Computer Graphics

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Computer Graphics

Computer Graphics
Lezione I: intro e applicazioni
Universit• dell’Insubria
Computer Graphics
• docente: Marco Tarini
e-mail: [email protected]
Facolt• di Scienze MFN di Varese
• ricevimento: Mercoled‚ 15:00 - 18:00
Corso di Laurea in Informatica
o anche su appuntamento
Anno Accademico 2005/06
• pagina del corso:
Marco Tarini
http://vcg.isti.cnr.it/~tarini/?54
Marco Tarini € Sistemi Multimediali II €
Strumenti che useremo
Prerequsiti
• 3D API: OpenGL
• Programmazione
• Interesse
• Linguaggio: C++
• IDE: DevC++
(al limite anche C potrebbe andare)
2004/05 € Universit• dell’ Insubria
(ma e' solo un consiglio)
• Libs, Toolkits, ecc:
• Assenza di allergia totale alla matematica
ƒ SDL per i primi esperimenti in opengl
ƒ STL per non riscrivere I soliti contenitori
ƒ ...tutto quel che ci pu„ servire per caricare
un’immagine, un oggetto 3d ecc.
Computer Graphics: vicini di casa
Computer Graphics: 3D
• Algoritmi
• In termini generali:
• (chiaramente)
• Computer Vision
• in un certo senso, il problema inverso
• Geometria Computazionale
• Image Processing
• piu' sulla sponda 2D
ƒ Modellazione di entit• tridimensionali (almeno nel nostro caso)
ƒ Sintesi di immagini a partire da queste
• Campo molto vasto
ƒ Noi ci occuperemmo di una piccola parte
• Parenti stretti:
• Campo in rapidissima espansione
ƒ Computer Animation
• cinematica inversa/diretta, motion capture...
ƒ Acquisizione 3D Automatica
ƒ Display Devices
ƒ Studiatissimo nell'ultima trentina d'anni
ƒ Noi ci occuperemo di sviluppi recenti
• incluso strumenti di visualizzazione immersiva
ƒ Haptic Devices
1
Computer Graphics: applicazioni
• Scientific Visualization
• Manufacturing industry
• Cultural heritage
ƒ virtual museums
ƒ restoration support
ƒ monitoring
– Computer Aided Design
– Simulations
• Visualizzazione Scientifica
ƒ aka: SciVis , visual data analysis ...
• Medicine
• Telecommunications
ƒ Diagnosis support
ƒ Tele surgery
ƒ Simulations
– Personalized Avatars
– E – Commerce
• Entertainment industry
(TACC Scientific Visualization group)
• Virtual Reality
• Architecture
– Games
– Cinematography
ƒ Supporto
ƒ Previews
(Pittsburg Supercomputing center)
(NASA)
• Visualizzazione Scientifica
• E-commerce
ƒ aka: SciVis , visual data analysis ...
• 3D personalized
avatars
ƒ e.g. teleconferencing...
(Pittsburg Supercomputing center)
(NASA)
• applicazioni medicali
• Industria Manifatturiera
ƒ supporto alla diagnosi
• e.g. visualizz. CAT scans
ƒ chirurgia virtuale
ƒ tele-chirurgia
ƒ CAD
ƒ Rapid Prototyping
ƒ Visualizz. of dei
risultati della simulazione
ƒ Light Simulation...
2
• Entertainment: giochi
ƒ forza trainante del settore (crederci o no) ...
Doom – IDsoft 1993
Battlezone
M a r c o– Atari
T a r1980
ini
€ Sistemi Multimediali II €
1979
2 0 0 4 / 0 5 € U n i v e r s i t • d e l l ’ Tailgunner
I n s u b r- iCinematronics
a
Virtua
- Sega 1993
2004/05 € Universit• dell’ Insu
b r i Fighter
a
• Entertainment: movie industry
ƒ CG animations
Doom 3- ID soft 2004
Geri's Game - Pixar 1997
Luxo Jr - Pixar 1986
World of Warcraft,
2 0 0Blizzard
4 / 0 5En€tertainment
U n i v e2004
rsit• dell’ Insubria
ƒ CG animations
ƒ Feature movies
ƒ visual effects (non special fx)
Toy Story - Pixar 1995
Geri's Game - Pixar 1997
Jurassic
M a r cPark
o T- Universal
a r i n i Studios
€ S i 1993
ste
mi Multimediali II €
Star Wars: The Phantom Manace - Lu casart 1999
3
• Beni Culturali
ƒ Feature movies fotorealistici
ƒ Presentazione
•
•
•
•
musei virtuali
cataloghi di musei reali
supporto alla didattica
documentaristica...
ƒ Supporto al restauro
Final Flight Of the Osiris – Squaresoft 2003
• Modello 3D come GIS
• Simulazioni...
ƒ Studio
• Analisi dei dati
• vedi SciVis
Final
M a Fantasy
r c o T– Squaresoft
a r i n i €2001
S
istemi Multimediali II €
• Beni Culturali:
• Beni Culturali
ƒ tutto parte dall'acquisizione 3D...
DigMich Project – Stanford Uni 2000
Visual Computing Lab – Stanford Uni 2000
• Beni Culturali
• Beni Culturali
ƒ supporto al restauro
ƒ supporto al restauro
4
• Beni Culturali
• Beni Culturali
ƒ musei virtuali
ƒ supporto multimediale musei tradizionali
ƒ modello 3D come "GIS"
• Beni Culturali
• Beni Culturali: simulazioni
ƒ presentazione in rete
5 degrees
15 degrees
es: simulazione caduta contaminanti
• Architettura:
• Architettura:
ƒ supporto al design
ƒ preview:
• comunicazione
• controllo
ArchiCAD (Graphsoft)
Area3D
M a r c o T a r i n i € S i s t e m i M u l t i Strata
m e dRenderer–
i(with
a l i VRay)
I I(Strata)
€ 2 0 0 4 / 0 Brazil
5 € –USputterFish
niversit• dell’ Insubria
5
• Scientific Visualization
• Manufacturing industry
Computer Graphics: schema ricorrente
• Cultural heritage
Problema
ƒ virtual museums
ƒ restoration support
ƒ monitoring
– Computer Aided Design
– Simulations
Modello
• Medicine
• Telecommunications
• Entertainment industry
produzione
ƒ Supporto
ƒ Previews
Computer Graphics: altro schema ricorrente
rendering
Geometria
• Virtual Reality
• Architecture
– Games
– Cinematography
e.g. Sci-Vis
del problema
ƒ Diagnosis support
ƒ Tele surgery
ƒ Simulations
– Personalized Avatars
– E – Commerce
modellazione /
formalizzazione /
astrazione
Immagine/i
insight (si spera)
Computer Graphics: altro schema ricorrente 2
e.g. applicazione
beni culturali
mondo
reale
e.g. games
modellazione
artistica
acquisizione automatica /
misurazione
Geometria
rendering
Geometria
Immagine/i
preprocessing
acquisizione automatica /
misurazione
Immagine/i
preprocessing
modelling
modelling
applicazione interattiva
applicazione interattiva
Rendering
Rendering
• Parola molto generale:
• Esempio: nei web browser
Modello
rendering
Immagine
composto da
varie
primitive
rendering
...
testo in HTML (+ immgini, etc)
rendering
immagine
rappresnetante
la pagina
6
Rendering
Rendering
• Rendering 3D
• Rendering 3D
Scena 3D
Immagine
rendering
Scena 3D
rendering
Immagine
...
modello 3D
• punti 3D
• primitive...
Algoritmi di Rendering
Real Time VS Offline rendering
• Due tipi:
• Distanza si accorcia
1993
ƒ On-Line Rendering
• Interattivo: circa 1 ƒ 10 frames per sec ("fps")
• Real-Time: circa 10-100 fps
ƒ Off-line Rendering
• Diversissimi:
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
nelle applicazioni
nei vincoli
nella qualita' (e.g. fotorealismo)
negli algoritmi
insomma: approcci diversi, mondi diversi.
Real Time VS Offline rendering
• Distanza si accorcia
Jurassic Park - Universal Studios 1993
Virtua Fighter - Sega 1993
Jurassic
M a r cPark
o T- Universal
a r i n i Studios
€ S i 1993
ste
Rendering
2001
• Rendering 3D
Scena 3D
rendering
Immagine
Final Fintasy – Squaresoft 2001
nVIDIA tech demo at SIGGRAPH 2001
nVIDIA quadro
Jurassic
M a r cPark
o T- Universal
a r i n i Studios
€ S i 1993
ste
7
Immagine: su che display hardware?
Frame buffer
• Su un monitor, naturalmente!
• Il tubo catodico: un fascio di
elettroni viene diretto su una
superficie coperta di
materiale fosforescente
• Una porzione di memoria
dedicata alla memorizzazione
dell’immagine
ƒ Display vettoriali:
il fascio veniva pilotato
direttamente in maniera
totalmente libera
ƒ Display CRT moderni:
raster linea per linea,
si spazza tutto lo schermo un
certo numero di volte al
secondo (refresh rate)
ƒ come array 2D di pixel da mostrare a video.
Asteroids – Atari 1980
• Caratteristiche:
ƒ Risoluzione (numero di pixel)
• Range tipici 320x200 <->1600x1200
ƒ Profondit• (bit per pixel)
Bomb jack - Tehkan 1984
• Range tipici 1 <-> 32 (128)
• Divisi in tipicamente 4 (o 3) canali
( R, G, B e Alpha)
Rendering
• Rendering 3D
Scena 3D
rendering
Immagine
riempire il frame buffer
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