Grafica

Grafica (C.d.S. Informatica) A.A.2008/09
Modulo "Real-Time Rendering"

Scopo Dare i fondamenti della grafica 3D al calcolatore, sviluppando i concetti di modellazione poligonale e di resa in tempo reale.

Contenuto
Modulo Real-Time Rendering:
Sistemi raster-scan, Xwindow e librerie grafiche, programmazione X. Trasformazioni geometriche 3D, trasformazioni di vista, proiezioni prospettica e parallela, rappresentazione grafica di mesh 3D, algoritmi di rendering con rimozione delle parti nascoste (hidden line e hidden surface), modelli di illuminazione e algoritmi di shading (Z-buffer). Introduzione alla libreria grafica OpenGL.

Il corso prevede l'utilizzo del sistema XWindow, della libreria OpenGL e la visione/utilizzo di alcuni pacchetti commerciali di modellazione poligonale.

Lezioni e Argomenti trattati

Lu.16/02/09, ore 16.30-18.30, aula Pincherle , Lezione 1.
Introduzione al corso: equazione "grafica=modellazione+resa", informazioni generali sugli obiettivi e sul corso dal punto di vista organizzativo (vedi lucidi: Introduzione al Corso)
Introduzione ad alcune applicazioni della grafica 3D.
Me.18/02/09, ore 15.30-17.30, aula Pincherle , Lezione 2.
Altre applicazioni della grafica 3D; proiezione di alcuni cortometraggi come Luxor Junior e Geri's Game della Pixar Animation Studios e Gone Nutty della Blue Sky Studios.
Lu.23/02/09, ore 16.30-18.30, aula Pincherle , Lezione 3.
(vedi Dispensa: Hardware e Software per la Grafica)
Hardware per un sistema grafico interattivo: architettura di un display raster scan, CRT, frame buffer, DPU, CRT a colori, tipi di frame buffer, cenni su GPU. Cenni su GPU e GPU programmabili. Software per un sistema grafico interattivo: il problema dell'interattivita`, ciclo di polling, coda degli eventi, funzioni di libreria che gestiscono la coda degli eventi. (vedi lucidi: Hardware e Software per la Grafica)
Me.25/02/09, ore 15.30-17.30, aula Pincherle , Lezione 4.
Sistema X Window: architettura del sistema, X Client, rete, X Server, X Protocol, Xlib, Window Manager, XClient che usa Toolkit e XClient che usa solo Xlib; display e screen, connessione X Client e X Server; politica di bufferizzazione e svuotamento buffer. Risorse, proprieta' e atomi, caratteristiche delle window. Gerarchia delle window, mapping e visibility, disegno e graphics context, eventi.
(vedi lucidi: Sistema XWindow)
Elementi di programmazione X Window: esaminati alcuni semplici programmi Client che fanno esclusivo uso di Xlib. Messo a disposizione un archivio di semplici programmi da provare e modificare (vedi download xprg_0809.tgz).
Lu. 02/03/09, ore 16.30-18.30, aula Pincherle , Lezione 5.
Alcune esempi di XClient (xterm, xclock, xlogo, xcalc, xedit, bitmap, xfig), e informazioni su X (man, xdpyinfo, startx, xorg.conf, Depth e Backingstore).
Rappresentazione B-Rep (Boundary Representation) di oggetti 3D; Mesh poligonali 3D; formati .m, .ply, .mesh, wavefront .obj, OFF; (vedi Dispensa: Trasformazioni Geometriche e di Vista)
Me.04/03/09, ore 15.30-17.30, aula Pincherle , Lezione 6.
Conversione formati e convertitori (vedi archivio converter.tgz) Elementi di una mesh, strutture dati, editing di mesh; Repository di mesh; pacchetti per visualizzazione di mesh. (vedi archivi trimlibrary.tar.gz e mfiles.tgz). (vedi lucidi: Mesh poligonali 3D )
Lu.09/03/09, ore 16.30-18.30, aula Pincherle , Lezione 7.
Demo di utilizzo di Blender per editing di Mesh 3D. Trasformazioni geometriche 3D; trasformazioni elementari: traslazione, scala, rotazione. Spazio affine: punti, vettori, combinazioni affini.
Me.11/03/09, ore 15.30-17.30, aula Pincherle , Lezione 8.
Spazio affine: frame, trasformazioni affini, composizione di trasformazioni mediante prodotto di matrici; trasformazioni elementari: traslazione, scala, rotazione rispetto agli assi coordinati, shear. Trasformazioni inverse, composizione di trasformazioni, trasformazioni composte come rotazione e scala rispetto ad un asse e a un punto, simmetrie, Cambio di sistema di riferimento.
Lu.16/03/09, ore 16.30-18.30, aula Pincherle , Lezione 9.
Cambio di base e cambio di sistema di riferimento. Definizione dei parametri di vista. Sistema di coordinate cartesiano e sferico. Trasformazione di vista; trasformazioni 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) e determinazione delle formule per il viewing 3D; trasformazione di vista come cambio di base con introduzione del View_Up vector; discussione dei parametri di vista e del loro effetto. Trasformazione window-viewport con introduzione della piramide di vista e definizione window, tronco di piramide (frustum), necessita' di clipping 3D. (vedi lucidi: Trasformazioni di Vista (new))
Me.18/03/09, ore 15.30-17.30, aula Pincherle , Lezione 10.
Demo su programma persp_cube.c che usa Xlib e implementa la trasformazione di vista visualizzando un cubo (archivio xprg_0809.tgz, directory xprg1). Proposti 6 esercizi da realizzare modificando il codice persp_cube.c. Clipping 2D di linee: algoritmo di Cohen-Sutherland. Clipping 2D di poligoni: algoritmo di Sutherland-Hodgman.
Lu.23/03/09, ore 16.30-18.30, aula Pincherle , Lezione 11.
Estensione dell'algoritmo di Clipping 2D di linee nel caso 3D ad un tronco di piramide. Introduzione agli algoritmi di real-time rendering: depth-cueing, hidden-line e hidden-surface. Introduzione all'algoritmo Z-buffer per l'Hidden-Surface Removal di mesh poligonali; descrizione dell'algoritmo in termini di pseudocodice e significato del buffer Z.
(vedi lucidi: Real-Time Rendering)
Me.25/03/09, ore 15.30-17.30, aula Pincherle , Lezione 12.
Coordinate Baricentriche (esempio di applicazione: interpolazione colore); coordinate baricentriche e rasterizzazione di triangoli; profondita' di un pixel; relazione fra le coordinate baricentriche; trasformazione prospettica modificata.
(vedi Dispensa: Real-Time Rendering)
Lu.30/03/09, ore 16.30-18.30, aula Pincherle , Lezione 13.
Verifica di trasformazione di rette in rette e di piani in piani; significato della trasformazione in termini di deformazione dello spazio; determinazioni dei parametri alpha e beta; determinazione profondita' Z di un pixel. Rivisitata Trasformazione di Vista per Z-Buffer. Rasterizzazione: algoritmo di linea incrementale parametrico; algoritmo di scan conversion per poligoni generici.
Me.01/04/09, ore 15.30-17.30, aula Pincherle , Lezione 14.
Rasterizzazione: specializzazione per triangoli; estensione per scan conversion di triangoli con componenti colore; estensione con altri parametri quali profondita' Z, coordinate baricentriche, normali. Coord. baricentriche e interpolazione bilineare; interpolazione immagine; mostrati (archivio xprg.tgz) programmi esempio che usano solo Xlib e implementano la rasterizzazione di triangoli con facce colorate e texturate. Algoritmo di linea di Bresenham; algoritmo di scan conversion TAM.
(vedi lucidi: Algoritmi di Rasterizing)
Me.15/04/09, ore 15.30-17.30, aula Pincherle , Lezione 15.
Introduzione al modello di illuminazione di Phong: luce ambiente e riflessione diffusa; sorgente di luce puntiforme con riflessione diffusa e speculare; equazioni del modello di Phong (parametri legati al materiale e parametri legati alla luce), posizione osservatore e geometria della scena (normali, angoli di incidenza, angoli di riflessione). Tecnica Flat-shading, Gouraud-shading e Phong-shading per la determinazione del colore da assegnare ad ogni pixel dell'immagine. Interpolazione colore e interpolazione normali per le tecniche di shading.
(vedi lucidi: Modello di Illuminazione di Phong)
Lu.20/04/09, ore 16.30-18.30, aula Pincherle , Lezione 16.
Le ombre (shadow) nel RTR; ombre su piani e Shadow Buffer per la determinazione delle ombre in un algoritmo Z-Buffer.
(vedi lucidi: Shadow)
Texture: modifica di attributi del modello e delle normali della superficie dell'oggetto; texture mapping 2D; gestione di texture mapping 2D; magnification, minification (mip-mapping); two-part mapping; solid texture o 3D texture.
Me.22/04/09, ore 15.30-17.30, aula Pincherle , Lezione 17.
Texture: texture procedurali, bump-mapping, multitexturing.
(vedi lucidi: Texture nella CG)
Pipeline grafica, schede grafiche e pipeline OpenGL.
(vedi lucidi: Pipeline Grafica OpenGL)
Introduzione alla libreria OpenGL; GL, GLX, GLU, GLUT, macchina a stati finiti, un programma esempio con solo GL e GLX.
(vedi Dispensa: Libreria Grafica OpenGL)
Lu.27/04/09, ore 16.30-18.30, aula Pincherle , Lezione 18.
Display list e double buffer; programmazione con le GLUT; un programma esempio che usa GL e GLUT (display list; color buffer e gestione double buffer); primitive geometriche, pipeline delle trasformazioni: trasformazioni di modellazione, trasformazioni di vista e di proiezione;
Me.29/04/09, ore 15.30-17.30, aula Pincherle , Lezione 19.
Ancora su trasformazioni di modellazione, di vista e di proiezione nelle OpenGL; programmi esempio e tutorial; il colore e l'illuminazione (luci e materiali); depth Buffer e gestione rappresentazione hidden surface e shading; alcuni tutorials. Messo a disposizione archivio opengl_0809.tgz con programmi esempio e tutorial;
(vedi lucidi: Libreria Grafica OpenGL (parte I))
Lu.04/05/09, ore 16.30-18.30, aula Pincherle , Lezione 20.
Texture in OpenGL: texture object, applicazione texture, two-part mapping, tutorial su texture.
(vedi lucidi: Texture nelle OpenGL (parte II))
tutorial su texture e semplici programmi esempio.
Me.6/05/09, ore 15.30-17.30, aula Pincherle , Lezione 21.
OpenGL: utilizzo di curve e superfici di Bezier, NURBS e NURBS trimmate; tassellazione di NURBS trimmate in OpenGL; tassellazione dinamica; Il progetto GLspy.
(vedi lucidi: Libreria Grafica OpenGL (parte III))
Rendering Avanzato con le OpenGL: allocazione di buffer e abilitazione di test. Un esempio di rendering avanzato usando la glBlendFunc: la trasparenza.
(vedi lucidi: Rendering Avanzato in OpenGL)
Lu.11/05/09, ore 16.30-18.30, aula Pincherle , Lezione 22.
Introduzione alla libreria SDL (Simple Directmedia Layer) e a SDL/OpenGL;
(vedi lucidi: SDL/OpenGL)
Esempio di progettazione di un codice di grafica 3D Real-Time (vedi archivio progetto_car.tgz).
(vedi lucidi: Esempio SDL/OpenGL)
Assegnato e discusso Progetto_RTR. 3D Game con OpenGL