Grafica (C.d.S. Informatica) A.A.2002/03

Argomenti trattati a Lezione

Ma.25/02/03, ore 15.00-17.00, Lezione 1. Introduzione al corso: rilevazione statistica mediante compilazione scheda informativa, equazione "grafica=modellazione+resa", descrizione di alcune applicazioni della grafica, proiezione di un video di esempio: "M.C.Escher in Computer Graphics".
Ve.28/02/03, ore 14.00-17.00, Lezione 2. Hardware per un sistema grafico: display raster scan (CRT, LCD, frame buffer, DPU, CRT a colori, tipi di frame buffer); proiezione di immagini generate al calcolatore mediante tecniche piu' o meno realistiche a partire da modelli geometrici 3D; proiezione di alcuni video di Aziende che si occupano di computer grafica 3D: Square Soft, Square Pictures, Attitude Studio, Industrial Light+Magic, Manex Entertainment, Reality Check.
Lu.03/03/03, ore 16.30-18.30, Lezione 3. Software per un sistema grafico interattivo: dispositivi per l'input grafico interattivi (mouse e tastiera), il problema dell'interattivita`, ciclo di polling, coda degli eventi, funzioni di libreria che gestiscono la coda degli eventi; Sistema X Window: architettura del sistema, X Client, rete, X Server, X Protocol, Xlib, Window Manager, toolkit per GUI.
Ma.04/03/02, ore 16.30-18.30, Lezione 4. Cosa settare perche' l'X Client usi un X Server e l'X Server metta a disposizione le sue risorse per l'X Client; politica di bufferizzazione e svuotamento del buffer delle richieste; risorse, proprieta' e atomi, caratteristiche delle window, gerarchia delle window, mapping e visibility, primitive grafiche, eventi; primi elementi di programmazione X Window: esaminati alcuni semplici programmi Client che fanno esclusivo uso di Xlib.
Ve. 07/03/02, ore 14.00-17.00, Lezione 5. Ancora su programmazione X con alcuni esempi di programmazione; sistema di coordinate 3D Cartesiano e sferico, rappresentazione poligonale (struttura dati PSP o VEF) per oggetti solidi e superfici (mesh di differenti tipi); formati .m, .ply, wavefront .obj, conversione formati e convertitori. Un programma di esempio per la visualizzazione di mesh poligonali.
Lu.10/03/03, ore 16.30-18.30, Lezione 6. Trasformazioni geometriche 3D in forma matriciale, composizione di trasformazioni mediante prodotto di matrici, trasformazioni elementari: traslazione, scala, rotazione e shear; matrici per simmetrie, commutativita` ed inversione delle trasformazioni, cenno ad alcune trasformazioni composte come rotazione e scala rispetto ad un punto e simmetria rispetto ad una retta; trasformazione del sistema di riferimento.
Ma.11/03/03, ore 15.00-17.00, Lezione 7. Descrizione degli elementi che definiscono una trasformazione di vista e successiva trasformazione window-viewport. Proiezioni prospettiche e parallele: proiezioni centrali (1 punto di fuga) con determinazione delle formule per il viewing 3D; proiezioni da un punto di vista arbitrario (3 punti di fuga) con determinazione delle formule per il viewing 3D; discussione dei parametri di vista e del loro effetto.
Ve.14/03/03, ore 14.00-17.00, Lezione 8. Riepilogo su trasformazione di vista, con introduzione del cono di vista (o tronco di piramide) e definizione window; trasformazione Window-Viewport; trasformazione di vista come cambio di base con introduzione del view_up vector; mostrato un programma che implementa parzialmente la trasformazione di vista e permette di visualizzare una superficie z=f(x,y); introduzione alla libreria xtools per la progettazioni di GUI in ambiente XWindow; descrizione degli oggetti disponibili; esempio di programma; assegnato compito di modificare programma persp.c per completare trasformazione di vista ed eventualmente gestire l'interfaccia con xtools.
Lu.17/03/03, ore 17.00-18.30, Seminario dell'Ing.Ciarloni della Think3 SpA, che si occupa di progettazione e sviluppo di sistemi CAD.
Ma.18/03/03, ore 15.00-17.00, Lezione 9. Curve e superfici in forma parametrica in contrapposizione a modellazione poligonale; curve e superfici in forma parametrica come funzioni vettoriali in una o due variabili; cenno a curve 4D, a superfici 2D e 4D e a volumi come funzioni vettoriali in 3 variabili; rappresentazione polinomiale di mesh; richiami su elaborazione floating point, errore inerente ed algoritmico; funzioni polinomi def. in un intervallo e loro rappresentazione nella base di Bernstein; curve di Bezier.
Ve.21/03/03, ore 14.00-17.00, Lezione 10. Polinomi di Bernstein in [0,1], proprieta', curve di Bezier, significato geometrico dei coefficienti, significato dei coefficienti di un polinomio scalare, formula ricorrente per i polinomi di Bernstein, algoritmo di valutazione, algoritmo di de Casteljau, significato geometrico. Introduzione agli algoritmi di rendering ed in particolare agli algoritmi di real-time rendering; wire-frame, depth-cueing, hidden-line; descritto in particolare un algoritmo di hidden-line quasi esatto per mesh triangolari e rettangolari (struttura VEF).
Lu.24/03/03, ore 16.00-18.00, Lezione 11. Approssimazione di forma, curve di Bezier e poligonale di controllo, precisione lineare, derivata di un polinomio (formula ricorrente), tangente di una curva di Bezier, tangente negli estremi, invarianza per trasformazion geometriche, continuita' in posizione e tangenza di due curve, interpolazione di punti e punti e tangenti.
Ma.25/03/03, ore 15.00-17.00, Lezione 12. Introduzione all'algoritmo Z-buffer per la rappresentazione shading di mesh poligonali o VEF; descrizione dell'algoritmo in termini di pseudocodice e utilita` significato del buffer Z; introduzione ad un semplice modello di illuminazione: luce ambiente e riflessione diffusa, sorgente di luce puntiforme con riflessione diffusa e speculare. Esempi mediante immagini rese con differenti parametri. Tecnica Flat-shading, Gouraud-shading e Phong-shading per la determinazione del colore da assegnare ad ogni pixel dell'immagine.
Ve.28/03/03, ore 14.00-17.00, Lezione 13. Suddivisione o splitting di una curva di Bezier in due curve ancora in forma di Bezier; utilizzo dell'algoritmo de de Casteljau per la valutazione; applicazioni della suddivisione: rappresentazione grafica mediante discretizzazione adattiva della curva; intersezione di curve. Discusse le tecniche Flat-shading, Gouraud-shading e Phong-shading in termini di qualita` prestazioni. Primitiva grafica segmento: algoritmo incrementale; Cenno ad un algoritmo di scan conversion per triangoli. Si e` presentata la libreria trim per il real-time rendering di mesh poligonali (memorizzate secondo la struttura VEF).
Lu.31/03/03, ore 16.00-18.00, Lezione 14. Patch di Bezier; funzioni bivariate prodotto tensoriale di Bernstein; proprieta`; guscio convesso; punti di controllo e griglia di controllo; curve di bordo e curve isoparametriche del patch; derivate parziali del patch; piano tangente; raccordo in valore e tangente di due patch di Bezier; suddivisione o split di un patch in due mediante algoritmo di valutazione di de Casteljau; si e' presentato il programma esempio xmview che fa uso della libreria trim; si sono mostrati programmi esempio per la valutazione adattiva di superfici.
Ma.01/04/03, ore 15.00-17.00. Seminario dell'Ing.Liverani del DIEM-Univ. di Bologna, su Virtual Reality e Augmented Virtual Reality.
Ve.04/04/03, ore 14.00-17.00, Lezione 15. Algoritmo di scan conversion per triangoli e poligoni in genere; suo utilizzo per shading mediante Z-buffer; algoritmo di disegno di linee di Bresenham e suo utilizzo per algoritmo di scan conversion di poligoni convessi (TAM). Superfici trimmate e loro utilizzo nella rappresentazione di forme; ConS e curve piane nel dominio parametrico; superfici trimmate e operazioni fra solidi; problema della tassellazione di superfici trimmate per la visualizzazione grafica; descritto algoritmo di tassellazione implementato nella libreria trim.
Lu.07/04/03, ore 16.00-18.00, Lezione 16. Programmi di esempio presenti nella dir. xprg. Cenno a Filling di un poligono; Proiezione prospettica dello spazio 3D dell'oggetto in coordinate dell'osservatore nello spazio 3D di proiezione con la proprieta' di trasformare rette in rette e piani in piani; obiettivo di conservare le corrette relazioni di profondita' degli oggetti poligonali gestiti dallo Z-buffer.
Ma.08/04/03, ore 15.00-17.00, Lezione 17. Definizione delle funzioni spline polinomiali o NUBS (Non Uniform B-Spline) scalari in una variabile; dimensione dello spazio NUBS; formula ricorrente per la definizione e calcolo delle B-spline Normalizzate; proprieta`; esempio del loro andamento grafico nel rispetto delle proprieta` e delle condizioni di raccordo nei nodi. Le B-spline sono una generalizzazione della base di Bernstein.
Ve.11/04/03, ore 14.00-17.00, Lezione 18. I polinomi sono casi particolari di spline e i polinomi di Bernstein sono un caso particolare di B-spline; algoritmo di valutazione di funzioni spline mediante calcolo di B-spline; algoritmo di valutazione di de Boor; mostrato pacchetto xccurv di xcmodel. Introduzione alla libreria OpenGL; le GL, GLU, GLX, pipeline delle trasformazioni, primitive e attributi, un programma esempio.
Lu.14/04/03, ore 16.00-18.00, Lezione 19. Ancora su OpenGL: display list, double buffer, un programma esempio, illuminazione, un programma con GLUT, evaluator, curve e superfici con le GLU. Assegnato I Progetto Real-Time Rendering con OpenGL
Ma.15/04/03, ore 15.00-17.00. Seminario dell'Ing.Petronilli dell'ENEA su Rapid Prototyping.
Lu.28/04/03, ore 16.00-18.00, Lezione 20. Ombre: funzionalita' e osservazioni su ombra e penombra; gestione di ombre nello Z-buffer mediande shadow-buffer; problema dell'aliasing e approccio di antialiasing; texture per aggiungere realismo; modifica di attributi del modello e delle normali (bump-mapping); texture mapping 2D.
Ma.29/04/03, ore 15.00-17.00, Lezione 21. gestione di texture mapping 2D nello Z-buffer; magnification, minification (mip-mapping), aliasing e antialiasing; two-part mapping; solid texture od anche 3D texture; bump-mapping ed esempi. Presentato il dietro le quinte del film di animazione "Dinosauri" della Walt-Disney Picture.
Ve.02/05/03, Si e' fatto il ponte.
Lu.05/05/03, ore 16.00-18.00, Lezione 22. il bump-mapping e la sua spiegazione matematica; il fenomeno dell'Aliasing nella computer graphics, l'Antialiasing come attenuazione del fenomeno, il supersampling adattivo, esaminate alcune immagini senza e con antialiasing con differenti livelli e soglie.
Ma.06/05/03, ore 15.00-17.00, Lezione 23. introduzione alle curve NUBS 2D; proprieta` VD per funzioni NUBS; le curve NUBS sono approssimanti di forma della poligonale di controllo che le definisce; proprieta` geometriche delle curve NUBS.
Ve.09/05/03, ore 14.00-17.00. Seminari: C.Montani ed R. Scopigno (ISTI-CNR Pisa) su 3D Scanning.
Lu.12/05/03, ore 16.00-18.00, Lezione 24. Formula ricorrente per derivata di una B-spline; tecnica del knot-insertion, algoritmo, interpretazione geometrica se applicato ad una cvurva e prime applicazioni: valutazione curva in un punto; valutazione del vettore tangente in un punto, splitting della curva, rappresentazione standard, modifica locale, inverse knot insertion.
Ma.13/05/03, ore 15.00-17.00, Lezione 25. Ulteriori applicazioni del knot-insertion nella modellazione di curve 2D NUBS: pick di una curva; passaggio per un preassegnato punto, refinement, conversione di una NUBS in segmenti di Bezier, compatibilta' curve. Tecniche del knot-removal, degree-elevation, degree-reduction. Interpolazione di punti con curve NUBS: scelta parametrizzazione, scelta grado e nodi NUBS.
Ve.16/05/03, ore 14.00-17.00, Lezione 26. Definizione geometrica di curva NURBS 2D (come proiezione di curve NUBS 3D e 3D come proiezione di 4D) e sua espressione analitica come combinazione lineare di funzioni base RB-spline; generalizzazione per NURBS di tutte le proprieta` viste per NUBS; analisi dei pesi NURBS e loro influenza sulla forma della curva; rappresentazione razionale delle sezioni coniche, riparametrizzazione di una curva, rappresentazione razionale in forma standard di una sezione conica; classificazione delle coniche e determinazione della NURBS arco di cerchio e cerchio (rappresentazione a 9 punti). Presentazione del sistema xcmodel 3.0
Lu.19/05/03, ore 16.00-18.00, Lezione 27. Funzioni NUBS bivariate come prodotto tensoriale, funzioni B-spline bivariate, superfici NUBS in forma parametrica, griglia dei punti di controllo, schema bidirezionale di curve NUBS 3D; algoritmo di knot insertion per superfici; superfici NURBS come proiezione di superfici NUBS 4D; funzioni RB-spline bivariate; generazione di superfici da curve: estrusione.
Ma.20/05/03, ore 15.00-17.00, Lezione 28. Generazione di superfici da curve: pseudo rigata a tratti, superficie di rivoluzione. Introdotto il pacchetto xcsurf di xcmodel 3.0 per la modellazione di superfici.
Ve.23/05/03, ore 14.00-17.00, Lezione 29. Progettazione di superfici classiche come cilindro, parallelipipedo, cono, ecc.; superfici per interpolazione di griglie di punti e curve; superficie per swinging, skinning, sweeping, superfici quasi tubolari.
Lu.26/05/03, ore 16.00-18.00, Lezione 30. Strumenti di modellazione in genere e in xcsurf in particolare; formati dei dati in xcmodel; introduzione al funzionamento di un algoritmo di ray-tracing.
Ma.27/05/03, ore 15.00-17.00, Lezione 31. Algoritmo di ray-tracing per la resa realistica di scene 3D: idea fondamentale del suo funzionamento, necessita` di un modello di illuminazione globale, estensione di un semplice modello, trasparenza, modello di Whitted-Kay.
Ve.30/05/03, ore 14.00-17.00, Lezione 32. Tecniche di accelerazione delle prestazioni per un algoritmo di ray-tracing, cenno alla tecnica di intersezione raggio superficie, gestione dell'antialiasing via supersampling, gestione delle texture 3D e 2D. Presentazione della libreria descriptor e del pacchetto xcrayt di xcmodel per la descrizione mediante codice C o interattiva di una scena al fine di una resa realistica mediante un algoritmo di ray-tracing.
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