Εισαγωγή

1. Εισαγωγή

2. Σήμερα! • Περιεχόμενο μαθήματος • Διαδικαστικά • Απαλλακτικές Εργασίες • Εισαγωγή στο αντικείμενο του μαθήματος

3. Περιεχόμενο μαθήματος • Διαχείριση 3D σκηνής • ψηφίδωση καμπύλων επιφανειών • μετασχηματισμοί (μεταφορά, περιστροφή, κλίμακα) • εικονικό μοντέλο κάμερας • προοπτικό σχέδιο • 2D raster γραφικά • βασικοί μετασχηματισμοί εικόνας • Μοντελοποίηση και Φωτορεαλισμός • τομή ακτίνων με απλά στερεά • ακτινανίχνευση, κατευθυντική φωτοσκίαση • φωτισμός και σκίαση πολυγωνικών μοντέλων • τεχνικές σκίασης, φωτορεαλισμός • Εφαρμογές • Και…OpenGL

4. Βαθμολόγηση Μαθήματος • Εργαστηριακές ασκήσεις σε OpenGL 20%. • Συγγραφή εργασίας και παράδοση έως 28/11/2010 20%. • Παρουσίαση και εξέταση εργασίας 29/11/2010 20%. • Υλοποίηση συμφωνημένου τμήματος σε OpenGL και εξέταση 40%.

5. Απαλλακτικές Εργασίες • Η εξέταση στο μάθημα γίνεται με εργασία. • Κάθε ομάδα εργασίας μπορεί να αποτελείται από 1-2 άτομα. • Η ομάδα οφείλει να δηλώσει τη συμμετοχή της μέσω e-mail, μέχρι 12/10 καθώς και δύο επιλογές από τα πιο κάτω θέματα, με σειρά προτίμησης. • Το κάθε θέμα θα δοθεί μόνο μία φορά και θα τηρηθεί σειρά προτεραιότητας.

6. Θέματα 2010-2011 1.     Υγρά και καπνός 2.     Μοντελοποίηση σχήματος 3.     Σύνθεση κίνησης 4.     Κατάτμηση σχήματος 5.     Σύνθεση εικόνας 6.     Εικονικός κόσμος 7.     Μεταποίηση πλέγματος 8.     Παραμόρφωση σχήματος 9.     Animation 10.   Halftoning

7. Βιβλία • Γραφικά Υπολογιστών με Open GL Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 18070 Έκδοση: 3η έκδ./2010 Συγγραφείς: Bakers H. 2.     Γραφικά και Οπτικοποίηση Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 35474 Έκδοση: Α' ΕΚΔΟΣΗ/2010 Συγγραφείς: Θεοχάρης Θ., Πλατής Ν., Παπαϊωάννου Γ., Πατρικαλάκης Ν.

8. OpenGl • Η OpenGL είναι μία διεπαφή προγραμματισμού εφαρμογών (ΑΡΙ) για την επικοινωνία με την κάρτα γραφικών. Αποτελείται από περίπου 150 διαφορετικές εντολές. • Η OpenGL είναι σχεδιασμένη ώστε να είναι ανεξάρτητη από το υλικό (hardware) και από το λειτουργικό σύστημα - παραθυρικό περιβάλλον. • Μπορεί να χρησιμοποιηθεί σχεδόν σε όλες τις «γνωστές» γλώσσες προγραμματισμού (C, C++, JAVA, Visual Basic, Delphi). • Παρέχει ένα σύνολο εντολών για την επικοινωνία με το υλικό και υποστηρίζεται από όλες τις εταιρείες κατασκευής καρτών γραφικών. • Είναι το τρέχον standard παρά τις προσπάθειες της Microsoft με το DirectX. Για αυτό το λόγο χρησιμοποιείται ευρέως σε πολλές εφαρμογές και παιχνίδια.

9. OpenGl links • Επίσημος οδηγός OpenGL http://www.glprogramming.com/red/ • Ιστοσελίδα OpenGl http://www.opengl.org/

10. Τι είναι Γραφικά; • Με τον όρο γραφικά περιγράφουμε τη δημιουργία, την αποθήκευση και το χειρισμό μοντέλων και εικόνων • Τέτοιου είδους μοντέλα προέρχονται από ποικίλα πεδία, συμπεριλαμβανομένου φυσική, μαθηματικά, καλλιτεχνικά, βιολογία, κ.α.

11. Τι είναι Γραφικά; "Ίσως ο καλύτερος τρόπος για να ορίσουμε τι είναι γραφικά υπολογιστών είναι να ανακαλύψουμε τι δεν είναι. Δεν είναι μια μηχανή. Δεν είναι ένας υπολογιστής, ούτε μια ομάδα προγραμμάτων υπολογιστών. Δεν είναι η τεχνογνωσία του γραφίστα, προγραμματιστή, συγγραφέα, ειδικού κινηματογράφου, ή ενός ειδικού παραγωγού. Γραφικά υπολογιστών είναι όλα αυτά - μια συνειδητή διαχείριση και τεκμηριωμένη τεχνολογία με σκοπό την κοινωνική ενημέρωση περιγραφικά και με ακρίβεια." (William A. Fetter, 1966)

12. Τι είναι τα Διαδραστικά Γραφικά; • Ο χρήστης ελέγχει το περιεχόμενο, τη δομή, και την εμφάνιση αντικειμένων και των εικόνων τους μέσω ταχείας οπτικής ανάδρασης. • Βασικές συνιστώσες ενός διαδραστικού συστήματος γραφικών είναι • Είσοδος (eg, mouse, tablet…) • Επεξεργασία και αποθήκευση • Έξοδος (π.χ. οθόνη, χαρτί εκτυπωτή, συσκευή εγγραφής βίντεο ...)

13. Τι είναι τα Διαδραστικά Γραφικά; «Το σύστημα χρησιμοποιεί το σχέδιο ως μέσο επικοινωνίας για έναν υπολογιστή. Το σύστημα περιέχει είσοδο, έξοδο, καθώς και προγράμματα που του επιτρέπουν να ερμηνεύει πληροφορίες απεικονίζοντας τις άμεσα στη οθόνη του υπολογιστή. Το Sketchpad έχει αποδειχθεί πολύ χρήσιμο ως βοήθημα για την κατανόηση διεργασιών…» (Sutherland 1963)

14. Εξέλιξη σύγχρονων Γραφικών • Η Hardware επανάσταση • Ο νόμος του Moore: κάθε 12-18 μήνες, η ισχύς του υπολογιστή βελτιώνεται κατά συντελεστή 2 τη σχέση τιμής / απόδοσης και το μέγεθος συρρικνώνεται. • Σημαντικές προόδους στον τομέα των chips • CPU: Intel Itanium 2 dual core έχει 1,7 δισεκατομμύρια τρανζίστορ συνολικά • υποσυστήματα Γραφικών σχεδιασμένα για να κάνουν γρήγορα γραφικά • Ποικίλες Συσκευές Εισόδου • Mouse, tablet, force feedback και άλλοι game controllers (eg, Wii)

15. Εξέλιξη σύγχρονων Γραφικών • Πολλές μορφές • PDAs, Laptop/Desktops, Κινητά τηλέφωνα Software Improvements Λογισμικό Βελτιώσεις • Αλγορίθμοι και δομές δεδομένων • Μοντελοποίηση υλικών • Φωτορεαλισμός φυσικών φαινομένων • Δομές δεδομένων για ray tracing (Ακτινανίχνευση) • Παραλληλοποίηση • Οι περισσότερες λειτουργίες παράλληλες: μεταβαλλόμενη αξία ενός pixel είναι ανεξάρτητη από τα άλλα pixels • Φωτορεαλισμός

16. Ideal Drawing Vector Drawing Απεικόνιση Γραφικών • Διανυσματική σχεδίαση (Vector)  move (x, y), char(“A”) , line(x, y)

17. Απεικόνιση Γραφικών • Raster: χρησιμοποιείται σε οθόνες και εκτυπωτές lazer • Οδηγείται με σειρά από pixels • Σημειώνει "jaggies"(aliasing errors) (σφάλματα παραποίησης), λόγω της συνεχούς δειγματοληψίας πρωταρχικών στοιχείων Raster

18. Μοντελοποίηση vs Φωτορεαλισμό • Μοντελοποίηση • Δημιουργία μοντέλων • Εφαρμόστε υλικά στα μοντέλα • Τοποθετήστε τα μοντέλα στη σκηνή • Τοποθετήστε φώτα στη σκηνή • Τοποθετήστε την κάμερα • Φωτορεαλισμός • Πάρτε «εικόνα» με την κάμερα

19. Graphics System/GPU Framework για διαδραστικά γραφικά • Η βιβλιοθήκη Γραφικών βρίσκεται ενδιάμεσα μεταξύ της εφαρμογής και του υλικού προβολής • Η εφαρμογή απεικονίζει απόψεις αντικείμενων στις εικόνες καλώντας τη βιβλιοθήκη. • Χρήστης αλληλεπιδρά για να τροποποιήσει το μοντέλο/εικόνα. Software Hardware Application program Graphics Library Application Model/data base

20. Ύλη Μαθήματος • Διαχείριση 3D σκηνής • ψηφίδωση καμπύλων επιφανειών • μετασχηματισμοί (μεταφορά, περιστροφή, αλλαγή κλίμακας) • εικονικό μοντέλο κάμερας • προοπτικό σχέδιο • 2D raster γραφικά • βασικοί μετασχηματισμοί εικόνας

21. Ύλη Μαθήματος • Μοντελοποίηση και Φωτορεαλισμός • τομή ακτίνων με απλά στερεά • ακτινανίχνευση, κατευθυντική φωτοσκίαση (ray tracing) • φωτισμός και σκίαση πολυγωνικών μοντέλων • τεχνικές σκίασης, φωτορεαλισμός • Άλλα Θέματα • Animation, user interfaces, βιντεοπαιχνίδια

22. Εφαρμογές Επιστημονική Οπτικοποίηση ... (TACC Scientific Visualization group)

23. Εφαρμογές Επιστημονική Οπτικοποίηση

24. Εφαρμογές E-commerce • Προσωποποιημένα avatars

25. Εφαρμογές • Ιατρική • Διάγνωση • Επεμβάσεις

26. Εφαρμογές • Παραγωγή • CAD • Προσομοίωση φωτός...

27. Εφαρμογές Ψυχαγωγία: videogames Doom – IDsoft 1993 Virtua Fighter - Sega 1993

28. Εφαρμογές Ψυχαγωγία: ταινίες • CG animations • Φωτορεαλισμός • Εφέ Geri's Game - Pixar 1997 Luxo Jr - Pixar 1986

29. Εφαρμογές Πολιτιστική κληρονομία • 3D μοντελοποίηση

30. Εφαρμογές Πολιτιστική κληρονομία • Εικονικά μουσεία

31. Computer Graphics: applications • Αρχιτεκτονική ArchiCAD (Graphsoft)

32. Βασικό σύστημα γραφικών

33. Φως & Εικόνα • Αντικείμενα • Θεατής • Φωτεινή πηγή (ές) • Ιδιότητες που διέπουν το πώς το φως αλληλεπιδρά με τα υλικά της σκηνής • Σημειώστε την ανεξαρτησία των αντικειμένων, του θεατή και της φωτεινής πηγής (-ες)

34. Φως • Το φως είναι το τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος που προκαλεί μια αντίδραση στο οπτικό μας σύστημα • Αυτά τα μήκη κύματος είναι της τάξης των περίπου 350-750 nm (νανόμετρα)

35. Προσθετικά και Αφαιρετικά χρώματα Προσθετικό χρώμα • Πετυχαίνεται ο σχηματισμός ενός χρώματος με την προσθήκη ποσοτήτων • Red (R), Green (G), Blue (B) Αφαιρετικό χρώμα • Σχηματίζεται ένα χρώμα από το φιλτράρισμα λευκού φωτόςμε: • Cyan (C), Magenta (M), and Yellow (Y)

36. RGB και CMYK μοντέλα χρωμάτων

37. 3D?

38. 3D Basics

39. Vanish point

40. Vanish point

41. Συνθετικό μοντέλο φωτογραφικής μηχανής

42. Προοπτική προβολή

43. Αναπαράσταση με Πρωταρχικά Στοιχεία • Οι καμπύλες και οι επιφάνειες είναι αναποτελεσματικές για άμεση απόδοση. • Για το λόγο αυτό χρησιμοποιούνται πρωταρχικά στοιχεία, όπως τρίγωνα ή πολύγωνα.

44. Αναπαράσταση με Πρωταρχικά Στοιχεία • Ένα τρίγωνο είναι συνήθως το πιο βασικό πρωτόγονες. • Πολύγωνα -> τρίγωνα.