460-4078/01 – Počítačová grafika I (PG I)

Garantující katedraKatedra informatikyKredity4
Garant předmětuIng. Tomáš Fabián, Ph.D.Garant verze předmětuIng. Tomáš Fabián, Ph.D.
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostpovinně volitelný
Ročník1Semestrzimní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení2015/2016Rok zrušení
Určeno pro fakultyFEIUrčeno pro typy studianavazující magisterské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
FAB038 Ing. Tomáš Fabián, Ph.D.
Rozsah výuky pro formy studia
Forma studiaZp.zak.Rozsah
prezenční Zápočet a zkouška 2+2
kombinovaná Zápočet a zkouška 18+0

Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi

Cílem předmětu je prohloubení základních znalostí počítačové grafiky, se kterými se mohl posluchač seznámit v bakalářském studiu. Po absolvování předmětu posluchač porozumí základním principům moderních metod fotorealistického zobrazování scény. Vybrané metody bude umět popsat, naimplementovat a vytvářet aplikace pro renderování obrazů na základě fyzikálních principů šíření světa, přičemž důraz je kladen především na globální metody. Absolvent předmětu dokáže: - definovat základní struktury a operace používané v počítačové grafice se zaměřením na syntézu obrazu pomocí technik sledování paprsků, - orientovat se v algoritmech rekurzivního sledování paprsků, - formulovat rozdíl mezí lokálními a globálními metodami výpočtu osvětlení, - řešit zobrazovací rovnici metodou Monte Carlo, - navrhovat postupy pro urychlení konvergence stochastických metod, - konstruovat akcelerační struktury pro urychlení průchodu paprsku scénou, - specifikovat rozhodující optické vlastnosti vybraných typů materiálů, - vytvářet výkonné paralelizované aplikace pro fotorealistickou syntézu obrazu.

Vyučovací metody

Přednášky
Cvičení (v učebně)

Anotace

Předmět volně navazuje na úvodní bakalářský kurz Základy počítačové grafiky a pokrývá hlavní principy fotorealistické syntézy obrazu. Jsou probírána zejména tato témata: metoda sledování paprsku, osvětlovací modely, modely odrazu světla od povrchu (BRDF), zobrazovací rovnice, základy metody Monte Carlo pro simulaci transportu světla, zajištění fyzikální korektnosti výsledků, urychlování výpočtu, vyhlazování obrazu a popis základních optických materiálových modelů. Předmět zahrnuje cvičení, během kterých jsou témata probírána na přednáškách prakticky realizována formou implementace programů k zápočtu. Teoretické poznatky získané během rozboru dílčích úloh slouží jako základ pro praktickou implementaci konkrétních příkladů na cvičeních. Cvičení tedy úzce korespondují s přednáškami a předpokládá se praktická realizace zmíněných témat v prostředí jazyka C++.

Povinná literatura:

[1] Pharr, M., Jakob, W., Humphreys, G.: Physically Based Rendering, Third Edition: From Theory to Implementation, Morgan Kaufmann, 2016, 1266 pages, ISBN 978-0128006450. [2] Sojka, E.: Počítačová grafika II: metody a nástroje pro zobrazování 3D scén, VŠB-TU Ostrava, 2003 (ISBN 80-248-0293-7). [3] Sojka, E., Němec, M., Fabián, T.: Matematické základy počítačové grafiky, VŠB-TU Ostrava, 2011.

Doporučená literatura:

[1] Shirley, P., Morley, R. K.: Realistic Ray Tracing, Second Edition, AK Peters, 2003, 235 pages, ISBN 978-1568814612. [2] Akenine-Moller, T., Haines, E., Hoffman, N.: Real-Time Rendering, Third Edition, AK Peters, 2008, 1045 pages, ISBN 978-1568814247. [3] Dutré, P.: Global Illumination Compendium, 2003, 68 pages. [4] Ryer, A. D.: The Light Measurement Handbook, 1997, 64 pages.

Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta

Podmínkou udělení zápočtu je odevzdání jednotlivých úloh ze cvičení. Funkčnost jednotlivých částí bude prezentována v rámci cvičení v zápočtovém týdnu. Podmínkou pro udělení zápočtu je zvládnutí těchto úloh s bodovým ziskem minimálně 20 bodů ze 45 možných. Hodnotí se zejména míra pochopení daného problému, správnost implementace algoritmů, funkčnost a vizuální úroveň prezentovaných výsledků. Předpokládá se výborná orientace v odevzdaném zdrojovém kódu. Předmět je ukončen ústní zkouškou s písemnou přípravou.

E-learning

Další požadavky na studenta

U studentů se předpokládá znalost matematiky a programování na úrovni probrané během bakalářského studia.

Prerekvizity

Předmět nemá žádné prerekvizity.

Korekvizity

Předmět nemá žádné korekvizity.

Osnova předmětu

Přednášky: - Fyzikální a matematické základy syntézy obrazu (světlo, radiometrické a fotometrické veličiny, barevné systémy). - Model kamery, hloubka ostrosti, afinní prostory a transformace, maticový zápis, změna báze, přechody mezi souřadnými systémy. - Metoda sledování paprsku (Ray Tracing), výpočet průsečíků těles s paprskem. - Základní typy materiálů, modely odrazu světla, textury, BRDF. - Mikroploškové modely (Cook-Torrance, Oren-Nayar), obecné BxDF. - Vícenásobné vzorkování a anti-aliasing, gamma korekce. - Urychlovací metody, akcelerační datové struktury a paralelizace. - Zobrazovací rovnice (Kajiya) a její řešení pomocí metod Monte Carlo. - Metoda sledování cest (Path Tracing), techniky snižování rozptylu (vzorkování po částech a podle důležitosti, ruská ruleta, next event estimation, přímé osvětlení). - Zdroje světla (vzorkování, image based lighting) - Obousměrné sledování cest (Bi-directional Path Tracing), metoda fotonových map. - Spektrální trasování, mapování tónů. - Další metody fotorealistického zobrazování scén. - Další metody modelování a zobrazování těles (hraniční modely, CSG, distance function). Cvičení na počítačové učebně: - Načítání a reprezentace dat, podpůrné knihovny (např. Embree, OptiX). - Implementace jednoduché kamery. - Základní ray casting (A. Appel). - Implementace difuzních materiálů a Phongova osvětlovacího modelu. - Rozšíření materiálů o kovové povrchy (reflexe) a dielektrické materiály (refrakce a útlum), Whittedův rekurzivní ray tracing. - Supersampling, gama korekce. - Akcelerace výpočtu. - Základní path tracing. - Urychlování konvergence, implementace vybraných BRDF. - Vzorkování zdrojů světla. - Úprava grafického výstupu ray traceru (tone mapping). Na cvičeních se řeší konkrétní úlohy z probrané oblasti. Implementačním jazykem je C++.

Podmínky absolvování předmětu

Prezenční forma (platnost od: 2015/2016 zimní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodůMax. počet pokusů
Zápočet a zkouška Zápočet a zkouška 100 (100) 51
        Zápočet Zápočet 45  20
        Zkouška Zkouška 55  6 3
Rozsah povinné účasti: Účast na cvičeních je povinná a je kontrolována. S rozsahem povinné účastí seznámí studenty garant předmětu na začátku semestru.

Zobrazit historii

Podmínky absolvování předmětu a účast na cvičeních v rámci ISP: Splnění všech povinných úkolů v individuálně dohodnutých termínech. Rozsah účasti na cvičeních si student na začátku semestru dohodne s garantem předmětu.

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.ZaměřeníFormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2025/2026 (N0688A140014) Průmysl 4.0 P čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2025/2026 (N0613A140034) Informatika DZO P čeština Ostrava 1 povinně volitelný typu A stu. plán
2025/2026 (N0613A140034) Informatika DZO K čeština Ostrava 1 povinně volitelný typu A stu. plán
2024/2025 (N0613A140034) Informatika DZO P čeština Ostrava 1 povinně volitelný typu A stu. plán
2024/2025 (N0613A140034) Informatika DZO K čeština Ostrava 1 povinně volitelný typu A stu. plán
2024/2025 (N0688A140014) Průmysl 4.0 P čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2023/2024 (N0688A140014) Průmysl 4.0 P čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2023/2024 (N0613A140034) Informatika DZO K čeština Ostrava 1 povinně volitelný typu A stu. plán
2023/2024 (N0613A140034) Informatika DZO P čeština Ostrava 1 povinně volitelný typu A stu. plán
2023/2024 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T025) Informatika a výpočetní technika P čeština Ostrava 1 povinně volitelný stu. plán
2023/2024 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T025) Informatika a výpočetní technika K čeština Ostrava 1 povinně volitelný stu. plán
2022/2023 (N0613A140034) Informatika DZO K čeština Ostrava 1 povinně volitelný typu A stu. plán
2022/2023 (N0613A140034) Informatika DZO P čeština Ostrava 1 povinně volitelný typu A stu. plán
2022/2023 (N0688A140014) Průmysl 4.0 P čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2022/2023 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T025) Informatika a výpočetní technika P čeština Ostrava 1 povinně volitelný stu. plán
2022/2023 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T025) Informatika a výpočetní technika K čeština Ostrava 1 povinně volitelný stu. plán
2021/2022 (N0688A140014) Průmysl 4.0 P čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2021/2022 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T025) Informatika a výpočetní technika P čeština Ostrava 1 povinně volitelný stu. plán
2021/2022 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T025) Informatika a výpočetní technika K čeština Ostrava 1 povinně volitelný stu. plán
2020/2021 (N0688A140014) Průmysl 4.0 P čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2020/2021 (N2647) Informační a komunikační technologie (1103T031) Výpočetní matematika P čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2020/2021 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T025) Informatika a výpočetní technika P čeština Ostrava 1 povinně volitelný stu. plán
2020/2021 (N2647) Informační a komunikační technologie (1103T031) Výpočetní matematika K čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2020/2021 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T025) Informatika a výpočetní technika K čeština Ostrava 1 povinně volitelný stu. plán
2019/2020 (N2647) Informační a komunikační technologie (1103T031) Výpočetní matematika P čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2019/2020 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T025) Informatika a výpočetní technika P čeština Ostrava 1 povinně volitelný stu. plán
2019/2020 (N2647) Informační a komunikační technologie (1103T031) Výpočetní matematika K čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2019/2020 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T025) Informatika a výpočetní technika K čeština Ostrava 1 povinně volitelný stu. plán
2018/2019 (N2647) Informační a komunikační technologie (1103T031) Výpočetní matematika P čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2018/2019 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T025) Informatika a výpočetní technika P čeština Ostrava 1 povinně volitelný stu. plán
2018/2019 (N2647) Informační a komunikační technologie (1103T031) Výpočetní matematika K čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2018/2019 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T025) Informatika a výpočetní technika K čeština Ostrava 1 povinně volitelný stu. plán
2017/2018 (N2647) Informační a komunikační technologie (1103T031) Výpočetní matematika P čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2017/2018 (N2647) Informační a komunikační technologie (1103T031) Výpočetní matematika K čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2017/2018 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T025) Informatika a výpočetní technika P čeština Ostrava 1 povinně volitelný stu. plán
2017/2018 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T025) Informatika a výpočetní technika K čeština Ostrava 1 povinně volitelný stu. plán
2016/2017 (N2647) Informační a komunikační technologie (1103T031) Výpočetní matematika P čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2016/2017 (N2647) Informační a komunikační technologie (1103T031) Výpočetní matematika K čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2016/2017 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T025) Informatika a výpočetní technika P čeština Ostrava 1 povinně volitelný stu. plán
2016/2017 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T025) Informatika a výpočetní technika K čeština Ostrava 1 povinně volitelný stu. plán
2015/2016 (N2647) Informační a komunikační technologie (1103T031) Výpočetní matematika P čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2015/2016 (N2647) Informační a komunikační technologie (1103T031) Výpočetní matematika K čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2015/2016 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T025) Informatika a výpočetní technika P čeština Ostrava 1 povinně volitelný stu. plán
2015/2016 (N2647) Informační a komunikační technologie (2612T025) Informatika a výpočetní technika K čeština Ostrava 1 povinně volitelný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku

Hodnocení Výuky



2023/2024 zimní
2022/2023 zimní
2021/2022 zimní
2020/2021 zimní
2019/2020 zimní
2018/2019 zimní
2017/2018 zimní
2016/2017 zimní
2015/2016 zimní