Informatica grafica

Informazioni

Corso fondamentale del secondo anno di Comunicazione Digitale e complementare per gli altri corsi di laurea.

Docenti

Daniele Marini

e-mail: <daniele.marini@unimi.it>

Alberto Viale

e-mail: <alberto.viale@unimi.it>

Sito del corso

Se andate qui trovate il programma del corso,le modalità d'esame e tutto in modo ufficiale. Per la parte di laboratorio andate qui e trovate tutti gli esercizi e i relativi file scritti e compilati a lezione.

Orari delle lezioni

Martedì	Mercoledì
15:30-17:30 Aula V1	15:30-17:30 Aula G24

Obiettivi e finalità del corso

• Conoscere i concetti alla base della grafica avanzata (sintesi e analisi di immagini, fotorealismo, animazione, rendering, realtà virtuale).

• Saper creare modelli 3D mediante il linguaggio di scripting RIB e software shader per i materiali della scena. In particolare si vedrà l'utilizzo dell'interfaccia RenderMan, ideata da Pixar Animation Studios (la casa che ha prodotto capolavori d'animazione come "Gli Incredibili", "Alla ricerca di Nemo", ecc...).

In pratica il corso si occupa della creazione a partire dal "nulla" di immagini virtuali fotorealistiche, ovvero immagini praticamente indistinguibili (o comunque il più vicine possibile) ad immagini reali, della creazione di immagini e mondi virtuali 3D, ecc...

Crediti formativi

Il superamento di quest'esame da diritto a 6 CFU

Programma del corso

1. Dispositivi di visualizzazione delle immagini, videotecnologia, percezione del colore, modelli digitali del colore, forma e movimento, il problema della "riproduzione dei toni", quantizzazione del colore

2. Rappresentazione di forme e modellazione,

3. Trasformazioni e proiezioni

4. Rendering di base: modelli di illuminazione locali, rimozione superfici nascoste, pipe-line di visualizzazione

5. Verso il realismo visivo: texturing e altri effetti

6. Verso il fotorealismo: modelli di illuminazione globali

7. Ray tracing, radiosity, photon mapping

8. Rendering basato su immagini

9. Visualizzazione di strutture a Voxel e rendering volumetrico

10. Cenno a Tecniche base di Realtà VIrtuale

11. Introduzione al linguaggio RIB

Modalità d'esame

Per potersi presentare all'esame occorre compilare alcuni gruppi di quiz di autovalutazione (tipicamente non sono più di tre o quattro serie) che verranno proposti periodicamente. Per questo occorre registrarsi on-line su JLI.

L'esame finale consisterà in una parte orale relativa agli argomenti trattati nei quiz e da una seconda parte di progetto, nella quale bisogna realizzare un'immagine fotorealistica tramite il linguaggio di scripting RIB e il RenderMan Shading Language.

Diario del corso

[Sezione da completare]

[Prima lezione] 1.10.08

Teoria:

[Seconda lezione] 7.10.08

Laboratorio: Introduzione al Rendering

[Terza lezione] 8.10.08

Laboratorio: Modelli di illuminazione (Lambert)

[Quarta lezione] 14.10.08

Laboratorio: Modelli di illuminazione (Phong)

[Quinta lezione] 15.10.08

Teoria:

[Sesta lezione] 21.10.08

Teoria:

[Settima lezione] 22.10.08

Teoria:

[Ottava lezione] 28.10.08

Teoria: Proiezioni piane - prospettiva - classificazione delle proiezioni piane - esempi di proiezione prospettica e parallela - punto di fuga - proiezioni ortogonali - proiezione assonometrica e obliqua - frames - camera frame - prospettiva dal punto di vista matematico - parametri di controllo - matrici per lDecimaa trasformazione prospettica canonica - shear - angolo di visione e frustum.

[Nona lezione] 29.10.08

Laboratorio: Panoramica Rendering non fotorealistici- Programmazione di uno shader (cartoon), nel quale abbiamo disegnato un bordo nero a una sfera e abbiamo visto come applicare le funzioni MIX - STEP - SMOOTH STEP. Trovate sia slide che esercizi sempre sul sito di Viale

[Decima lezione] 04.11.08

Laboratorio: Panoramica generale del Texturing - dal punto di vista matematico- programmazione di uno shader applicando i concetti di texturing. A breve dovreste trovare gli esercizi nel sito di Viale

[Undicesima lezione] 05.11.08

Laboratorio: Panoramica generale sul Bump Mapping - analisi dal punto di vista geometrico - programmazione di uno shader applicando le tecniche di bump mapping e usando la funzione "CALCULATE NORMAL" . Come sempre a breve trovate lo shader fatto a lezione nel sito di laboratorio di Viale

[Dodicesima lezione] 11.11.08

Teoria: Panoramica modelli di illuminazione. Tipi: Globali e locali. Interazione luce-superfici: diffusiva e speculare. Sorgenti di luce nella CG: Ambient light, Point Light , Distant light , Spot light , Area Light. Analisi dal punto di vista matematico e fisico. Modelli di illuminazione: modello di Lambert (luce diffusa uniformemente), modello di Phong (calcola, oltre alla componente Lambertiana, anche la riflessione speculare imperfetta e la componente ambientale), modello di Blinn (versione del modello di Phong più semplice da calcolare), modello di Warn (relativo a sorgenti di luce spot), modello locale completo e suoi limiti. Shading e smoothing: legge di Snell, rifrazione, flat shading, smooth shading (tecnica di Gouraud e tecnica di Phong).

[Tredicesima lezione] 12.11.08

Teoria: luce: teoria corpuscolare, teoria ondulatoria, polarizzazione, spettro, radiometria, velocità della luce, rifrazione, dispersione. Misurare la luce: angolo solido di proiezione, grandezze radiometriche (energia radiante, flusso radiante, intensità radiante, irradianza, uscita radiante, radianza), fotometria, grandezze fotometriche (energia luminosa, flusso luminoso, intensità luminosa, illuminamento, uscita luminosa, luminanza), strumenti di misura. Sorgenti di luce: sorgenti naturali (sole, cielo), sorgenti artificiali (sorgenti a incandescenza, ad alogeni, a scarica, fluorescenti), corpo nero, temperatura di colore correlata (CCT), forma della luce.

[Quattordicesima lezione] 18.11.08

Teoria: Modelli del colore 1 - Fondamenti: Gli attributi, la tinta,la saturazione,luminosità, Sistema di Munsell, La teoria del Tristimolo, L’osservatore standard CIE , Il diagramma di cromaticità CIE, Metamerismo

[Quindicesima lezione] 19.11.08

Teoria: Modelli del colore 2 – Il colore digitale, RGB Color Display, True color, dithering, palettes, modello RGB, Spazi colore: assoluti e relativi, Ellissi di MacAdam, Spazio CIE L*a*b*, Distanza cromatica DE, Spazio CIE Lu*v* , L'algoritmo di conversione RGB->HSI, Spazio HSV, Spazio HLS, Gamut mapping, panoramica su ICC, Sul problema del gamma, Luminanza - radianza, Definizione di JND, Il contrasto di Weber, Legge di Weber, Trasformazioni della luminanza, Correzione del gamma

[Sedicesima lezione] 26.11.08

Laboratorio: Il layered shading: teoria e applicazione, mix pesato di colori; maschere; shading procedurale: Perlin noise, rumore volumetrico.