Anno accademico 2023-2024

INTERACTIVE 3D GRAPHICS

Docenti

Andrea Fusiello
Totale crediti
6
Periodo didattico
Secondo Periodo
Tipologia
Affine/Integrativa
Prerequisiti. Nessuno
Metodi didattici. L’insegnamento prevede lezioni teoriche in aula
Modalità di verifica. Una prima prova scritta della durata di 30 min con domande chiuse, seguita da una seconda prova scritta con domande aperte della durata di ca 90 min ora per verificare il livello di conoscenza e l’abilità degli studenti di risolvere problemi.
Obiettivi formativi
l corso mira a fornire allo studente gli strumenti indispensabili

a comprendere i concetti, gli algoritmi ed i metodi computazionali

su cui si basano le applicazioni grafiche interattive. L’enfasi è

sulla comprensione della teoria (geometria, radiometria) e degli

aspetti computazionali (algoritmi e strutture dati) che stanno alla base della

creazione di immagini al calcolatore.

Al termine del corso, lo studente sarà in grado di:

– comprendere il funzionamento delle applicazioni basate su grafica 3D interattiva,

come ad esempio videogiochi, visualizzazione di dati, e simulazioni;

– progettare applicazioni di questo tipo, relativamente alla parte grafica.

Contenuti
1. Introduzione alla computer grafica: paradigmi, differenze tra grafica 3D e grafica 3D interattiva.

Schema di un’applicazione grafica

Panoramica del corso

2. Modellazione geometrica

Richiami di geometria analitica, spazi lineari e affini

Maglie poligonali

Rappresentazione delle maglie triangolari

3. Trasformazioni

Trasformazioni lineari e affini

Matrici e trasformazioni affini, coordinate omogenee, angoli di Eulero

Proiezioni

4. Luce e colore

Quantità radiometriche e colorimetria

Codifica per il display (gamma)

5. Fisica e matematica dello shading

Fisica della luce

La funzione bidirezionale di distribuzione della riflettanza (BRDF)

6. Shading basato sulla fisica

Illuminazione

Modello di Blinn-Phong

Riflettanza di Fresnel

Microgeometria

Teoria delle microfacets

Modello Cook-Torrance

Modelli BRDF per la riflessione superficiale

Modelli BRDF per la diffusione sottosuperficiale

7. Pipeline di rendering

Elaborazione della geometria: trasformazioni, clipping

Proiezioni: ortografiche e prospettiche

Rasterizzazione: scan conversion, interpolazione degli attributi dei vertici.

Elaborazione dei pixel: shading, z-test

Panoramica della pipeline GPU

8. Nozioni di base sullo shading

Implementazione dei modelli di shading (Flat, Phong e Gouraud)

Aliasing e Antialiasing

Trasparenza, alfa-compositing

9. Mappatura delle texture

La pipeline di texturing

Mappatura dell’immagine, mipmapping

Mappatura dei materiali

Mappatura alfa

Bump Mapping (mappatura normale)

Mappatura della parallasse

10. Illuminazione ambientale

Environment Mapping

Reflection mapping

Irradiance Environment Mapping

11. Ombre

Ombre planari

Volumi d’ombra

Shadow maps

Occlusione ambientale

Preilluminazione delle superfici (light maps)

12. Illuminazione globale

L’equazione del rendering

Illuminazione globale generale

Radiosità

Ray Tracing

Path Tracing

13. Effetti in spazio immagine

Elaborazione dell’immagine

Correzione (o gradazione) del colore

Profondità di campo

Sfocatura da movimento

14. Strutture dati spaziali

Gerarchie di volumi di contenimento

Octree

Alberi di partizione binaria dello spazio

Grafo della scena

15. Algoritmi di accelerazione

Tecniche di abbattimento (Culling)

Backface Culling

ViewFrustumCulling

Occlusion Culling

Portal Culling

Detail Culling

Livello di dettaglio

Semplificazione della maglia (generazione LOD)

16. Metodi di test delle intersezioni

Test punto-poligono

Intersezione raggio-sfera

Intersezione raggio-piano

Intersezione raggio-poligono

Intersezione raggio-poliedro

Metodi gerarchici

17. Shading efficiente

Shading multi-pass

Shading differito

Tecniche di riproiezione (caching)

Testi di riferimento
Real-Time Rendering, 4th Edition, T. Akenine-Möller, E. Haines, N. Hoffman, et al. CRC Press, 2018