Grafica (C.d.S. Informatica) A.A.2001/02

Argomenti trattati a Lezione

Ve 01/03/02, ore 11.30-13.30, Lezione 1. Introduzione al corso: rilevazione statistica mediante compilazione scheda informativa, equazione "grafica=modellazione+resa", alcune applicazioni della grafica: sistemi CAD/CAM, produzione film digitali, ecc.
Lu.04/03/02, ore 14.00-16.00, Lezione 2. Considerazione su rilevazione statistica effettuata la prima lezione, spiegazione del taglio del corso che si intende fare e presentazione del programma del corso; visione di immagini rappresentanti fasi di modellazione 2D, 3D e resa realistica per far ben comprendere cosa si intende per grafica secondo l'equazione data la prima lezione.
Gi.07/03/02, ore 16.00-19.00, Lezione3. Hardware e Software per un sistema grafico interattivo: display raster-scan (CRT, frame buffer, DPU, CRT a colori, tipi di frame buffer), 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; Sistemi Software per grafica interattiva: il Sistema X Window (architettura del sistema, X Client, rete, X Server, X Protocol, Xlib, Window Manager, toolkit per GUI).
Ve.08/03/02, ore 11.00-13.00, Lezione4. 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; proprieta' e atomi, caratteristiche delle window, gerarchia delle window; primi elementi di programmazione X Window: esaminati alcuni semplici programmi Client che fanno esclusivo uso di Xlib.
Lu.11/03/02, ore 14.00-16.00, Lezione 5. Ancora su programmazione X con alcuni elementi aggiuntivi come mapping e visibility, depth e visual, primitive grafiche, XPending, XSetSelectionOwner e XGetSelectionOwner; introduzione alla libreria xtools per la progettazioni di GUI, descrizione degli oggetti disponibili, esempio di programma.
Gi.14/03/02, ore 16.00-19.00, Lezione 6. Sistema di coordinate 3D Cartesiano e sferico, punti 3D come vettori, rappresentazione B-rep, struttura dati PSP, formati .m, wavefront .obj, e cenni ad altri; trasformazioni geometriche 3D in forma matriciale, composizione di trasformazioni mediante prodotto di matrici, trasformazioni elementari: traslazione, scala, rotazione e shear, trasformazione del sistema di riferimento, cenno ad alcune trasformazioni composte come scala rispetto ad un punto o simmetria rispetto ad un asse o ad un piano; descrizione degli elementi che definiscono una trasformazione di vista e una trasformazione window-viewport.
Ve.15/03/02, ore 11.30-12.30, Non si e` tenuta lezione per malattia del docente.
Lu.17/03/02, ore 14.00-16.00, Non si e` tenuta lezione per malattia del docente.
Gi.21/03/02, ore 16.00-19.00, Lezione 7. 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; trasformazioni come cambio di base con introduzione del view_up; trasformazioni Window-Viewport; discussione dei parametri di vista e del loro effetto.
Ve.22/03/02, ore 11.30-12.30, Lezione 8. 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 PSP).
Lu.25/03/02, ore 14.00-16.00, Lezione 9. Si e` presentata la libreria trim per il real-time rendering di oggetti poligonali (memorizzati secondo la struttura PSP); si sono presentati i programmi esempio xmview, xtreeview, xctrim e si e` introdotto il pacchetto xcrayt in cui e` possibile sperimentare il posizionamento della camera al fine di una visualizzazione 3D.
Gi.04/04/02, ore 16.00-19.00, Lezione 10. Introduzione all'algoritmo Z-buffer per la rappresentazione shading di oggetti poligonali o PSP; descrizione dell'algoritmo in termini di pseudocodice e utilita` del buffer Z; proiezione prospettica dallo 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 con l'obiettivo di conservare le corrette relazioni di profondita` degli oggetti poligonali gestiti; introduzione ad un semplice modello di illuminazione.
Ve.05/04/02, ore 11.30-12.30, Lezione 11. Elementi costituenti il semplice modello di illuminazione, dovuto a Phong e considerato la lezione precedente: 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 prodotta. Visione di un cortometraggio digitale (Geri's Game della Pixar-Walt Disney) per illustrare le fasi di modellazione e resa nella realizzazione di un film.
Lu.08/04/02, ore 14.00-16.00, Lezione 12. Primitiva grafica segmento: algoritmo incrementale e parametrico incrementale, anche in coordinate esclusivamente intere. Scan conversion di un poligono: algoritmo generale senza restrizioni di forma sul poligono; cenno al Filling di un poligono.
Gi.11/04/02, ore 16.00-19.00, Lezione 13. Dettagli sullo scan conversion di un poligono nell'ambito di un algoritmo di Z-buffer; algoritmo di linea di Bresenham mediante metodo dei due punti, algoritmo TAM per lo scan conversion di poligoni convessi; introduzione a shadow e texture in un algoritmo di Z-buffer.
Ve.12/04/02, ore 11.00-13.00, Lezione 14. Errata-corridge e dettagli su argomenti precedenti; Shadow: funzionalita' e osservazioni; una proposta di gestione di shadow in un algoritmo di Z-buffer mediande uno shadow-buffer, problema dell'aliasing e approccio di antialiasing, calcolo delle pre-immagini. Mostrate e analizzate alcune immagini di oggetti con applicazione di texture 2D e 3D.
Lu.15/04/02, ore 14.00-15.00, Lezione 15. La lezione verra` svolta al Cineca (Via Magnanelli 6/3 - Casalecchio di Reno (BO)) durante la visita al Teatro Virtuale.
Gi.18/04/02, ore 16.00-19.00, Lezione 16. Riflessione sulle demo viste durante la visita al Teatro Virtuale. Texture mapping 2D per oggetti pologonali con Z-Bufferr; attributi utilizzati: modifica normale alla superficie, coeff. Ka e Kd, colore; come si procede: mapping da texture space 2D a object space 3D (parametrizzazione) e proiezione allo spazio schermo; inverse-mapping con problema di minification e magnification delle texture (filtering; esempio di mipmapping, parametrizzazione; esempio di two-part mapping con superficie intermedia (S-mapping e O-mapping)), bump-mapping.
Ve.19/04/02, ore 11.00-13.00, Lezione 17. Il fenomeno dell'Aliasing nella computer graphics, l'Antialiasing come attenuazione del fenomeno, il supersampling adattivo, visionate molte immagini senza e con antialiasing con differenti livelli e soglie; Visione di un cortometraggio digitale (Luxo Jr. della Pixar, 1986) per illustrare le fasi di modellazione e resa nella realizzazione di un film. Dati da visionare i due articoli: J.Lasseter, Principles of traditional animation applied to 3D computer animation, SIGGRAPH'87, 27-31, 1987 e T.DeRose, M.Kass, T.Truong, Subdivision Surfaces in Character Animation, SIGGRAPH'98, 85-94, 1998 relativi ai due cortometraggi Luxo Jr. e Geri's Game.
Lu.22/04/02, ore 14.00-16.00, Lezione 18. Introduzione alle OpenGL; assegnato progetto n.1.
Gi.25/04/02. Festa Nazionale.
Ve.26/04/02. Abbiamo fatto il ponte.
Lu.29/04/02, ore 14.00-16.00, Lezione 19. Modellazione con curve e superfici in forma parametrica in contrapposizione a modellazione poligonale. Introduzione alle curve e superfici in forma parametrica come funzioni vettoriali in una o due variabili; definizione delle funzioni NUBS (Non Uniform B-Spline) scalari in una variabile; dimensione dello spazio NUBS; base delle B-spline Normalizzate; rappresentazione di una funzione NUBS come combinazione lineare di B-spline Normalizzate.
Gi.02/05/02, ore 16.00-19.00, Lezione 20. 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; calcolo di una funzione spline mediante B-spline o mediante l'algoritmo di deBoor sui coefficienti; introduzione alle curve NUBS 2D.
Ve.03/05/02, ore 11.00-13.00, Lezione 21. Proprieta` VD per una funzione NUBS; definizione di approssimazione di forma o VDA di una poligonale; le curve NUBS sono approssimanti di forma della poligonale di controlloe che le definisce; proprieta` geometriche delle curve NUBS. Presentato, mediante una cassetta demo e una cassetta tutorial, il sistema commerciale di modellazione LightWave.
Lu.06/05/02, ore 14.00-16.00, Lezione 22. Derivata destra di una funzione NUBS rappresentata nella base delle B-spline normalizzate; osservazioni sulla geometria delle curve NUBS con nodi multipli o punti di controllo coincidenti; punti di controllo allineati, curve chiuse con regolarita`. Il tool Knot-Insertion: algoritmo stabile e prime applicazioni.
Gi.09/05/02, ore 16.00-19.00, Lezione 23. Ulteriori applicazioni del knot-insertion nella modellazione di curve 2D NUBS; cenno ai tool: knot-removal (esatto e approssimato), degree-elevation, degree-reduction (esatto ed approssimato), knot-refinement. Estensione a curve NUBS 3D e def. di approssimazione di forma per una curva 3D. Definizione geometrica di curva NURBS 2D e sua espressione analitica come combinazione lineare di funzioni base RB-spline. Introduzione al pacchetto di modellazione di curve NURBS 2D xccurv e dimostrazione pratica delle sue funzionalita`. Messo a disposizione il relativo codice, con archivio curve 2D e guida utente.
Ve.10/05/02, ore 11.00-13.00, Lezione 24. 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. E` stato presentato il "dietro le quinte" del film digitale "Dinosauri" della Walt Disney Pictures.
Lu.13/05/02, ore 14.00-16.00, Lezione 25. Ancora sulla rappresentazione NURBS delle coniche: classificazione delle coniche e determinazione della NURBS arco di cerchio e cerchio (rappresentazione a 9 punti). Funzioni spline bivariate come prodotto tensoriale, superfici NUBS in forma parametrica, griglia dei punti di controllo, schema bidirezionale di curve NUBS 3D.
Gi.16/05/02, ore 16.00-19.00, Lezione 26. Cenno alla rappresentazione grafica di una curva 3D o superficie NUBS; Superfici NURBS in forma parametrica, griglia dei punti di controllo, schema bidirezionale di curve 3D NURBS. Modellazione di superfici per curve: superfici extruded, superfici rigate, superfici di rotazione. Introduzione al pacchetto di modellazione di curve 3D e superfici NURBS xcsurf e dimostrazione pratica delle sue funzionalita`. Messo a disposizione il relativo codice, con archivio curve 3D, superfici e guida utente.
Ve.17/05/02, ore 11.00-13.00, Lezione 27. Presentazione del sistema di modellazione commerciale MAYA complete 4.0 della Alias-Wavefront; la dimostrazione in aula e` stata fatta dal Dott. Paolo Ottana`.
Lu.20/05/02, ore 14.00-16.00, Lezione 28. Generalizzazione delle tecniche di extruding e rotazione; tecniche di swinging, skinning e sweeping; superfici tubular; superfici piatte come un disco e poligonali con NURBS; assegnato progetto n.2.
Gi.23/05/02, ore 16.00-19.00, Lezione 29. Rappresentazione NURBS di superfici a topologia non rettangolare; superfici NURBS trimmate; loro applicazione nella composizione solida mediante operazioni booleane; loro applicazione nella modellazione gerarchica sculturata; mediante il sistema xcsurf si sono sperimentate le tecniche di swinging, extruding, skinning, tubular, intepolazione di griglie di punti, modellazione con superfici trimmate. Visionati alcuni progetti di modellazione e resa realizzati negli anni passati e fruibili sulla pagina web del sistema xcmodel.
Ve.24/05/02, ore 11.00-13.00, Lezione 30. Presentazione dei formati dei file dati utilizzati dai vari pacchetti di xcmodel. 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.
Lu.25/05/02, ore 14.00-16.00, Lezione 31. 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.
Gi.30/05/02, ore 16.00-19.00, 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. Tassellazione uniforme o adattiva di una superficie NURBS e di una superficie NURBS trimmata per il real-time rendering.
Ve.31/05/02, ore 11.00-13.00, Lezione 33. Presentazione del sistema di modellazione commerciale 3D Studio MAX R31 della Kinetix; la dimostrazione in aula verra` effettuata da Luigi Valentini. Fine del corso.
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