BME VIK - Képszintézis

3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Szécsi László,

A tantárgy tanszéki weboldala http://cg.iit.bme.hu/portal/content/kepszintezis-0

4. A tantárgy előadója Dr. Szécsi László

5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Programozás, számítógépes grafika, matematika, fizika.

6. Előtanulmányi rend

Kötelező:

NEM
(TárgyEredmény( "BMEVIIIMA00", "jegy" , _ ) >= 2
VAGY
TárgyEredmény("BMEVIIIMA00", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0)

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

A kötelező előtanulmányi rend az adott szak honlapján és képzési programjában található.

Ajánlott:
Általános programozási ismeretek szükségesek. A C++ ismeretét feltételezzük, ezen felül a Kotlin, GLSL, tapasztalat segít, de Java, JavaScript alapok is könnyen átvihetők. A Számítógépes grafika tárgy előzetes hallgatása lehetőség szerint javasolt, de a tárgy egyik célja, hogy a Számítógépes grafikát nem hallgatott hallgatók is kapcsolatba kerüljenek annak a szakirányon releváns elemeivel.

7. A tantárgy célkitűzése A tárgy a 3D virtuális világok fizikai alapú képszintézisének eljárásait tárgyalja. A hallgatók megismerik a számítógépes grafika vizuális informatikában használt korszerű megoldásait és az azokat támogató hardvereszközök működését, anélkül, hogy összetett szoftver-rendszereket vagy alacsony szintű programozási felületeket kellene használniuk.

8. A tantárgy részletes tematikája

Előadások:

1. A grafikus hardver felépítése, az inkrementális csővezeték lépései, programozható egységek. Modern grafikus API felépítése és használata (geometria-definíció, shaderprogramok, a csővezeték állapottere), shader nyelvek.

2. Textúrák. Textúra-koordináták. Textúra-formátumok. Szűrés. Mipmapelés. Plakátok (billboards). Plakátfelhők. Keverés (blending) és átlátszóság.

3. A fény jellemzői, fluxus, sugársűrűség, spektrum. Árnyalási egyenlet felületeken. BRDF. Absztrakt fényforrások.

4. Kockatextúrák (cube textures) és a környezeti leképezés (environment mapping). Az ideális tükör felületi fényvisszaverődési modell. Microfacet model, fizikai alapú rendering.

5. Többmenetes (multi-pass) képalkotás. A lokalitás problémája. A rajzolási célpont (render target) fogalma. MRT (multiple render target, több párhuzamos rajzolási célpont). Késleltetett árnyalás (deferred shading). Portálok. Imposztorok. Gömbplakátok (spherical billboards).

6. Egyszerű képfeldolgozási műveletek (fényesség-transzformáció, küszöbözés, konvolúcióalapú szűrések, élkeresés)

7. Sugárkövetés. Sugáregyenlet. Implicit egyenletek. Metszésszámítás. Gyorsító struktúrák. RTX. OptiX.

8. Implicit felületmodell, távolságfüggvény-reprezentáció, gömbkövetés. Kvadratikus felületek. Területi fényforrások, árnyékok, ideális visszaverődés.

9. Monte-Carlo szimuláció és térfogat-vizualizációs módszerek: Fényterjedési jelenségek szimulációja és a szimuláció eredményének megjelenítése.

10. Fényútkövetés. BRDF-mintavételezés. Orosz rulett. Kétirányú fényútkövetés.

11. Árnyalási egyenlet fényelnyelő anyagokban. Hatáskeresztmetszet.

12. Radiosity. Fotontérkép-módszer. Virtuális fényforrások módszere. Metropolis Light Transport.

Gyakorlatok:

1. Növényzet modellezése és megjelenítése. 3D kamera, modellbetöltés, színtérkezelés, geometry instancing. Plakátok. Alpha-to-coverage.

2. Fizikai alapú árnyalás. Absztrakt fényforrások. Lambert, Phong, Phong-Blinn BRDF megvalósítása, műtermékek és nem-plauzibilis jelenségek. Plauzubilis BRDF-modellek: max-Blinn, Schlick. Environment mapping.

3. Többmenetes módszerek: tükröződés és utófeldolgozás. Textúrába rajzolás, többszörös rajzolási célok, ezekhez kapcsolódó elemek a grafikus API-ban. Környezet-textúra dinamikus előállítása. Utófeldolgozás: Mozgási elmosás. Mélységélesség szimulációja.

4. Rekurzív sugárkövetés. Elsődleges sugarak generálása. Metszésszámítás. Több objektum kezelése. Textúrák. Árnyékok. Tükrözések, rekurzív sugárkövetés. Zajszűrés.

5. Fényútkövetés. BRDF-mintavételezés: diffúz, Schlick. Fényforrások mintavételezése, lágy árnyékok. Orosz rulett.

6. Térfogati sugárkövetés. Elnyelő közeg. Sugárzó közeg. Szóródás, fázisfüggvény mintavételezése. Inhomogén közeg.

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) Előadás, egyéni vezetett gyakorlat

10. Követelmények

Szorgalmi időszakban

A laboratóriumi gyakorlatokat 0-6 pontos skálán értékeljük. A jegybe a legjobb 4 számít bele, legfeljebb 24 pont erejéig. 3 db házi feladatot adunk ki a félévben egyenletesen elosztva, ezeket két héten belül lehet beadni. 0-20 pontos skálán értékeljük őket. A legjobb 2 számít bele az érdemjegybe, tehát 40 pontot lehet szerezni. A laborok és a házi feladatok pontszámából legalább 26 pontot meg kell szerezni (összpontszám 40% százaléka).

Vizsgaidőszakban

A hallgatók a félévközi jegyet egy géptermi (vagy online írásbeli) vizsgazárthelyi alapján kapják. A szorgalmi időszakban megszerezett pontok a vizsgapontszám 64%-át adják, további 36 pont a vizsgafeladatokra kapható. Az osztályzatot az alábbi ponthatárok alapján számoljuk:

0-39%: elégtelen

40-54%: elégséges

55-69%: közepes

70-84%: jó

85-100%: jeles

11. Pótlási lehetőségek A laborgyakorlatok és házi feladatok nem pótolhatók, de csak a legjobb 2/3 számít bele az értékelésbe.

12. Konzultációs lehetőségek Igény esetén előzetesen egyeztetett időpontban konzultációt biztosítunk.

13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom Kiadott jegyzet és előadásfóliák

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka

Kontakt óra	42
Félévközi készülés órákra	15
Felkészülés zárthelyire	0
Házi feladat elkészítése	38
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása	15
Vizsgafelkészülés	40
Összesen	150

15. A tantárgy tematikáját kidolgozta Dr. Szécsi László, docens, IIT