Podstawy Grafiki Komputerowej
Transcript of Podstawy Grafiki Komputerowej
Podstawy Grafiki KomputerowejWykład 1
Andrzej Łukaszewski
Pracownia Grafiki Komputerowej(LIGHT — Laboratory of Imaging and GrapHic Techniques)
Instytut Informatyki, Uniwersytet Wrocławski
7 pazdziernika 2019
Grafika komputerowa: pasja czy praca ?
MIT,ERC,. . . , GAMEINN 93mln
Wstep: Informacje organizacyjne
Strona wykładu w serwisie:https://skos.ii.uni.wroc.pl
Pracownia: około 5-6 zadan OpenGL o rosnacym poziomietrudnosci (kary za oddawanie zadan po terminie). Napoczatku bazujemy na przykładach z
http://www.opengl-tutorial.org/
Ocena z egzaminu: . . .
Poza nabyciem umiejetnosci programowania w OpenGLkonieczna jest znajomosc teoretycznych podstaw jak np.efektywnych metod transformacji współrzednych orazpodstawowych pojec i metod C.G.
Wstep: Literatura
P. Shirley, Fundamentals of Computer Graphics, A.K.Peters,Natick Massachusetts 2002.
J.F. Hughes, A. van Dam,M.Mcguire,D.F.Sklar,J.D.Foley,S.K.Feiner, K.Akeley - ComputerGraphics - Principles and Practice, 3rd Edition 2014
J.D. Foley, A. van Dam, S.K. Feiner, J.F. Hughes, Computer
Graphics - Principles and Practice, 2nd edition 1992 (rózne
wersje, jedna przetłumaczona na polski)
M. Jankowski, Elementy grafiki komputerowej, WNT,Warszawa 1990.
Graphics Gems I–V, GPU Gems I–. . . — prace zbiorowe
G.Sellers, R.S.Wright, N.Haemel — OpenGL SuperBible:Comprehensive Tutorial and Reference 7th Edition
Wstep: Zródła
Strony organizacji:
ACM SIGGRAPH www.siggraph.org→ lokalny Wrocław Chapter
Eurographics www.eg.org
Strony konferencji:
SIGGRAPH
Eurographics (EG)
SIGGRAPH Asia
EG Symposium on Rendering
Wstep: Czym jest grafika komputerowa ?
Praktyka
Zastosowanie komputerów do produkcji grafikiuzytkowej i sztuki(obsługa programów do obróbki zdjec, modelowania scen 3D irenderowania animacji).
versus
Teoria i praktyka !
Metody i algorytmy stosowane w oprogramowaniugrafiki uzytkowej i sztuki(zrozumienie metod i badania w celu stworzenia nowychlepszych lub szybszych metod, efektów).
Wstep: Definicje
CG: Computer Graphics by Wikipedia
a sub-field of computer science which studies
methods for digitally synthesizing and manipulating
visual content
CG: Computer Graphics by Steve Marschner
The study of creating, manipulating, and using
visual images in the computer.
CGI: Computer Graphics Imagery
generated content
Wstep: Dziedziny pokrewne
CG: Synteza obrazów przy pomocy komputera
Grafika komputerowa vs. Przetwarzanie Obrazów
dziedzina stosowana czerpiaca z wielu innych
Wstep: Co powinnismy wiedziec?
“Just a few years ago, all one needed to be a competentresearcher or practitioner in computer graphics was a solidbackground in geometry, algebra, calculus, topology,probability, mechanics, electromagnetism, signal processing,image processing, electrical engineering, optics, informationtheory, structured programming, basic algorithms and datastructures, complexity theory, computer architecture, humanfactors, perceptual psychology, colorimetry, graphic design,industrial design, semiotics, and art!
Unfortunately, the list is growing.”A. GLASSNER, 1994
Wstep: Dziedziny CG i przykłady problemów
1 rendering
2 modelowanie
3 animacja
4 . . .
5 interfejsyuzytkownika
6 wirtualnarzeczywistosc
7 wizualizacja
8 skanowanie 3D
9 przetwarzanieobrazów
Gilles Tran, POV-Ray 3.6 using Radiosity,Rhino, Cinema4D.
Wstep: Dziedziny CG i przykłady problemów
1 rendering
2 modelowanie
3 animacja
4 . . .
5 interfejsyuzytkownika
6 wirtualnarzeczywistosc
7 wizualizacja
8 skanowanie 3D
9 przetwarzanieobrazów
King Kong 2005 (c) Universal Pictures, WETADigital
Wstep: Dziedziny CG i przykłady problemów
1 rendering
2 modelowanie
3 animacja
4 . . .
5 interfejsyuzytkownika
6 wirtualnarzeczywistosc
7 wizualizacja
8 skanowanie 3D
9 przetwarzanieobrazów
Ratatouille 2007 (c) Pixar
Wstep: Dziedziny CG i przykłady problemów
1 rendering
2 modelowanie
3 animacja
4 . . .
5 interfejsyuzytkownika
6 wirtualnarzeczywistosc
7 wizualizacja
8 skanowanie 3D
9 przetwarzanieobrazów
Wstep: Dziedziny CG i przykłady problemów
1 rendering
2 modelowanie
3 animacja
4 . . .
5 interfejsyuzytkownika
6 wirtualnarzeczywistosc
7 wizualizacja
8 skanowanie 3D
9 przetwarzanieobrazów
Cave — cave automatic virtual environmentOsrodek Bad. Rozw. Obrum, Gliwice
Wstep: Dziedziny CG i przykłady problemów
1 rendering
2 modelowanie
3 animacja
4 . . .
5 interfejsyuzytkownika
6 wirtualnarzeczywistosc
7 wizualizacja
8 skanowanie 3D
9 przetwarzanieobrazów
HTC ViveInne: Oculus Rift, Google Cardboard, Sam-sung GearVR, Sony. . .
Wstep: Dziedziny CG i przykłady problemów
1 rendering
2 modelowanie
3 animacja
4 . . .
5 interfejsyuzytkownika
6 wirtualnarzeczywistosc
7 wizualizacja
8 skanowanie 3D
9 przetwarzanieobrazów
wizualizacja symulacji przepływu powietrza,NASA
Wstep: Dziedziny CG i przykłady problemów
1 rendering
2 modelowanie
3 animacja
4 . . .
5 interfejsyuzytkownika
6 wirtualnarzeczywistosc
7 wizualizacja
8 skanowanie 3D
9 przetwarzanieobrazów
Skanowanie 3D, góry Cederberg, RPA.
Wstep: Dziedziny CG i przykłady problemów
1 rendering
2 modelowanie
3 animacja
4 . . .
5 interfejsyuzytkownika
6 wirtualnarzeczywistosc
7 wizualizacja
8 skanowanie 3D
9 przetwarzanieobrazów
Jak uzyskac informacje o oswietleniuprzy duzym kontrascie ?
HDR — High Dynamic Range
Rekonstrukcja ze zdjec z róznaekspozycja
Wstep: Zastosowania
?
Wstep: Zastosowania
1 Gry wideo
2 Filmy animowane
3 Film: efekty specjalne, compositing, obróbka koloru
4 Architektura: CAD, takze CAM
5 Wojsko i lotnictwo: symulatory
6 Medycyna: obrazowanie medyczne
7 Wizualizacja informacji
8 Muzea: wizualizacje, VR, Augumented Reality
Wstep: Program wykładu
Wstep: dziedziny, zastosowania, historia, sprzet
API: bufor obrazu, standardowy potok grafiki 3D, OpenGL
Przekształcenia: jednorodny układ współrzednych, rotacje
Widocznosc: z-bufor czy sledzenie promieni ? co dalej ?
Obliczanie oswietlenia: modele lokalne i globalne
Reprezentacje obiektów: powierzchnie par., wolumetryczne
Swiatło i kolor: RGB, CIE XYZ
Tekstury: bitmapy i proceduralne, funkcja szumu
Rasteryzacja: algorytm Bresenhama, antyaliasing
Wstep: Prehistoria
1950 MIT komputer Whirlwind z grafoskopem
1962 MIT Ivan Sutherland: system grafiki interakcyjnej 2DSketchpad z piórem swietlnym
lata ‘60 pierwsze zastosowania wojsko, przemysł lotniczy isamochodowy
1969 Renault Pierre Beziere: UNISURF system domodelowania przy uzyciu krzywych i powierzchni
lata ‘70 algorytmy usuwania zasłonietych linii, buforgłebokosci
1977 film Westworld: pierwsze CG: głowa “wireframe”
lata ‘80 algorytm sledzenia promieni, metodaenergetyczna, synteza fotorealistycznych obrazów
1980 Apple poczatek dostepnych komputerów osobistych zgraficznym wyswietlaczem
Wstep: Historia
1986 SGI Iris: karty graficzne z akceleracja 3D
1992 OpenGL ver. 1.0 (wczesniej GL)
1994 Toy Story - pierwszy całkowicie komputerowoanimowany film długometrazowy
1994 Jurassic Prac - ILM Oscar za efekty
2000 Oscar dla twórców renderera prm (Pixar) Cook,Carpenter, Catmull
2001 Final Fantasy: komputerowo animowani aktorzy, Shrekfutro, łaka
2001 NVidia GeForce3 (NV20) dostepne programowalnekarty graficzne
2008 NVidia CUDA — “Compute Unified DeviceArchitecture”, OpenGL ver. 3.0
2019 SGI dawno nie istnieje, GPU: NVidia, ATI/AMD,wbudowane w CPU, w komórkach, OpenGL ver 4.6, . . .
Wstep: Sprzet
Dziedzina powiazana ze sprzetem np. wymagana ilosc klatek nasekunde
Podziały: wejscie/wyjscie, rastrowy/wektorowy
Wejscie:kamera, aparat cyfrowy, skaner, skaner3D, gps, mysz,kontrolery 3D (mysz3D), tablet, haptics
Wyjscie:wyswietlacze graficzne: CRT,LCD,HDR,projektory;plotery, drukarki
Systemy do renderingu filmów: render farm film Shrek (2000r):SGI-Origin200 (406CPU) SGI-1200(324) SGI-O2(190) PC(562) Wsumie 1482CPU (836boxes), 6,5TB danych, 1godzina/klatke.
Wstep: Sprzet
Wyswietlacze róznia sie znaczaco wydajnoscia i iloscia pikseli:
300tys wyswietlacz małej komórki np. 176x220
1mln standard HDReady 720p: 1280×720
2mln standard FullHD 1080p: 1920×1080
TV 4K ?UHD1:3840×2160, UW4K:3840×1600, DCI4K:4096×2160
10mln 2005r Barco wall (5mx2m, fizyczna rozdzielczosc4900x1900 wysoki kontrast i kalibracja kolorów, 8projektorów)
33mln 2017r monitory 8K np.Dell UltraSharp UP3218K 32cale, 20kzł, 7680x4320,100% AdobeRGB
Wstep: Sprzet
Przeglad standardów rozdzielczosci TV:
Ile naprawde pikseli potrzeba ?
Wstep: Sprzet
The Economist, 9.IX.2016:
Head-Up-Display Hełm HDMS dla pilotów nowych mysliwcówF-35 koszt 400 000$ (mysliwiec 148m-337m $).
Wyswietlanie widoku w kazdym kierunku patrzenia(przezroczysty mysliwiec) na podstawie obrazu z kamer.
Sledzenie ruchu gałek ocznych, stosowane do wyswietlaniainformacji ale tez do sterowania rakiet.
Kalibracja dla kazdego pilota 2 dni w firmie Rockwell Collins,waga 2.4kg.
Wczesne problemy np. z opóznieniami video podobnowyeliminowane.