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.

https://skos.ii.uni.wroc.pl

http://www.opengl-tutorial.org/

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

www.siggraph.org

www.eg.org

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.


1 rendering

2 modelowanie

3 animacja

4 . . .



7 wizualizacja

8 skanowanie 3D


King Kong 2005 (c) Universal Pictures, WETADigital


1 rendering

2 modelowanie

3 animacja

4 . . .



7 wizualizacja

8 skanowanie 3D


Ratatouille 2007 (c) Pixar


1 rendering

2 modelowanie

3 animacja

4 . . .



7 wizualizacja

8 skanowanie 3D



1 rendering

2 modelowanie

3 animacja

4 . . .



7 wizualizacja

8 skanowanie 3D


Cave — cave automatic virtual environmentOsrodek Bad. Rozw. Obrum, Gliwice


1 rendering

2 modelowanie

3 animacja

4 . . .



7 wizualizacja

8 skanowanie 3D


HTC ViveInne: Oculus Rift, Google Cardboard, Sam-sung GearVR, Sony. . .


1 rendering

2 modelowanie

3 animacja

4 . . .



7 wizualizacja

8 skanowanie 3D


wizualizacja symulacji przepływu powietrza,NASA


1 rendering

2 modelowanie

3 animacja

4 . . .



7 wizualizacja

8 skanowanie 3D


Skanowanie 3D, góry Cederberg, RPA.


1 rendering

2 modelowanie

3 animacja

4 . . .



7 wizualizacja

8 skanowanie 3D


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.

Documents

Podstawy Grafiki Komputerowej