vs. trojúhelník, paprsek vs. kvádr (AABB).

Úloha 065: Efektivní parametrická plocha do RT