Számítógépes Grafika Valasek Gábor és Hajder Levente valasek@inf.elte.hu, hajder.levente@sztaki.mta.hu Eötvös Loránd Tudományegyetem Informatikai Kar 2016/2017. II. félév Tartalom 1 2 3 Tartalom 1 2 3 Előadó: Hajder Levente Email: hajder.levente@sztaki.mta.hu Levél tárgya [BScGraf]-al kezdődjön! Szoba: MTA SZTAKI XI.ker Kende u. 13-17. 305-ös szoba
BsC nappali képzés Bejárás kötelező katalógus! Max. három hiányzás lehetséges. Őszi félév : keresztfélév Vizsga: 2 darab részvizsga (KÖTELEZŐ!) Felezőpont: körülbelül 50 50% Vizsgaidőszakban: pót-részvizsga és UV-k Honlap: http://cgraf.inf.elte.hu 2 db részvizsga 1 Alapok: transzformációk, modellezés, vetítési egyenletek... 2 Renderelések alapjai és részletei Vizsga kb. 70%-30% elméleti és gyakorlati feladatok 1 Elmélet: kérdések (rövid) tételszerű kifejtése 2 : feladatok megoldása Vizsga: 2 darab részvizsga (KÖTELEZŐ!) Felezőpont: körülbelül 50 50% Vizsgaidőszakban: pót-részvizsga és UV-k Honlap: http://cgraf.inf.elte.hu ok Az előadás és a gyakorlat nem előfeltételei egymásnak. Koordinátor: Valasek Gábor Email: valasek@inf.elte.hu (Tárgy: [BScGraf]!!!) Követelmény: Órák látogatása kötelező 4 db. kiszh. 2 db. kisbeadandó 1 darab nagyzh vagy nagybeadandó Tartalom 1 2 3
Képmanipulálás Az informatika tudomány egy ága Feladata: Vizuális anyagok előállítása, elemzése és manipulálása (feldolgozás) Brandon Christopher Warren, flickr Nem része a félév anyagának Képfeldolgozás és képelemzés Képszintézis Képfeldolgozás Képelemzés Cél: egy két- vagy háromdimenziós világról képet előállítani Bemenet: a virtuális világ modellje Kimenet: kép Beatrice Murch and OpenCV
2D: Modell Kép 3D: Modell Kép Képszintézis Modellezés Kérdések: Hogyan írjuk le a világot? - Modellezés Hogyan számítjuk ki a képet? - Algoritmusok Hogyan jelenítjük meg azt? - Eszközök Hogyan írjuk le a világot? MSc., Információs Rendszerek szakirány, Grafika Blokk: Geometriai modellezés MSc., Információs Rendszerek szakirány, Grafika Blokk: Felület- és testmodellezés MSc., Modellalkotó szakirány, Számítógépes Grafika Blokk: A számítógépes grafika matematikai alapjai
Algoritmusok Emberi látás Ha adott a leírás, hogyan lesz belőle kép? MSc., Információs Rendszerek szakirány, Grafika Blokk: Haladó Grafika Szemgolyó elején az optika van, hátul az érzékelők. Pupilla: a bejutó fény mennyiségét szabályozza. (Sötétben tágabb, világosban szükebb rést biztosít) Szemlencse: a fény optikai leképzését biztosítja a retinára Emberi látás A szem becsapása Idegsejtek felosztása Pálcika: gyenge fényben is lát, színeket nem érzékel Csapok: színeket lát. R csap: rövidhullám-érzékeny (420 nm, ibolya szín) K csap: középhullám-érzékeny (530 nm, zöld szín) H csap: hosszúhullám-érzékeny (560 nm, sárga szín) A szem csapjai három különböző színt képesek látni: ibolya, zöld, sárga Számítógépes képmegjelenítők technikai okokból három színt jelenítenek meg: vörös, zöld, kék A szem ezzel jól becsapható. A becsapás nem tökéletes, nem minden természetes szín jeleníthető meg a monitorokon!
Eszközök Eszközök Oszciloszkóp Sutherland - Sketchpad, 1963 Felix E. Guerrero, flickr Soren Peo Pedersen, Wikipedia a CAD alkalmazások őse 1024x1024-es kijelző fényceruzával + 40 nyomógombbal volt vezérelhető bevezette a kényszer alapú rajzolást: vízszintes, függőleges, merőleges stb. CRT (Cathod Ray Tube) monitor CRT (Cathod Ray Tube) monitor Soren Peo Pedersen, Wikipedia Soren Peo Pedersen, Wikipedia A monitor felülete alatt fényre érzékeny foszforréteg található. (Színenként más fajta) Elektronok lövik a foszfort, mire az fényt ad ki magából. A lövedék irányát mégneses mező irányítja. Három színhez (vörös, zöld, kék) három elektronágyú tartozik. Soronként rajzolja ki a képet, soron belül balról jobbra halad. A világítás hamar elhalványul, ezért a pixelek villognak szemkímélő, ha nagy frekvenciával villog.
LCD (folyadékkristályos) monitor TFT (Thin Film Transistor) monitor Működése hasonló a fekete-fehér LCD kijelzőhöz (pl. óra kijelzője). Színek előállítása beépített színszűrőkkel Háttérvilágítás szükséges (passzív monitor), fény polarizálásával dolgozik. Katalógusban LED-nek is szokták hívni, ha LED adja a háttérvilágítást. Minden képpont egy önálló transzisztor. (aktív mátrix) Erős fénnyel (pl. nap) szemben gyenge a fényereje Laptopokban előszeretettel használják PDP (Plazma Display Panel) monitor OLED (Organic Light-Emitting Diode) monitor Működési elve hasonló a CRT monitorokhoz. gázok keverékének nagy UV-sugárzással kísért ionizációs kisülése készteti a képpont anyagát színes fény sugárzására Rendkívüli fényereje és kontrasztos képe van. Gyors a frissítési frekvenciája, ezért szép folyamatosak (és élesek) a mozgások. Hátránya a relatíve magas fogyasztás. Ha feszültséget kötünk a szerves anyagra, elektronok és lyukak mozognak szemben egymással A találkozáskor energia szabadul fel. Ebből látható hullám lesz. A foton f frekvenciája (színe) a E = hf összefüggéssel számítható, ahol E a foton energiája, h az ún. Planck állandó. Minden színhez más anyag kell.
OLED (Organic Light-Emitting Diode) monitor 3D monitorok Háttérvilágítás nincsen, az aktív (szerves) elemek adják a fényt. Képe szép és kontrasztos. Az élettartama nem túl sok, az ára borsos. Stereoscopy Mást lát a két szem, nincs mozgás parallaxis Head Mounted Display Shutter glasses Polarizált lencséjű szemüveg 3D holografikus elven Autostereoscopy Nem kell hozzá külön eszköz a felhasználó részéről Parallax barrier Lenticular lens Eszközök és még... Parallax és Lenticular nyomtatók 3D nyomtatók plotterek projektorok Marvin Raaijmakers, Wikipedia
Rasztergrafika Vektorgrafika Doink, vecteezy.com Doink, vecteezy.com Modellezés Modellezés Geometriai modellek Optikai paraméterek Textúrák mind lehet generált, mért, fényképezet stb. Geometriai modellek Optikai paraméterek Textúrák mind lehet generált, mért, fényképezet stb.
Adminisztra cio Sza mı to ge pes grafika Aja nla s Ce lja, feladata, teru letei Az emberi szem mu ko de se Megjelenı to eszko zo k Raszter- e s vektorgrafika Modelleze s Adminisztra cio Sza mı to ge pes grafika Aja nla s Ce lja, feladata, teru letei Az emberi szem mu ko de se Megjelenı to eszko zo k Raszter- e s vektorgrafika Algoritmusok Megko zelı te si mo dok Suga rko vete s Geometriai modellek Inkrementa lis ke pszinte zis Optikai parame terek Textu ra k Fe nyjelense gek mind lehet genera lt, me rt, fe nyke pezet stb. Tu kro zo de s, fe nyto re s Vetett a rnye kok Globa lis illumina cio Te rfogati jelense gek 1. elo ada s Adminisztra cio Sza mı to ge pes grafika Aja nla s 1. elo ada s Ce lja, feladata, teru letei Az emberi szem mu ko de se Megjelenı to eszko zo k Raszter- e s vektorgrafika Algoritmusok Adminisztra cio Sza mı to ge pes grafika Aja nla s Ce lja, feladata, teru letei Az emberi szem mu ko de se Megjelenı to eszko zo k Raszter- e s vektorgrafika Algoritmusok Megko zelı te si mo dok Megko zelı te si mo dok Suga rko vete s Suga rko vete s Inkrementa lis ke pszinte zis Inkrementa lis ke pszinte zis Fe nyjelense gek Fe nyjelense gek Tu kro zo de s, fe nyto re s Tu kro zo de s, fe nyto re s Vetett a rnye kok Henrik, Wikipedia Vetett a rnye kok Globa lis illumina cio Globa lis illumina cio Te rfogati jelense gek Te rfogati jelense gek 1. elo ada s 1. elo ada s
Algoritmusok Algoritmusok Megközelítési módok Sugárkövetés Inkrementális képszintézis Megközelítési módok Sugárkövetés Inkrementális képszintézis Fényjelenségek Tükröződés, fénytörés Vetett árnyékok Globális illumináció Térfogati jelenségek Fényjelenségek Tükröződés, fénytörés Vetett árnyékok Globális illumináció Térfogati jelenségek Gilles Tran, Oyonale.com Algoritmusok Algoritmusok Megközelítési módok Sugárkövetés Inkrementális képszintézis Megközelítési módok Sugárkövetés Inkrementális képszintézis Fényjelenségek Tükröződés, fénytörés Vetett árnyékok Globális illumináció Térfogati jelenségek CryEngine2 Fényjelenségek Tükröződés, fénytörés Vetett árnyékok Globális illumináció Térfogati jelenségek
Algoritmusok Megközelítési módok Sugárkövetés Inkrementális képszintézis Fényjelenségek Tükröződés, fénytörés Vetett árnyékok Globális illumináció Térfogati jelenségek BlendELF.com Tartalom 1 2 3 blender Autodesk Maya & 3D Studio Max Maya 3D Studio Max http://www.blender.org
PovRay sculptris Jaime Vives Piqueres, www.ignorancia.org http://www.povray.org/ http://www.sculptris.com Trimble/Google SketchUp Honlapok http://processing.org/ Processing alkalmazás + dokumentáció http://www.gamedev.net/ Cikkek, fórumok http://nehe.gamedev.net/ OpenGL tutorial-ok http://portal.acm.org/portal.cfm Tudományos cikk adatbázis, nem csak grafikáról (A cikkek csak egyetemi hálózatból tölthetők le) http://sketchup.google.com/
Ajánlott irodalom Szirmay-Kalos L., Antal Gy., Csonka F. Háromdimenziós grafika, animáció és játékfejlesztés. ComputerBooks, 2003. Nyisztor K. Shaderprogramozás - Grafika és játékprogramozás DirectX-szel Szak Kiadó, 2009 P. Martz. OpenGL röviden Kiskapu Kiadó, 2007