Scopo Dare i fondamenti della grafica 3D al calcolatore, tra cui i concetti di modellazione poligonale e resa in tempo reale. Modellazione e rappresentazione grafica di scene 3D mediante opportuni software.

Contenuto
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.

Testi Consigliati

• A.Watt, 3D Computer Graphics, II edition, Addison Wesley (1993);
• J.D.Foley, A.Van Dam, S.K.Feiner, J.F.Hughes, Computer Graphics principles and practice, II edition, Addison Wesley (1990).
• R.Scateni, P.Cignoni, C.Montani, R.Scopigno, Fondamenti di grafica tridimensionale interattiva, McGraw-Hill (2005)

• Lu.21/02/11, ore 08.30-10.30, Sala Riunioni 2 , Lezione 1.
  Introduzione al corso: equazione "grafica 3D Real Time=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.23/02/11, ore 11.30-13.30, Sala Riunioni 2 , 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.
  Hardware per un sistema grafico interattivo: architettura di un display raster scan, Monitor, Frame Buffer, DPU. Tipi di Frame Buffer, grafica con CPU e RAM e DPU, grafica con 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)
• Lu.28/02/11, ore 08.30-10.30, Sala Riunioni 2 , Lezione 3.
  Programmazione Event Driven.
  Sistema X Window: architettura del sistema, X Client, rete, X Server, X Protocol, Xlib, Window Manager, XClient che usa Toolkit. 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)
  
• Ve.04/03/11, ore 08.30-10.30, Sala Riunioni 2 , Lezione 4.
  Alcune esempi di XClient (xterm, xclock, xlogo, xcalc, xedit, bitmap, xfig), e informazioni su X (man, xdpyinfo, xorg.conf, Depth e Backingstore). 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_1011.tgz).
• Lu. 07/03/11, ore 08.30-10.30, Sala Riunioni 2 , Lezione 5.
  Introduzione alla libreria SDL (Simple Directmedia Layer);
  (vedi lucidi: SDL) Elementi di programmazione SDL: esaminati alcuni semplici programmi che fanno uso di SDL. Messo a disposizione un archivio di semplici programmi da provare e modificare (vedi download SDLprg_1011.tgz).
• Ve.11/03/11, ore 08.30-10.30, Sala Riunioni 2 , Lezione 6.
  Algoritmo di linea incrementale, algoritmo di linea di Bresenham, algoritmo Two Array Mask. Visionate le relative implementazioni per XWindow (archivio xpr1011.tgz).
  (vedi lucidi: Algoritmi di grafica 2d)
• Lu.14/03/11, ore 08.30-10.30, aula Sala Riunioni 2 , Lezione 7.
  Rappresentazione B-Rep (Boundary Representation) di oggetti 3D; Mesh poligonali 3D; formati .m, .ply, .mesh, wavefront .obj, OFF; conversione formati e convertitori (vedi archivio converter.tgz) Elementi di una mesh, strutture dati, editing di mesh. (vedi lucidi: Mesh poligonali 3D )
• Ve.18/03/11, ore 08.30-10.30, aula Sala Riunioni 2 , Lezione 8.
  Ancora su Mesh 3D. Repository di mesh; pacchetti per visualizzazione di mesh. Demo di utilizzo di Blender per editing di Mesh 3D. (vedi lucidi: Blender: Introduzione al Mesh Editing )
• Lu.21/03/11, ore 08.30-10.30, aula Sala Riunioni 2 , Lezione 9.
  Trasformazioni geometriche 3D; trasformazioni elementari: traslazione, scala, rotazione. Spazio affine: punti, vettori, combinazioni affini. Spazio affine: sistema di riferimento, trasformazioni affini, composizione di trasformazioni mediante prodotto di matrici; trasformazioni elementari: traslazione, scala, rotazione rispetto agli assi coordinati. Composizione di trasformazioni, trasformazioni inverse.
• Ve.25/03/11, ore 08.30-10.30, aula Sala Riunioni 2 , Lezione 10.
  Trasformazioni composte come rotazione e scala rispetto ad un asse e a un punto. Cambio di sistema di riferimento. 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; (vedi lucidi: Trasformazioni di Vista)
• Lu.28/03/11, ore 08.30-10.30, aula Sala Riunioni 2 , Lezione 11.
  Discussione dei parametri di vista e del loro effetto. Trasformazione window-viewport. Piramide di vista, tronco di piramide (frustum) e necessita' di clipping 3D. Demo su programma persp_cube.c (in xprg1) e implementa la trasformazione di vista visualizzando un cubo. Proposti 6 esercizi da realizzare modificando il codice persp_cube.c. Clipping 2D di linee: algoritmo di Cohen-Sutherland. Estensione dell'algoritmo di Clipping 2D di linee nel caso 3D ad un tronco di piramide.
  (vedi lucidi: Clipping di linee)
• Ve.08/04/11, ore 08.30-10.30, aula Sala Riunioni 2 , Lezione 12.
  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)
  Clipping 2D di poligoni: algoritmo di Sutherland-Hodgman; estensione al caso 3D. (vedi lucidi: Clipping Polygons)
• Lu.11/04/11, ore 08.30-10.30, aula Sala Riunioni 2 , Lezione 13.
  Coordinate Baricentriche (esempio di applicazione: rasterizzazione di triangoli e interpolazione colore); mostrati (archivio xprg.tgz) programmi esempio che in X che implementano la rasterizzazione di triangoli con facce colorate e texturate, via coord. baricentriche. Profondita' di un pixel; relazione fra le coordinate baricentriche di un segmento 3D e del suo proiettato. Trasformazione prospettica modificata;
• Ve.15/04/11, ore 08.30-10.30, aula Sala Riunioni 2 , Lezione 14.
  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. Rivisto algoritmo Z-buffer per hidden-surface. Determinazione colore pixel da punto originale per rappresentazione colore corretta.
• Lu.18/04/11, ore 08.30-10.30, aula Sala Riunioni 2 , Lezione 15.
  Algoritmo di scan conversion per poligoni generici; rasterizzazione: specializzazione per triangoli; estensione per scan conversion di triangoli con componenti colore; estensione con altri parametri quali profondita' Z, coordinate colori, componenti normali, ecc.. Proposti 3 esercizi da realizzare modificando il codice persp_cube_image.c.
  (vedi lucidi: Algoritmi di Rasterizing)
  Breve introduzione alla elaborazione di immagini per la rasterizzazione con texture.
  (vedi lucidi: Elaborazione di Immagini)
• Ve.29/04/11, ore 08.30-10.30, aula Sala Riunioni 2 , Lezione 16.
  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)
  Texture: modifica di attributi del modello e delle normali della superficie dell'oggetto; texture mapping 2D.
• Lu.02/05/11, ore 08.30-10.30, aula Sala Riunioni 2 , Lezione 17.
  Gestione di texture mapping 2D; magnification, minification (mip-mapping); two-part mapping, environment mapping. Solid texture o 3D texture, texture procedurali, bump-mapping, multitexturing.
  (vedi lucidi: Texture nella CG)
  Le ombre (shadowing); ombre su piani.
  (vedi lucidi: Shadow)
• Lu.09/05/11, ore 08.30-10.30, aula Sala Riunioni 2 , Lezione 18.
  Shadow Buffer per la determinazione delle ombre in un algoritmo Z-Buffer. Soft Shadow. Pipeline grafica, schede grafiche e pipeline OpenGL. Introduzione alla libreria OpenGL; GL, GLX, GLU, GLUT, macchina a stati finiti, un programma esempio con solo GL e GLX. Display List.
  (vedi lucidi: GPU e Pipeline Grafica OpenGL)
  (vedi lucidi: Libreria Grafica OpenGL (parte I))
• Ve.13/05/11, ore 08.30-10.30, aula Sala Riunioni 2 , Lezione 19.
  Display list e double buffer; programmazione con le GLUT; un programma esempio che usa GL e GLUT; pipeline delle trasformazioni in OpenGL: trasformazioni di modellazione, trasformazioni di vista e di proiezione; programmi esempio e tutorial.
• Lu.16/05/11, ore 08.30-10.30, aula Sala Riunioni 2 , Lezione 20.
  Depth Buffer per la rappresentazione con rimozione parti nascoste; illuminazione in OpenGL (luci e materiali); shading; alcuni tutorials e programmi. Texture in OpenGL: texture object, applicare texture, two-part mapping, tutorial su texture, semplici programmi di esempio.
  (vedi lucidi: Texture nelle OpenGL (parte II))
  
• Ve.20/05/11, ore 08.30-10.30, aula Sala Riunioni 2 , Lezione 21.
  Libreria SDL (Simple Directmedia Layer) ed 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)