Przedmiot: Zaawansowane techniki grafiki komputerowej (S2)

Tematyka wykładów:

1. System grafiki komputerowej (światło -> materiał -> percepcja obrazu)
2. Synteza obrazów metodą 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.
3. Techniki syntezy obrazów uwzględniające oświetlenie globalne (pdf)(pdf)
   • Metoda energetyczna (ang. radiosity).
   • Metoda map fotonowych (ang. photon mapping).
   • Metoda śledzenia rozproszonych promieni (ang. distributed ray tracing).
   • Metoda śledzenia ścieżek (ang. path tracing).
   • Metoda tworzenia wirtualnych źródeł światła (ang. instant radiosity).
4. Układ wzrokowy człowieka (pdf)
   • Budowa oka (siatkówka, rodzaje i rozmieszczenie komórek światłoczułych, rola źrenicy, funkcje rogówki i soczewki).
   • Wstępna analiza sygnału na siatkówce (funkcje komórek nerwowych).
   • Widzenie centralne i peryferyjne.
   • Zakres czułości na zmianę jasności (widzenie skotopowe, mezotopowe i fotopowe).
   • Zmiana czułości w zależności od częstotliwości fali świetlnej.
5. Fotometryczna reprezentacja obrazu (pdf)(pdf)(pdf)
   • Obraz w rozumieniu teorii sygnałów
   • Jasność (jednostki radiometryczne i fotometryczne).
   • Kolor
     • Widmowy rozkład energetyczny.
     • Metameryzm.
     • Przestrzeń kolorów XYZ.
     • Wykres chromatyczności.
     • Gama barw.
     • Punkt bieli.
     • Przestrzeń kolorów sRGB.
   • Zakres dynamiki jasności (obrazy HDR).
6. Wyświetlanie obrazów (pdf)
   • Obraz rastrowy (integracja, próbkowanie, kwantyzacja).
   • Rekonstrukcja obrazu i aliasing.
   • Wyświetlanie obrazu na monitorze (budowa wyświetlacza).
   • Profile kolorów (kolory podstawowe, punkt bieli, korekcja gamma).
7. Percepcja obrazów (pdf)
   • Progowa czułość na kontrast (funkcja TVI).
   • Progowa rozdzielczość widzenia (funkcja CSF).
   • Maladaptacja w widzeniu ponadprogowym.
   • Iluzje optyczne (fizjologiczne, percepcyjne, właściwe optyczne).
   • Porównywanie obrazów (MSE, SSIM, HDRVDP).
   • Adaptacja do jasności
     • Zmiana rozdzielczości.
     • Zmiany w percepcji kolorów.
     • Lokalna zmiana kontrastów.
     • Przebieg adaptacji w czasie.
8. Techniki percepcyjne (pdf)(pdf)
   • Mapowanie tonów (operator liniowy, gamma, zachowujący widzenie kontrastów, dopasowanie histogramu, fotograficzny globalny i lokalny (funkcja sigmoidalna)).
   • Antyaliasing.
   • Model adaptacji do jasności.
   • Rendering uwzględniający kierunek patrzenia.

Projekt:

Implementacja programu do syntezy obrazów metodą śledzenia: śledzenie promieni pierwotnych oraz wtórnych odbitych i załamanych na powierzchni, obiekty kule oraz trójkąty, teksturowanie, przyśpieszanie obliczeń metodą jednorodnego podziału przestrzeni, antyaliasing (supersampling).

1. Implementacja operacji macierzowo-wektorowych (przykladowy projekt).

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.

2. Zapis danych obrazu do pliku. Korekcja gamma.

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. Wczytywanie sceny z plików zewnętrznych.

9. Tekturowanie.

10. Implementacja algorytmu jednorodnego podziału przestrzeni.

11. Implementacja ray castera w OpenCL (openCL_ray_tracer.zip).