Anno accademico 2022-2023

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 grafica

– Grafica al calcolatore, paradigmi, Differenze tra grafica 3D e grafica 3D interattiva.

– Schema di una applicazione grafica

– Panoramica del corso

2. Fondamenti matematici

– Sistemi di coordinate

– Matrici e trasformazioni affini, coordinate omogenee, angoli di Eulero.

– Richiami di geometria analitica

– Poligoni

– Strutture dati geometriche

3. Modellazione geometrica

– Maglie poligonali

– Rappresentazione di maglie triangolari

– Curve e superfici (cenni)

– Geometria costruttiva solida (cenni)

– Partizionamento spaziale (cenni)

4. Rendering ed illuminazione

– Introduzione al rendering: ray casting

– I colori e la loro rappresentazione nel rendering.

– Interazione tra luce e superfici, cenni di radiometria,

– Bidirectional Scattering Distribution Function.

– Equazione generale per il rendering (o della radianza)

– Superfici lambertiane, superfici lucide.

5. Modelli di illuminazione

– Modello di Blinn-Phong

– Modello di Cook-Torrance (cenni)

– Rappresentazione di sorgenti di luce e materiali

– Equazione di shading di Blinn-Phong

– Termine speculare di Cook-Torrance

– Ray tracing

– Radiosity

6. Rasterizzazione

– Trasformazioni geometriche, Proiezioni ortografiche e prospettiche

– Camera space, clip space e screen space

– Clipping

– Rimozione delle superfici nascoste: object-space, image-space (depth test)

– Scan conversion: algoritmi per punti, linee e poligoni.

– Interpolazione di attributi dei vertici. Shading: Flat, Phong e Gouraud

– La pipeline di OpenGL

– Tecniche multi-pass

– Aliasing e metodi di anti-aliasing screen-based

7. Tecniche di mappatura

– Concetto di texture map

– Texture space e coordinate di texture

– Applicazione di texture

– Metodi di anti-aliasing per texture

8. Fotorealismo

– Bump Mapping, Normal Mapping, Displacement Mapping

– Mappe di riflessione (Reflection e Refraction Mapping)

– Light Mapping

– Ombre geometriche (Shadow Mapping)

– Il rendering di superfici semitrasparent

9. Tecniche per applicazioni interattive

– Strutture dati spaziali. Bounding volumes, Bounding Volume Hierarchies, Binary Space Partitioning Trees

– Tecniche di abbattimento della complessità: semplificazione geometrica, Leval of Detail, algoritmi di culling, Hierarchical View Frustum Culling

Testi di riferimento
Dispense del docente