Προπτυχιακα Μαθηματα

Θέματα Υπολογιστικής Όρασης και Γραφικής

27
Μαϊ 2011

Α΄ Μέρος: Υπολογιστική Όραση: Σχηματισμός εικόνων και οπτικοί αισθητήρες. Στοιχεία Προοπτικής Γεωμετρίας. Βαθμονόμηση κάμερας, ορθογραφική προβολή σκηνής, γραμμικοί και μη-γραμμικοί αλγόριθμοι εκτίμησης εσωτερικών και εξωτερικών παραμέτρων κάμερας. Φωτομετρία, Σκίαση και Χρώμα. Πολυδιάστατα (διδιάστατα και τριδιάστατα) συστήματα επεξεργασίας. Πολυδιάστατα  γραμμικά Συστήματα και ανάλυση Fourier με έμφαση στα φίλτρα Gabor και κυματίδια. Ανάλυση εικόνων σε πολλαπλές κλίμακες, πυραμίδες εικόνων. Ανάλυση Υφής: Φράκταλς, φίλτρα Gabor, Κατανομές μεγέθους. Κατάτμηση εικόνων. Βασικά  μη-γραμμικά συστήματα για ανάλυση σχημάτων και εικόνων. Στερέοψη και γεωμετρία πολλαπλών εικόνων, ανακατασκευή  σκηνής από δύο εικόνες και από πολλαπλές εικόνες. Ευθυγράμμιση-στοίχιση, Μωσαϊκά, Μεταμόρφωση εικόνων. Σύνθεση εικόνας υψηλής ευκρίνειας, από ακολουθία εικόνων χαμηλής ευκρίνειας. Εκτίμηση οπτικής ροής και Κίνησης.

Β΄ Μέρος: Υπολογιστική Γραφική: Εισαγωγή στα Γραφικά: Περιοχές,εφαρμογές,διεπαφές,3δ-μοντέλα,σωλήνωση γραφικών, απόδοση, αποθήκευση εικόνων. Μοντελοποίηση Αντικειμένων: Γραμμές, επιφάνειες, σφαίρες, πολύγωνα, καμπύλες, καμπύλες επιφάνειες –Bezieer, Β-splines, Hermite, Rational. Προχωρημένα θέματα, δένδρα, έδαφος, υγρά, αέρια, φωτία. Ορατότητα: Αποκοπή μη ορατών αντικειμένων. Απόκρυψη μη ορατών επιφανειών-αντικειμένων (αλγόριθμοι: painter, depth sort, z-buffer, back face elimination, Warnock, binary space partitioning, polygon clipping). Γεωμετρικές Δομές Δεδομένων. Φωτορεαλιστική:Σκίαση Επιφανειών, πηγές φωτός, ανάκλαση/διάθλαση κλπ. Υφή, απόδοση υφής σε δύο και τρεις διαστάσεις.

 Στοιχεία: 23471, Επιλογής Εαρινού Εξαμήνου

Διδάσκοντες: Ψαράκης Ε., Τσακαλίδης Αθ.

Υπολογιστική Γραφική

Ακαδημαϊκό Έτος 2014-2015

Διδάσκων: Αν. Καναβός (kanavos@ceid...)

Εργασία 2014-2015: Ημερομηνία Παράδοσης: 27/2/2015

(Παράδοση: zip (src+Readme με το overall configuration μεταγλωττίσης και εκτέλεσης και την διάρθρωση των αρχείων του κώδικα))

Εναλλακτική Υλοποίηση με χρήση του Blender

Περιεχόμενα Μαθήματος:

ENOTHTA 1: Εισαγωγή

  • Ορισμός
  • Ιστορική Αναδρομή
  • Εφαρμογές
  • Κατηγοριοποίηση
  • Πλαίσιο Εργασίας
  • Υλικό (Hardware)
  • Περιεχόμενα μαθήματος
  •  Εισαγωγή και ιστορική ανασκόπηση
  •  Σχεδίαση βασικών σχημάτων
  •  Αλγόριθμοι αποκοπής
  •  Προβολές και μετασχηματισμοί παρατήρησης
  •  Αλγόριθμοι απόκρυψης
  •  Αλγόριθμοι παρακολούθησης ακτίνας
  •  Χρώμα και φωτισμός
  •  Απεικόνιση Υφής
  • Παραδείγματα
  • Επισκόπηση

ENOTHTA 2: Ψηφιακές Τεχνολογίες Συνθετικής Εικόνας

  • Εισαγωγή
  • Τεχνολογικές Περιοχές (2Δ/3Δ Γραφικά, VR, ΑR)
  • Κατηγορίες Τεχνολογιών
  • Ψηφιοποίηση (Εισαγωγή Δεδομένων)
  • Φωτογραφικές Μέθοδοι
  • 3D Scanning - 3D Ψηφιοποίηση
  • Παράσταση μετά την ψηφιοποίηση
  • Ψηφιδωτά (raster) / Διανυσματικά (vector) γραφικά
  • Μοντελοποίηση
  • Μοντέλα Πολλαπλών Αναλύσεων
  • Sprites* και Billboards
  • Υποδιαιρούμενες Επιφάνειες
  • Μοντελοποίηση με Υφή
  • Κίνηση
  • Σκελετική Κίνηση
  • Προσομοίωση
  • Real-time Rendering (Hardware – Software)
  • Φωτορεαλισμός

 ENOTHTA 3: Σχεδίαση βασικών σχημάτων

  • Γραφικά σε πλεγματικές οθόνες
  • Σχεδίαση γραμμών
  • Σχεδίαση κύκλου
  • Χρωματισμός πολυγώνων
  • Μέθοδοι γεμίσματος
  • Μέθοδοι σάρωσης
  • Ταύτιση (Aliasing)- Μέθοδοι αντιταύτισης
  • Εισαγωγή στην Opengl 
ENOTHTA 4: Αποκοπή
  • Αλγόριθμος μέσου
  • Αλγόριθμος Cohen-Sutherland
  • Αποκοπή πολυγώνων: ο αλγόριθμος Sutherland – Hodgman
  • Αποκοπή σε 3Δ

 ENOTHTA 5: Προβολές και μετασχηματισμοί παρατήρησης

  • Προβολές
  • Μετασχηματισμός παρατήρησης (ΜΠ)
  • ΜΠΙ (Newman και Sproull)
  • ΜΠΙ – αποκοπή στις 3Δ
  • ΜΠΙ – προβολή στις 2Δ
  • shaders - opengl

 ENOTHTA 6: Απόκρυψη ακμών/επιφανειών

  • Αλγόριθμοι απόκρυψης: Γενικές αρχές
  • Τεχνικές βελτιστοποίησης
  • Εκμετάλλευση προοπτικού μετασχηματισμού
  • Εκμετάλλευση συνάφειας
  • Περιβάλλοντες Όγκοι
  • Διαμερισμός Χώρου
  • Διαγραφή Πίσω Επιφανειών
  • Αλγόριθμοι Απόκρυψης Ακμών
  • Αλγόριθμοι Απόκρυψης Επιφανειών
  • Ζ-buffer

 ENOTHTA 7: Παράσταση εικόνων και χρώμα

  • Παράσταση εικόνων
  • Χρώμα και φωτισμός
  • Μοντέλα χρώματος

ENOTHTA 8: Φωτισμός/Σκιάσεις

  • Φυσική του φωτισμού
  • Μοντέλo Phong
  • Μοντέλα και αλγόριθμοι φωτισμού: Ανασκόπηση
  • Αλγόριθμος σταθερού φωτισμού
  • Αλγόριθμος Gouraud
  • Αλγόριθμος Phong
  • Σύγκριση αλγορίθμων φωτισμού
  • Διαφάνεια
  • Παρακολούθηση ακτίνων (ray tracing)

  ENOTHTA 9: Απεικόνιση υφής

  • Ορισμός
  • Περιορισμοί της γεωμετρικής μοντελοποίησης
  • Απεικόνιση χάρτη υφής
  • Συναρτήσεις απεικόνισης
  • Κυλινδρική συνάρτηση απεικόνισης
  • Κυβική συνάρτηση απεικόνισης
  • Απεικόνιση χάρτη υφής
  • Bump Mapping
  • Ταύτιση - Αντιταύτιση

ENOTHTA 10: Τεχνικές Επιτάχυνσης

  • χωρικές δομές δεδομένων
  • culling τεχνικές
  • large model rendering
  • point rendering...
  • collision detection methods

Βιβλιογραφία:

1. Real Time Rendering 3rd Edition by Tomas Akenine-Moller et al.

2. Γραφικά Θεοχάρης.

3. OpenGL SuperBible http://www.starstonesoftware.com/OpenGL/

4. http://www.blender.org/


Computer Graphics Programming APIs

OpenGL

http://www.opengl.org/

2 OpenGL SuperBible http://www.starstonesoftware.com/OpenGL/

http://duriansoftware.com/joe/An-intro-to-modern-OpenGL.-Table-of-Contents.html

http://openglbook.com/the-book/chapter-4-entering-the-third-dimension/

http://nvidia.fullviewmedia.com/siggraph2010/02-dev-barthold-lichtenbelt-mark-kilgard.html

http://www.opengl.org/wiki/Getting_started#Tutorials_and_How_To_Guides

DirectX

http://msdn.microsoft.com/en-us/directx/aa937781

http://www.directxtutorial.com/

http://www.gametutorials.com/gtstore/c-5-directx.aspx

WebGL

http://www.khronos.org/webgl/

http://learningwebgl.com/blog/?page_id=1217

 OpenGL ES

http://www.khronos.org/opengles/

http://www.zeuscmd.com/tutorials/opengles/index.php


Computer Graphics Platforms

processing.org:

http://www.processing.org/

http://www.openprocessing.org/

http://wiki.processing.org/w/Main_Page

Blender

http://www.blender.org/

http://www.blender.org/education-help/tutorials/

http://en.wikibooks.org/wiki/Blender_3D:_Noob_to_Pro

DX Studio

http://www.dxstudio.com/

http://www.dxstudio.com/guide_content.aspx?id=b82cbe94-c223-41b2-b9db-ccea42c53310


Game Engines

Unity3D

http://unity3d.com/

http://unity3d.com/support/resources/tutorials/

Unreal Engine

http://www.unrealengine.com/

http://udn.epicgames.com/Three/VideoTutorials.html#Unreal%20Engine%203%20Video%20Tutorials


Augmented Reality Engines

Mixare http://www.mixare.org/

ArtToolKit http://artoolkit.sourceforge.net/

Attachments:
Download this file (CG project 2014-2015.pdf)CG project 2014-2015.pdf[ ]767 Kb
Download this file (Graphics_1.pdf)Graphics_1.pdf[ ]7004 Kb
Download this file (Graphics_2.pdf)Graphics_2.pdf[ ]3393 Kb
Download this file (Graphics_3.pdf)Graphics_3.pdf[ ]2479 Kb
Download this file (Graphics_4.pdf)Graphics_4.pdf[ ]847 Kb
Download this file (Graphics_5.pdf)Graphics_5.pdf[ ]1061 Kb