UGO ERRA | FONDAMENTI DI GRAFICA TRIDIMENSIONALE

Italiano

L’obiettivo principale del corso consiste nel fornire una introduzione teorica e applicativa alla grafica tridimensionale con particolare riferimento agli approcci basati sulla generazione di immagini fotorealistiche off-line.
• Conoscenza e capacità di comprensione: lo studente deve dimostrare di conoscere e comprendere i modelli matematici e gli algoritmi che utilizzano il Ray Tracing nella generazione di immagini fotorealistiche; modella della camera, matrici di trasformazioni, modelli di illuminazione e di shading, texture mapping; illuminazione globale; implementazione mediante il linguaggio C/C++ di tutta la teoria illustrata a lezione.
• Capacità di applicare conoscenza e comprensione: lo studente deve dimostrare di essere in grado di modificare e sviluppare autonomamente gli algoritmi a partire dalla teoria illustrata a lezione; sviluppare procedure in grado di generare immagini a partire dalla descrizione della scena; aggiungere e modificare gli approcci visti a lezione per espandere le possibilità di un sistema di rendering fotorealistico.
• Autonomia di giudizio: lo studente deve essere in grado di saper valutare in maniera autonoma le proprietà fondamentali e le prestazioni di un algoritmo di rendering fotorealistico.
• Abilità comunicative: lo studente deve avere la capacità di presentare in maniera chiara, utilizzando, se necessario, un linguaggio comprensibile anche a persone non esperte, le funzioni di un sistema di rendering fotorealistico a partire dai suoi nonché anche gli aspetti di efficienza ed efficacia.
• Capacità di apprendimento: lo studente deve essere in grado di consultare in maniera autonoma testi e articoli scientifici di rendering al fine di estendere le conoscenze di base acquisite nel corso, anche con riferimento a domini applicativi anche e soprattutto alla computer graphics in real-time per coloro che vogliono seguire anche il corso di Grafica Tridimensionale Avanzata.

È consigliabile avere acquisito e assimilato le seguenti conoscenze e metodologie fornite dagli insegnamenti di
matematica e fisica di base, nonché dai corsi di “Programmazione Procedurale”, “Algoritmi e Strutture Dati” ed “Programmazione ad Oggetti”, in particolare:
• conoscenza di algebra lineare (vettori e matrici);
• conoscenza della programmazione procedurale (strutture dinamiche, puntatori, programmazione event-driven);
• conoscenza approfondita del linguaggio C ed una conoscenza di base del C++;
• capacità di realizzare algoritmi di calcolo in linguaggi procedurali.

Richiami di matematica (2 ore di lezione): Algebra lineare, Trigonometria, Vettori, Curve e Superfici, Interpolazione Lineare, Triangoli;

Grafica Raster (2 ore di lezione): Immagini, Pixels e Geometria, Colori RGB, Alpha Blending;

Ray Tracing (4 ore di lezione): l'Algoritmo Ray-Tracing, Prospettiva, Calcolo dei raggi, Intersezione raggio-oggetto, Illuminazione, Ombre;

Matrici di Trasformazione (4 ore di lezione): Trasformazioni lineari 2D, Trasformazioni lineari 3D, Traslazione e Trasformazioni Affini, Matrici Inverse, Trasformazioni di Coordinate;

Il Modello della Camera (8 ore di lezione): Trasformazione della vista, Trasformazioni prospettica, Campo visivo;

Surface Shading (8 ore di lezione): Modello di illuminazione di Phong, Diffuse Shading, Phong Shading;

Texture Mapping (4 ore di lezione): Definizione di Texture, Coordinate di Texture, Applicazioni del texture mapping;

Ray Tracing Avanzato (8 ore di lezione): Trasparenze e Riflessioni, Ray Tracing distribuito;

Illuminazione Globale (8 ore di lezione): Particle Tracing, Path Tracing, Physically based rendering.

L’occasione didattica principale sarà la lezione in classe; durante la lezione saranno presentati i principali contenuti del programma del corso. Insieme agli aspetti teorici, verranno presentate delle applicazioni pratiche e delle esercitazioni per invogliare lo studente a mettere in pratica immediatamente i concetti introdotti a lezione. Durante il corso saranno fornite anche delle domande di riepilogo per facilitare l'autovalutazione dell'apprendimento sui temi delle lezioni. Di solito sono domande con difficoltà eterogenea, vanno dalle semplici definizioni, a richieste di confronto di soluzioni/tecniche, fino ad arrivare a domande che cercano di spingervi a trovare le motivazioni ad alcune scelte. Si consiglia fortemente la frequenza.

Le verifica dell’apprendimento sarà effettuata in tre fasi:
1. Durante il corso ci saranno due momenti distinti in cui saranno assegnate delle prove individuali per accertare la comprensione degli argomenti fino a quel momento. Ogni prova individuale consiste di circa 5 esercizi in cui lo studente dovrà implementare completamente o in parte alcuni aspetti teorici illustrati a lezione. La somma delle due prove individuali darà un punteggio massimo di 10 punti.
2. Verso la fine del corso gli studenti sono invitati a comporre dei gruppi (massimo 3 persone) per lo sviluppo di un progetto il cui argomento può essere proposto insieme al docente. Per poter sostenere l’esame è necessario consegnare il progetto con una breve relazione ed un sito web. Il progetto può essere preventivamente valutato dal docente che può chiedere modifiche e/o integrazioni. La valutazione finale del progetto darà un punteggio massimo di 15 punti.
3. La prova orale consiste in una discussione del progetto e delle prove individuali utili a valutare il grado di maturità ed autonomia nell’affrontare problemi applicativi nell’ambito della computer graphics, nonché le capacità di presentare in modo chiaro e sintetico il lavoro svolto. La prova orale darà un punteggio massimo 5 punti.
Il voto finale sarà determinato dalla somma delle prove individuali, del progetto e della discussione orale ma anche sulla base della correttezza, della profondità delle conoscenze acquisite, nonché sul livello di partecipazione che lo studente ha mostrato durante il corso.

Fundamentals of Computer Graphics, Fourth Edition, Steve Marschner, Peter Shirley. December 18, 2015 by A.K. Peters/CRC Press, ISBN 9781482229394.
• Sito web del corso con codice C/C++ degli algoritmi illustrati a lezione, tool di sviluppo software e tutorial.

All’inizio del corso il docente descrive obiettivi, programma e metodi di verifica del corso, indicando dove reperire il materiale didattico on line. L’orario di ricevimento è fissato per Martedì e Mercoledì dalle ore 10:30 alle ore 12:30 presso lo studio del docente o nel laboratorio di computer graphics. Oltre all’orario di ricevimento settimanale, il docente è disponibile in ogni momento per un contatto con gli studenti, attraverso la propria e-mail o alla fine della lezione.

4/2/2020, 18/2/2020, 6/5/2020, 1/7/2020, 15/7/2020, 23/9/2020, 16/12/2020