Fotorealistická grafika – aktuální informace (2022/2023)

Přednáška je každé ÚTERÝ OD 9:00 v posluchárně S9 (Malá Strana).

Cvičení se konají každý týden v termínu:

Úterý 10:40, SU1 (česká skupina)

Video obsah na YouTube

Playlist všech přednášek (2021/2022).
Playlist cvičení (2022/2023).

Nezávazný plán přednášky

Přednáška 1 (14. 2. 2023)

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 (14. 2. 2023)

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 (2022/23) – zápočet, RT004 repository, systém kroků a kontrolních bodů.

Přednáška 2 (21. 2. 2023)

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 (21. 2. 2023)

Koncepce cvičení a zápočtu – další detaily o postupu v repository RT004. Detaily viz stránky cvičení.
Video: Cvičení 2 (2022/23) – další detaily o postupu v RT004, Checkpoint 1

Přednáška 3 (28. 2. 2023)

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 (28. 2. 2023)

Ukázka spojitého stínování (Gouraud, Phong).
Implementace ray-traceru: Camera (generátor primárních paprsků), Solid/Shape (jak reprezentovat paprsek, výpočet průsečíků...)
Video: Cvičení 3 (2022/23) – demo interpolace stínování, RT004

Přednáška 4 (7. 3. 2023)

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.
Video: Přednáška 4 (2021/22) – BRDF II

Cvičení 4 (7. 3. 2023)

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).
Syntéza obrazu pro paprskový rendering – kamera, scéna, zdroje světla, výpočet barvy všech pixelů.
Video:

Přednáška 5 (14. 3. 2023)

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 (14. 3. 2023)

RT004 – další checkpoints, textury, OOP, file-format pro RT scény, koncepty akcelerace (předzpracování), paralelismus...
Video:

Přednáška 6 (21. 3. 2023)

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]
Průsečíky s aproximačními plochami (Bezier): dělení, Newtonova metoda.
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 (21. 3. 2023)

Ukázka kamery s širokým úhlem záběru (120°). Jak udělat akceleraci scény, průsečíky s trojúhelníky a boxy... Další poznámky o OOP a vržených stínech, rekurzivní ray-tracing (shade() funkce).
Ukázky filtrace textur, ukázka jednoduchých bump-textur.
Video:

Přednáška 7 (28. 3. 2023)

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 (28. 3. 2023)

Další aplikace šumových funkcí – ukázky (simulace vodni hladiny, simulace a animace plamene).
Video:

Přednáška 8 (4. 4. 2023)

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 (4. 4. 2023)

Video:

Přednáška 9 (11. 4. 2023)

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 (11. 4. 2023)

Rozšíření t01-t04.
Video:

Přednáška 10 (18. 4. 2023)

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 (18. 4. 2023)

Rozšíření t05-t08.
Video:

Přednáška 11 (25. 4. 2023)

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 11 (25. 4. 2023)

Rozšíření t09-t12.
Video:

Přednáška 12 (2. 5. 2023)

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 (9. 5. 2023)

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