Grafika komputerowa i wizualizacja (S1)

Tematyka wykładów:

• Wprowadzenie do grafiki komputerowej

  • Pojęcia syntezy, przetwarzania i analizy obrazów.

  • Modele oświetlenia lokalnego i globalnego, metody renderingu (grafika realistyczna, czas rzeczywisty syntezy).

  • Architektura komputerowego systemu graficznego (karta graficzna, GPU, pamięć obrazu. itp.).

  • Kodowanie kolorów w pamięci obrazu (bufor ramki, indeksowanie z LUT (ang. Look-Up Table)).

  • Monitory LCD (parametry, zasada działania).

• Potok graficzny

  • Dane wejściowe w systemach graficznych - scena 3D (reprezentacja wielokątowa obiektów, kamera, źródła światła, materiały).

  • Wykorzystanie rachunku macierzowo-wektorowego do transformacji geometrii (podstawowe przekształcenia geometryczne, składanie i odwracanie przekształceń, przekształcenia euklidesowe i afiniczne).

  • Architektura potoku graficznego czasu rzeczywistego (aplikacja->przetwarzanie geometrii->rasteryzacja).

    • Transformacja modelu.

    • Transformacja widzenia.

    • Cieniowanie wierzchołków.

    • Rzutowanie.

    • Obcinanie.

    • Transformacja do współrzędnych rastrowych.

    • Wypełnianie trójkątów.

    • Cieniowanie pikseli.

    • Łączenie danych (bufor Z).

  • Równanie oświetlenia i cieniowanie.

    • Pojęcie modelu oświetlenia.

    • Model oświetlenia Phong'a: obliczanie składowych ambient, diffuse, specular.

    • Cieniowanie płaskie i Gouraud'a.

  • Potok teksturowania (mapowanie tekstur bitmapowych, filtrowanie tekstur).

• Obraz rastrowy

  • Tworzenie obrazu rastrowego (pojęcia próbkowania, integracji i kwantyzacji).

  • Częstotliwość próbkowania obrazu, teoria próbkowania Nyquista-Shannona.

  • Reprezentacja obrazu w dziedzinie częstotliwości, przekształcenie Fourier'a.

  • Rekonstrukcja obrazu.

  • Aliasing i metody zmniejszania aliasingu.

• Grafika rastrowa

  • Zasady rysowania kształtów geometrycznych w rastrze (rysowanie punktów, odcinków, okręgów, linii przerywanych).

  • Wypełnianie obszarów w rastrze (algorytm spanline'owy (ang. edge-walking)).

  • Kopiowanie obszarów z wykorzystaniem funkcji logicznych (ang. bit-blitting).

  • Przezroczystość (ang. alpha blending).

• Kolor w grafice komputerowej

  • Aparat widzenia człowieka, budowa i model działania.

  • Sposoby definiowania barw.

  • Widmowy rozkład energetyczny.

  • Funkcje dopasowania barw, przestrzeń barw CIE RGB.

  • Przestrzeń barw CIE XYZ, wykres chromatyczności, gama barw.

  • Punkt bieli.

  • Profile kolorów (profil sRGB).

• Programowanie grafiki komputerowej

  • Biblioteka OpenGL, sprzętowo-programowa architektura biblioteki.

  • Biblioteka OpenGL ES.

  • Biblioteka GLUT.

  • Biblioteka GLUI, programowanie graficznych interfejsów użytkownika (GUI).

  • Shader'y, pojęcie fragmentu.

  • GPGPU, biblioteka CUDA, standard OpenCL.

• Synteza obrazów realistycznych