Computer Graphics

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Computer Graphics - Visual Computing Lab

Computer Graphics
Strumenti che servono
• Programmazione
• docente: Marco Tarini
e-mail: [email protected]
– Linguaggi
• C o C++ (OpenGL, DirectX)
• Java (Java3D)
– IDE
• ricevimento: dopo ogni lezione!
o anche su appuntamento
• DevC++ ?
• Eclipse (adattato a C o C++)?
• Microsoft .net ? Code-blocks?
• pagina del corso:
http://vcg.isti.cnr.it/~tarini/?59
Marco Tarini ‧ Computer Graphics ‧
2008/09 ‧ Università dell’Insubria
Strumenti che servono
Computer Graphics
• Un po' di matematica
Lezione I: intro e applicazioni
– Algebra lineare: calcolo matriciale
• (matrici 3x3 o 4x4)
Università dell’Insubria
• Un po' di algoritmica
Facoltà di Scienze MFN di Varese
– Es. saper valutare la complessità asintotica
Corso di Laurea in Informatica
Anno Accademico 2008/09
• Un po' di voglia
Marco Tarini
Una definizione
Computer Graphics: 3D
• La CG è la disciplina che studia come
modellare e visualizzare informazioni su un
dispositivo di output video
• In termini generali:
– Modellazione di entità tridimensionali (almeno nel nostro caso)
– Sintesi di immagini a partire da queste
• Campo molto vasto
– Copriremo solo una piccola parte
• Campo in rapidissima espansione
– Studiatissimo nell'ultima trentina d'anni
– Subito alcune importanti rivoluzioni di paradigma
– Questo corso vuole dare un'infarinata dello stato attuale
1
Computer Graphics: vicini di casa
Computer Graphics: applicazioni
• Algoritmi
• (chiaramente)
• Computer Vision
• Videogiochi
• Cinematografia
• Geometria Computazionale
• Image Processing
• Scientific Visualization
• Manufacturing industry
• in un certo senso, il problema inverso
• Cultural heritage
– virtual museums
– restoration support
– monitoring
– Visual effects
– Film di animazione
• piu' sulla sponda 2D
• Medicine
– Diagnosis support
– Tele surgery
– Simulations
– e.g. Computer Aided Design
• Parenti stretti:
• Telecommunications
– Computer Animation
• Architecture
– Personalized Avatars
– E – Commerce
• cinematica inversa/diretta, motion capture...
– Acquisizione 3D Automatica
– Display Devices
– Supporto
– Previews
• …
• Virtual Reality
• incluso strumenti di visualizzazione immersiva
– Haptic Devices
• Visualizzazione Scientifica
– aka: SciVis , visual data analysis ...
• Visualizzazione di dati scientifici
• I dati sono l’output di una
simulazione..
• ..o acquisiti con qualche sistema di
misura
• sono statici (di solito)
• sono tanti (di solito)
(NASA)
(TACC Scientific Visualization group)
(TACC Scientific Visualization group)
(Pittsburg Supercomputing center)
(NASA)
• E-commerce
• 3D personalized
avatars
– e.g. teleconferencing...
(NASA)
2
• applicazioni medicali
• Industria Manifatturiera
– supporto alla diagnosi
– CAD
– Rapid Prototyping
– Visualizz. of dei
risultati della simulazione
– Light Simulation...
• e.g. visualizz. CAT scans
– chirurgia virtuale
– tele-chirurgia
• Entertainment: giochi
– forza trainante del settore (crederci o no) ...
Doom – IDsoft 1993
Battlezone
M a r –cAtari
o T1980
arini ‧
Computer Graphics ‧
2 0 0 8 / 0 9 ‧ U n i v e r s i t à d e l l ’ I n Tailgunner
s u b r i a- Cinematronics 1979
M a r c o T a r i n i ‧ C o m p u t e rVirtua
G r Fighter
a p h i -cSega
s 1993
‧ 2008/09 ‧ Università dell’Insubria
Doom 3- ID soft 2004
World of Warcraft,
2 0 0 8 /Blizzard
0 9 ‧ Entertainment
U n i v e r s2004
ità dell’Insubria
vari M
su Xbox360,
a r c o 2006-2007
Tarini ‧
Computer Graphics ‧
World of Warcraft,
2 0 0 8 /Blizzard
0 9 ‧ Entertainment
U n i v e r s2004
ità dell’Insubria
3
• Entertainment: movie industry
– CG shorts
– CG shorts
– Feature movies
Geri's Game - Pixar 1997
Luxo Jr - Pixar 1986
Toy Story - Pixar 1995
Geri's Game - Pixar 1997
Effetti visuali
&
Effetti Speciali
– visual effects (non special fx)
•
•
•
•
Jurassic
M aPark
r c o- Universal
T a r i nStudios
i ‧ 1993
Computer Graphics
‧
Star Wars: The Phantom Manace - Lucasart 1999
parentesi parentesi parentesi parentesi parentesi
Effetti visuali
&
Effetti Speciali
Aggiungere alla scena reale cose che
non ci sono
Si fa in post-produzione
Problema simile in termini di tempo di
calcolo
+ interazione con gli oggetti reali (es:
ombre portate)
•
Termine più generale che indica
tutto ciò che viene fatto per
illudere lo spettatore.
• es: l’uso di stunt-men
• es: cose-persone appese a
corde (Matrix)
• es: trucchi con le
inquadrature (Il Signore degli
Anelli)
– Feature movies fotorealistici
•
•
•
•
Aggiungere alla scena reale cose che non ci sono•
Si fa in post-produzione
Problema simile in termini di tempo di calcolo
+ interazione con gli oggetti reali (es: ombre
portate)
Termine più generale che indica tutto ciò
che viene fatto per illudere lo spettatore.
•
es: l’uso di stunt-men
•
es: cose-persone appese a corde
(Matrix)
•
es: trucchi con le inquadrature (Il
Signore degli Anelli)
parentesi parentesi parentesi parentesi parentesi
Marco Tarini ‧ Computer GraphIcs ‧ 2007/08 ‧ Università dell’Insubria
Final Flight Of the Osiris – Squaresoft 2003
FinalMFantasy
a r c o– Squaresoft
T a r i n 2001
i ‧ Computer Graphics
‧
4
Beni Culturali
• Beni Culturali
– Presentazione
•
•
•
•
musei virtuali
cataloghi di musei reali
supporto alla didattica
documentaristica...
– Supporto al restauro
• Modello 3D come GIS
• Simulazioni...
Visual Computing Lab – ISTI-CNR Pisa
•
Uso:
•
Mezzi:
– Studio
• Analisi dei dati
• vedi SciVis
Beni Culturali: Fruizione
–
–
–
–
fruizione (musei virtuali..)
documentaristica
didattica
monitoraggio
–
–
–
acquisizione della forma ( 3DScanning )
acquisizione del colore
Tecniche di visualizzazione di grandi moli di dati (multiresolution, out of core rendering)
Beni Culturali: Fruizione
• Beni Culturali
– musei virtuali
– supporto multimediale musei tradizionali
•
Chioschi: supporti multimediali ai musei tradizionali
•
Diffusione via rete
–
–
–
PC+ video, l’utente esamina le opere, legge note informative
esempi: il Davide di Michelangelo alla Galleria dell’Accademia di Firenze
esempi: Il monumento funebre di Arrigo VII all’Arcivescovado
–
L’utente visita un museo (o una singola opera) dal PC di casa ( WebDavid )
Beni Culturali: Restauro
• Beni Culturali
– presentazione in rete
•
•
Il restauratore si faceva fare degli schizzi su carta dell’opera da restaurare per fare
una mappa degli interventi: col il modello virtuale può gestire tutto su PC
Acquisizione dell’opera prima e dopo il restauro e confronto geometrico delle
differenze
5
Beni Culturali: Studio
• Beni Culturali
– modello 3D come "GIS"
5 degrees
15 degrees
• ES: Simulazione caduta contaminanti
Beni Culturali: Monitoraggio
Beni Culturali: i mezzi
• Acquisizione della forma geometrica
(3D scanning)
Strumento di acquisizione
foresta di Dunarobba
http://www.forestafossile.it/public/new/
processing
dei dati
• es: monitorare nel tempo la variazioni sui
materiali deformabili
oggetto reale
Rappresentazione digitale
• Acquisizione della forma geometrica
(3D scanning)
• Acquisizione del colore
– semplici fotografie
• approssimato, dipende
dalla luce
– Tecniche di calcolo della
BRDF
Ci torniamo sopra con calma
Visual Computing Lab – Stanford Uni 2000
6
• Cultural heritage related
• Scientific Visualization
• Manufacturing industry
– virtual museums
– restoration support
– monitoring
– Computer Aided Design
– Simulations
• Architettura:
– supporto al design
• Medicine
• Telecommunications
– Diagnosis support
– Tele surgery
– Simulations
– Personalized Avatars
– E – Commerce
• Entertainment industry
ArchiCAD (Graphsoft)
• Virtual Reality
– Games
– Cinematography
Computer Graphics: altro schema ricorrente
• Architettura:
– preview:
informazione
• comunicazione
• controllo
e.g. applicazione
beni culturali
modellazione
rappresentazione
adeguata
(per...)
rendering
/visualizzazione
Immagine/i
preprocessing
modelling
applicazione interattiva
Strata
M a r c o T a r i n i ‧ C o m p u t e r GArea3D
r a p Renderer–
h(with
i c sVRay)
‧ (Strata)
2 0 0 8 / 0 9 Brazil
‧ U n– SputterFish
iversità dell’Insubria
Rendering
• Parola molto generale:
noi siamo qui
Informazione
mondo reale
(es: 3D scans)
creazione
(es: videogames)
Calcolo /
simulazione
(es: Sci-Vis)
Visualizzazione
(rendering)
Modellazione
Trovare la
rappresentazione
più adeguata
per...
Trasformare la
rappresentazione in
immagine(i) sullo
schermo
Modello
rendering
Immagine
composto da
varie
primitive
7
Rendering
Rendering
• Esempio: nei web browser
• Rendering 3D
Scena 3D
rendering
Immagine
rendering
...
immagine
rappresnetante
la pagina
testo in HTML (+ immgini, etc)
Rendering
Algoritmi di Rendering
• Rendering 3D
• Due tipi:
– On-Line Rendering
• Interattivo: circa 1 – 10 frames per sec ("fps")
• Real-Time: circa 10-100 fps
– Off-line Rendering
• Tipicamente: da minuti ad ore per fotogramma
Scena 3D
rendering
Immagine
• Diversissimi:
–
–
–
–
–
...
modello 3D
• punti 3D
• primitive...
Real Time VS Offline rendering
• Distanza si accorcia
nelle applicazioni
nei vincoli
nella qualita' (e.g. fotorealismo)
negli algoritmi
insomma: approcci diversi, mondi diversi.
Real Time VS Offline rendering
1993
• Distanza si accorcia
2001
Final Fintasy – Squaresoft 2001
Jurassic Park - Universal Studios 1993
Virtua Fighter - Sega 1993
nVIDIA tech demo at SIGGRAPH 2001
nVIDIA quadro
Jurassic
M aPark
r c o- Universal
T a r i nStudios
i ‧ 1993
Computer Graphics
‧
Jurassic
M aPark
r c o- Universal
T a r i nStudios
i ‧ 1993
Computer Graphics
‧
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Computer Graphics - Visual Computing Lab

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