1. Arvutigraafika. Sissejuhatus.
Konstantin Tretjakov
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

2. Arvutigraafika - Sissejuhatus
Korraldus
Iga nädal üks loeng ja üks praktikum
Praktikumis tehtud ülesandeid tuleb saata itsi praktikumijuhendajale. Selle eest saab punkte. Eriti tublid saavad boonuspunkte.
Lisaks tuleb programmeerida projekti.
Lõpus tuleb eksam
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

3. Arvutigraafika - Sissejuhatus
Korraldus
Projekt
Projekti saab teha 2-3 inimese rühmades.
Projekt peab olema seotud 3D graafikaga. Soovitatud OpenGL.
Lisaks projektile tuleb vormistada lühikest raportit ning teha sellest väikest demot kursuse lõpus.
Esimene tähtaeg: 19. september
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

4. Arvutigraafika - Sissejuhatus
Korraldus
Hindamine:
Praktikumid: 40%
Projekt: 30%
Eksam: 30%
Küsimustele vastavad:
Konstantin Tretjakov
Dan Bogdanov
Mark Fishel
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

5. Arvutigraafika - Sissejuhatus
Korraldus
Kursuse veebileht
Ligipääs piraaditud raamatutele:
user: graphics, password: books
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

6. Mida see kursus annab teile?
Natuke lisaharidust ja loodetavasti natuke lõbu ka.
Täpsemalt aga siis:
Wisdom: +10
Vitality: +5
Stamina: +5
+4 experience points
+1 magic artifact
Health: -10
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

7. Arvutigraafika - Sissejuhatus
Korraldus
Küsimused?
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

8. Arvutigraafika - Sissejuhatus
Kava
Milleks arvutigraafika?
Arvutigraafika põhiteemad
Graafikasüsteem, CPU & GPU
Graphics Pipeline
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

9. Milleks arvutigraafika?
1. Meelelahutus
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

10. Arvutigraafika - Sissejuhatus
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus
Doom III

11. Arvutigraafika - Sissejuhatus
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

12. Arvutigraafika - Sissejuhatus
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

13. Milleks arvutigraafika?
2. Kunst
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

14. Arvutigraafika - Sissejuhatus
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

15. Arvutigraafika - Sissejuhatus
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus
© Michał Kriukow

16. Milleks arvutigraafika?
3. Kasutajaliidesed
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

17. Arvutigraafika - Sissejuhatus
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

18. Arvutigraafika - Sissejuhatus
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

19. Arvutigraafika - Sissejuhatus
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus
SynFace Project

20. Milleks arvutigraafika?
4. Maa- ja loodusteadused, meditsiin (MRI, CAT), jms
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

21. Arvutigraafika - Sissejuhatus
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

22. Arvutigraafika - Sissejuhatus
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

23. Arvutigraafika - Sissejuhatus
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

24. Arvutigraafika - Sissejuhatus
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

25. Milleks arvutigraafika?
5. CAD
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

26. Arvutigraafika - Sissejuhatus
Domus.Cad 13
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

27. Arvutigraafika - Sissejuhatus
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

28. Milleks arvutigraafika?
6. Simulaatorid
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

29. Arvutigraafika - Sissejuhatus
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

30. Arvutigraafika - Sissejuhatus
© Lance Cpl. Natasha S. Green
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

31. Milleks arvutigraafika?
Meelelahutus
Kunst
Kasutajaliidesed
Teadus
Disain
Simulaatorid
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

32. Milleks arvutigraafika?
Kokkuvõttes:
A picture is worth a thousand words
Pildina suudab inimene võtma vastu oluliselt rohkem informatsiooni kui igal teisel viisil.
Informatsiooni visuaalne esitus ühes või teises kontekstis ongi arvutigraafika põhiülesanne
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

33. Arvutigraafika - Sissejuhatus
Märkus: Pilditöötlus
Arvutigraafikaga käib alati koos üks teine ala: Pilditöötlus (Image Processing).
Kui graafika tegeleb infost pildi saamisega, siis pilditöötluse ülesanne on täpselt vastupidine: pildist (või piltidest) info saamine.
Pilditöötlust me siin eriti ei puuduta.
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

34. Arvutigraafika sünteesib pilte
Piltide sünteesimisel on kaks põhilist suunda:
“Reaalsuse võltsimine” – kuidas sünteesida pilte mis on reaalsusest täiesti eristamatud?
“Uue reaalsuse loomine” – kuidas sünteesida pilte et nad rahuldaks mingeid funktsionaalseid voi esteetilisi kriteeriume
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

35. Non-photorealistic rendering
Mitte-realistlikult võib sünteesida erinevatel põhjustel:
Et näeks kunsti moodi (impressionism jne)
Et näeks multika moodi (South Park, jne)
Et näeks skeemi moodi
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

36. Arvutigraafika - Sissejuhatus
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus
© Nick Halper 

37. Arvutigraafika - Sissejuhatus
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

38. Arvutigraafika - Sissejuhatus
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus
© ToonNation

39. Arvutigraafika - Sissejuhatus
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

40. Arvutigraafika põhiteemad
Modelleerimine
Kuidas esitada objekte?
Kuidas neid esitusi konstrueerida?
Näitamine (Rendering)
Kuidas objekte ekraanil ilusasti näidata?
Animatsioon
Kuidas objekte liikuma panna?
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

41. Arvutigraafika - Sissejuhatus
Modelleerimine
Kuidas esitada objekte?
Geomeetria – objektide kuju
Fotomeetria – värvus, valgus, peegeldused, refraktsioon.
Kuidas neid esitusi konstrueerida?
Kirjeldada käsitsi
Luua interaktiivselt
Skaneerida sisse
Programmeerida (las kasvab ise)
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

42. Arvutigraafika - Sissejuhatus
Modelleerimine
Kuidas esitada objekte?
Geomeetria – objektide kuju
Fotomeetria – värvus, valgus, peegeldused, refraktsioon.
Kuidas neid esitusi konstrueerida?
Kirjeldada käsitsi
Luua interaktiivselt
Skaneerida sisse
Programmeerida (las kasvab ise)
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

43. Arvutigraafika - Sissejuhatus
Cheap 3D scanner nearing the desktop
10:01 06 March 2004
Exclusive from New Scientist Print Edition
Will Knight
Ever fancied taking your favourite possessions with you into the virtual world? Spiral Scratch, a start-up company in Liverpool, UK, has come up with a cheap device that generates three-dimensional computer representation of any object it scans.
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

44. Arvutigraafika - Sissejuhatus
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus
© Andrea Esuli, LinSys3d

45. Arvutigraafika - Sissejuhatus
Animeerimine
Kuidas esitada liikumist?
Kaadrite järjend
Trajektooride kõverad
Füüsika või muude seaduste modelleerimine
Kuidas esitusi konstrueerida?
Kirjeldada käsitsi või luua interaktiivselt
Skaneerida sisse (motion capture)
Programmeerida (füüsika, A-life)
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

46. Arvutigraafika - Sissejuhatus
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus
© Lynn B,

47. Arvutigraafika - Sissejuhatus
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus
© Brian Carpenter

48. Arvutigraafika - Sissejuhatus
© Pete Reilly
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

49. Arvutigraafika - Sissejuhatus
Rendering
Kuidas esitada pilti?
Rastergraafika: Pilt on valguseenergia jaotus fotoplaadil, me saame esitada selle jaotuse diskreetse pikslite massiivina p[x,y].
Vektorgraafika: Pilt on lihtsatest primitiividest (jooned, ringid, jne) koosnev asi, nii esitamegi.
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

50. Arvutigraafika - Sissejuhatus
Raster vs. Vektor
Ajalooliselt esimesed graafilised väljundseaded olid vektori-põhised (vektor CRT-d).
Sellised ekraanid suutsid aga näidata ainult piiratud keerukusega pilte.
Praegu töötavad kõik ekraanid raster-põhimõte järgi.
On jäänud ka mõned vektori-põhised väljundseaded (plotterid).
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

51. Arvutigraafika - Sissejuhatus
Raster vs. Vektor
Sõltumata sellest, kuidas me pilti esitame, peab see lõpuks jõudma väljundisse. Kuna enamasti väljundseade on rastri-põhine, seisneb pildi näitamine selle rasteriseerimises.
Suur osa arvutigraafikast, nn. 2D-graafika, tegeleb erinevate primitiivide rasteriseerimisalgoritmidega
2D-graafika on igav. Meie kursuses mõistame “arvutigraafika” all pigem 3D-graafikat.
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

52. Arvutigraafika - Sissejuhatus
3D graafika
Kuidas siis modelleeritud 3D objektide kirjelduse järgi tekitada nende pilti?
Projitseerida objekte “kaamera tasandile”, ning värvida kuidagimoodi et näeks tõepäraselt.
Need on need kiired algoritmid millega saab teha real-time renderingu mängudes.
Simuleerida valgusekiirte läbimist
Raytracing, Radiosity, MC-lighting,…: Füüsikaliselt rohkem põhjendatud ning väga ilusaid pilte genereerivad algoritmid, mis on samas talumatult aeglased.
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

53. Arvutigraafika - Sissejuhatus
Real-time rendering
Selles kursuses tegeleme rohkem “real-time” rendering-ülesandega
See on praktiliselt kasulikum (ilusad pildid on rohkem vajalikud kunsti- ja kinovaldkondades, mis pole niivõrd praktilised)
Vastav teooria on kõvasti arendatud ning selle uurimine on hariv
See on riistvaraliselt toetatud
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

54. Kuidas graafika arvutis töötab?
Igas mõistlikus arvutis täna on graafika-operatsioonide sooritamiseks eraldi protsessor, GPU.
CPU võib saata GPU-le käske stiilis “joonista seda objekti”, ning GPU tegeleb sellega CPU-ga paralleelselt.
GPU juures on olemas eraldi mälu mida ta saab kasutada CPU-st sõltumatult.
Kaasaegne videokaart on võrreldav võimsuse poolest põhiarvutiga:
400 MHz GPU, 128 MB VRAM, ...
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

55. CPU & GPU CPU RAM Application OpenGL Driver GPU Pixels Vertices
VRAM
Image Buffers
Depth/ Stencil Buffers
Texture Maps
GPU
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

56. Arvutigraafika - Sissejuhatus
Graphics Pipeline
Programmeerija kirjeldab 3D objekte tippude, polügonide ja tekstuuride keeles glBegin(GL_POLYGON) glVertex3f(1, 0, 0); glVertex3f(0, 1, 0); glVertex3f(0, 0, 1); glEnd();
Lisaks määrab ta kaamera asukoha gluLookAt(2, 2, 2, 0, 0, 0);
See edastatakse graafikakaardile ning ta tegeleb joonistamisega
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

57. Arvutigraafika - Sissejuhatus
Graphics Pipeline
Joonistamiseks tehakse järgmised sammud (graphics pipeline):
Tipude transformeerimine & projitseerimine
Nähtamatu tahkude & tipude eemaldamine
Polügonide rasteriseerimine
Pikslite värvimine
Pikslite ekraanile väljastamine
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

58. Graphics Pipeline
Vertex transform
Face culling
Rasterization
Visibility tests & blending
Shading
Järgmistes loengutes vaatlemegi lähemalt kõik need sammud
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus

59. Arvutigraafika - Sissejuhatus
Tänaseks kõik!
Küsimused?
05. sept. 2005
Arvutigraafika - Sissejuhatus