Przedmiot: Zaawansowana grafika komputerowa (S1)

Tematyka wykładów:

• Metoda śledzenia promieni (pdf)
  • Algorytm ray tracingu (rekurencyjne śledzenie promieni pierwotnych i wtórnych, testowanie widoczności, wyznaczanie cieni).
  • Obliczanie promieni pierwotnych.
  • Obliczanie przecięć.
  • Równanie oświetlenia.
  • Teksturowanie.
  • Obliczanie promieni wtórnych (odbitych i załamanych).
  • Podziały przestrzeni (jednorodny podział przestrzeni, algorytm 3DDDA).
  • Antyaliasing.
• Metoda energetyczna (pdf)
  • Równanie radiosity.
  • Współczynnik sprzężenia, metody obliczania współczynnika sprzężenia (analityczna, półsześcianów, Monte Carlo).
  • Metody rozwiązywania równania radiosity
    • Metoda podstawowa (ang. full matrix radiosity, rozwiązywanie układu równań liniowych (metoda Gauss’a-Seidel’a)).
    • Metoda progresywna (ang. progressive radiosity).
    • Shooting radiosity.
  • Hierarchiczna struktura mesh’a (ang. hierarchical radiosity)).
  • Rekonstrukcja obrazu w metodzie energetycznej.
• Techniki obliczania oświetlenia globalnego (pdf)
  • Metoda map fotonowych
    • Algorytm metody map fotonowych (rola poszczególnych etapów algorytmu):
      • śledzenie fotonów (ang. photon tracing),
      • tworzenie map fotonowych (ang. photon maps),
      • ocena rozkładu gęstości prawdopodobiestwa (ang. density estimation),
      • final gathering.
  • Rozproszony ray tracing
  • Metoda śledzenia ścieżek (ang. path tracing)
  • Natychmiastowe radiosity (ang. instant radiosity)
  • Obliczanie przesłaniania środowiska (ang. Ambient Occlusion, AO):
    • szacowanie współczynników przesłaniania,
    • integracja z równaniem oświetlenia.
  • Przesłanianie środowiska w przestrzeni obrazów (ang. Screen Space Ambient Occlusion, SSAO):
    • próbkowanie otoczenia piksela,
    • szacowanie współczynników przesłaniania.

• Metoda IBR (ang. Image Based Rendering) (pdf)
  • Algorytm metody IBR.
  • Mapa głębokości i mapa różnic głębokości.
  • Wyprowadzenie równania warpingu 3D.
  • Splatting i uzupełnianie braków informacji.
• Metoda IBL (ang. Image Based Lighting) (pdf)
  • Mapa światła (obrazy HDR), tworzenie map światła (ang. light probes).
  • Identyfikacja źródeł światła na mapie światła (ang. importance sampling).
  • Rendering z wykorzystaniem map światła (oświetlanie komputerowych obiektów).
  • Oświetlanie obiektów naturalnych (ang. light stage system).
• Wyświetlacze (pdf)(pdf)
  • Wyświetlacz LCD (zasada działania i parametry).
  • Wyświetlacz OLED (zasada działania i parametry).
  • Wyświetlacze stereoskopowe (systemy aktywne i pasywne, wyświetlacze VR).
  • Kodowanie i korekcja gamma.
  • Kalibracja kolorów
    • Przestrzenie kolorów RGB i XYZ, funkcje dopasowania barw, wykres chromatyczności.
    • Kolory podstawowe, punkt bieli i gama barw wyświetlacza.
    • Profile kolorów (profile sRGB) oraz system zarządzania kolorami (CMS).
• Obraz cyfrowy (pdf)
  • Próbkowanie, integracja i kwantyzacja obrazu.
  • Rekonstrukcja obrazu (analogowego) z obrazu cyfrowego.
  • Aliasing i antyaliasing.
• Techniki percepcyjne w grafice komputerowej (pdf)(pdf)
  • Fizjologia układu wzrokowego człowieka – profile kolorów.
  • Parametry widzenia (kontrast, rozdzielczość, kąt widzenia, zakres widzenia jasności, częstotliwość widzenia).
  • Kompresja jasności obrazów (operatory mapowania tonów).
  • Widzenie stereoskopowe (konflikt pomiędzy akomodacją i widzeniem dwuocznym).
  • Widzenie kierunkowe.

Laboratoria i projekt:

Na laboratoriach omawiana jest i ćwiczona implementacja kluczowych technik programistycznych stosowanych w ray tracingu. Na zajęciach projektowych studenci programują własną implementację metody śledzenia promieni z wybranym rozszerzeniem.

1. Implementacja operacji macierzowo-wektorowych w oparciu o bibliotekę GLM.

Operacje stosowane w raytracerze: dodawanie i odejmowanie wektorów, iloczyn skalarny i wektorowy, obliczanie długości wektora, mnożenie wektora przez liczbę, kopiowanie wektora, normalizacja wektora, mnożenie macierzy 3×3 razy wektor 3×1.

#include <glm/glm.hpp>
int foo(){
glm::vec4 Position = glm::vec4(glm::vec3(0.0), 1.0);
glm::mat4 Model = glm::mat4(1.0);
Model[3] = glm::vec4(1.0, 1.0, 0.0, 1.0);
glm::vec4 Transformed = Model * Position;

return 0;
}

2. Zapis danych obrazu do pliku graficznego (wykorzystanie biblioteki FreeImage). Korekcja gamma. Przykładowy kod do pobrania tutaj.

3.  Obiektowa struktura ray tracera (raytracer.h, scene_simple.txt, image_simple.png).

4. Obliczanie kierunku promienia pierwotnego.

5. Obliczanie przecięć (kula, trójkąt, obliczanie wektorów normalnych).

6. Równanie oświetlenia (wyznaczanie cieni).

7. Rekurencyjne śledzenie promieni odbitych od obiektów (scene_trian.txt, scene_trian.png).

8. Teksturowanie (tylko dla kuli).