Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

    Belépés
    címtáras azonosítással

    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Vizualizáció és képszintézis

    A tantárgy angol neve: Visualization and Rendering

    Adatlap utolsó módosítása: 2014. október 2.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar
    Informatika MSc
    Vizuális informatika főspecializáció
    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIIIMA00 1 2/1/0/v 4  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Szécsi László, Irányítástechnika és Informatika Tanszék
    A tantárgy tanszéki weboldala https://portal.vik.bme.hu/kepzes/targyak/VIIIMA07/
    4. A tantárgy előadója Dr. Csébfalvi Balázs
    Dr. Szécsi László
    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít számítógépes grafika, lineáris algebra, analízis, programozás
    6. Előtanulmányi rend
    Kötelező:
    NEM ( TárgyEredmény( "BMEVIIIM370" , "jegy" , _ ) >= 2
    VAGY
    TárgyEredmény("BMEVIIIM370", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0)

    A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

    A kötelező előtanulmányi rendek grafikus formában itt láthatók.

    Ajánlott:
    számítógépes grafika
    7. A tantárgy célkitűzése A tárgy a 3D virtuális világok, mért és absztrakt adatok fizikai alapú és illusztratív képszintézisének módszereit tárgyalja.
    A tárgy hallgatói képessé válnak a hagyományos inkrementális képalkotáson túlmutató vizualizációs feladatok megoldásainak mérnöki tervezésére, valamint hátteret szereznek a területen végzett tudományos kutatómunkához, illetve ipari innovációhoz.
    A tárgyalt témák ismerete elengedhetetlen az animációs iparban használt produkciós eszközök fejlesztéséhez, a mérnöki, orvosi, valamint tudományos vizualizációhoz.
    8. A tantárgy részletes tematikája

    1. Optikai és radiometriai alapok 

    A fény jellemzői, fluxus, sugársűrűség, spektrum. Árnyalási egyenlet felületeken és fényelnyelő anyagokban. Fresnel összefüggések, BRDF, hatáskeresztmetszet.

     

    2. A globális illumináció módszerei 

    Végeselem-módszer, radiosity. Monte Carlo módszer, torzítatlanság, szórás, mintavételezés, fontosság szerinti mintavételezés. Fényútkövetés. Orosz rulett. 

     

    3. Modern globális illumináció

    Fotontérkép-módszer. Hatékony közelségi keresés, kd-fa. Virtuális pontfények módszere. Tüskék kizárása. Light Cuts. Metropolis-módszer. Manifoldfeltárás.

     

    4. Térfogati adatmodellek.

    Newtoni (rácsalapú) és lagrange-i (részecske-alapú reprezentációk). Implicit felületmodellek. Skalármezők leírása, fizikai analógiák, transzfer függvény.

     

    5. A térfogat-vizualizáció matematikai alapjai.

    Mintavételezési elmélet: folytonos rekonstrukció, Fourier transzformáció,  Nyquist-kritérium, rekonstrukciós szűrők frekvenciatartománybeli elemzése.

     

    6. Indirekt térfogatvizualizációs eljárások.

    Masírozó kockák (marching cubes), Fourier térfogat-vizualizáció, Monte Carlo térfogat-vizualizáció.

     

    7. Direkt térfogatvizualizációs eljárások.

    Sugárkövetés (ray casting), pacázás (splatting), nyírás/torzítás transzformáció (shear-warp transformation).

     

    8. Approximációelmélet.

    Approximációs rend, rekonstrukciós szűrők osztályozása aszimptotikus hiba szerint, adott rendű rekonstrukciós és derivált szűrők tervezése.

     

    9. Optimális reguláris mintavételezés.

    Optimális gömbpakolási feladat. Kepler-sejtés. Általános mintavételezési elmélet. Tércentrált kockarács, lapcentrált kockarács. Nem szeparálható szűrők tervezése és frekvenciatartománybeli elemzése.

     

    10. Alaktartó interpoláció (shape-based interpolation).

    Előjeles távolság-transzformáció, radiális bázisfüggvény (RBF) módszerek. Radon-transzformáción alapuló módszerek.

     

    11. Illusztratív képszintézis és animáció.

    Celluloid-árnyalás. Stílustranszfer. Kontúrrajzolás. A kontúrélek fajtái. Hajtás- és sziluettélek Markosian-féle és Herzmann-Zorin-féle definíciói. Kontúrélek detektálása. A takart-vonal probléma megoldási lehetőségei: geometriai és közelítő képtérbeli módszerek, mélységminták szűrése. Kontúrgörbék paraméterezési lehetőségei. Vonalak stilizálása, önhasonló minták, Markov modell. 

     

    12. Illusztratív animáció.

    Az animáció konzisztencia-követelményei: képtérbeli és objektumtérbeli konzisztencia. A konzisztencia megsértésének következményei: az üvegajtó-hatás és a stílusvesztés. Vonalkázás képtérben: képfeldolgozási szűrők, részecske-alapú festményszerű megjelenítés, animáció optikai áramlással. Vonalkázás objektumtérben: magpontok előállítása, szalagokká kihúzása és kompozitálása. Vonalkázás textúratérben: tonal art maps, recursive tonal art maps. Paraméterezési problémák.

     

    13. Inverz feladatok

    Tomográfia. Orvosi képalkotó beredezések: CT, MRI, PET, SPECT. Szűrt visszavetítés. EM módszer. Monte-Carlo és adjungált Monte-Carlo módszerek.

     

    14. Production rendering

    Az animációs munkafolyamat. Hardver- és szoftvereszközök, asset server, renderfarm, RenderMan, VRay. Kompozitálás. Nuke. Megkötések és költség-megfontolások.

    9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) Előadás.
    10. Követelmények

    A szorgalmi időszakban: A félévvégi aláírás feltétele a tárgy anyagához kapcsolódó házi feladatok (otthoni feladat) megfelelő színvonalú elkészítése, és az írásbeli zárthelyi dolgozat sikeres megírása. A házi feladatok a vizsgajegybe beszámítanak, egyenként 20% súllyal. A feladatok a következő témakörökhöz kapcsolódnak:

    1. Globális illumináció (pl. egyszerű fényútkövetés) 

    2. Térfogatvizualizáció (pl. ray marching) 

    3. Nem fotorealisztikus képszintézis (pl. kontúrrajzolás)

    A zárthelyi dolgozat az elméleti ismeretek számonkérésére koncentrál. A vizsgajegybe az eredménye 20% súllyal számít bele.

     

    A vizsgaidőszakban: A hallgatók a tárgyból szóbeli vizsgát tesznek. A házi feladatok összesen 60%, a ZH dolgozat 20% súllyal számít bele a vizsgajegybe. A vizsga feltétele az aláírás megszerzése.

    Elővizsga: Nincs. 

    11. Pótlási lehetőségek A házi feladatok a kitűzött leadási határidejük leteltét követő két héten belül pótlólag leadhatók. A házi feladatok egyike a pótlási héten pótlólag beadható. A zárthelyi dolgozat a pótlási héten pótzárthelyi formájában pótolható vagy javítható.
    12. Konzultációs lehetőségek Az előadásokat követően, illetve az előadókkal egyeztetve igény szerint.
    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

    A előadások fóliái és a kapcsolódó szöveges jegyzetek letölthetők a tárgyhonlapról. További javasolt irodalom:

    Szirmay-Kalos László, Antal György, Csonka Ferenc: 
    Háromdimenziós grafika, animáció és játékfejlesztés 
    ComputerBooks, 2003.
     
    Szirmay-Kalos László, Szécsi László, Mateu Sbert: 
    GPU-Based Techniques for Global Illumination Effects 
    Morgan and Claypool Publishers, 2008.
     
    Weiskopf, Daniel. GPU-based interactive visualization techniques. Berlin: Springer, 2007.
     
    Gooch, Bruce, and Amy Gooch. Non-photorealistic rendering. Vol. 2. Wellesley: AK Peters, 2001. 


    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
    Kontakt óra42 
    Félévközi készülés órákra10
    Felkészülés zárthelyire10
    Házi feladat elkészítése30
    Kijelölt írásos tananyag elsajátítása20
    Vizsgafelkészülés8
    Összesen 120
    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

    Dr. Csébfalvi Balázs

    Dr. Szécsi László