A kötelező előtanulmányi rend az adott szak honlapján és képzési programjában található.

1. Modellezés
1. Modellezési technikák.
2. A háromszögháló. Csúcspont és index buffer (Vertex és index buffer) reprezentáció.
3. Gyakorlat: A DirectX x fájl formátum. Bevezetés az effect keretrendszer használatába. A mesh, device és effect interfészek. 3D objektum megjelenítése transzformációk és megvilágítás nélkül.
2. Transzformációk
1. Koordináta rendszerek és transzformációik. Projektív geometria, ideális pont, Descartes és homogén koordináták viszonya, beágyazott modell.
2. A transzformációs csővezeték. A modellezési, világ-, kamera- és képernyő-koordináták szerepe, és a közöttük átvivő transzformációk.
3. Gyakorlat: Mátrixok DirectXben. Kamera osztály használata. A csúcspont árnyaló (vertex shader) szerepe. HLSL alapok. Globális paraméterek. Mozgó 3D objektum megjelenítése, a kamera mozgatása.
3. 3D képalkotás
1. A teljes 3D képalkotási csővezeték: fix és programozható szakaszok, vágás, raszterizáció és mélységteszt. A pixel és csúcspont árnyaló (pixel és vertex shader) környezete.
2. Lokális megvilágítás-számítás és absztrakt fényforrás-modellek. A Lambert és Phong felületi fényvisszaverődés modell.
3. Gyakorlat: Kísérletek a mélységteszttel. A csúcspont bufferben (vertex buffer) tárolt árnyalási információk szerepe. Csúcspontonkénti (per vertex lighting) és pixelenkénti (per pixel lighting), Gouraud és Phong árnyalás. Több objektum megjelenítése megvilágítás-számítással, mozgó fényforrásokkal.
4. Textúrák és raszterműveletek
1. A textúrák szerepe. Textúra-koordináták. Textúra formátumok. Szűrés. Mipmapelés. Perspektív-helyes textúrázás. Kockatextúrák (cube textures) és a környezeti leképezés (environment mapping). Az ideális tükör felületi fényvisszaverődési modell.
2. Keverés (blending) és átlátszóság. Hátsólap-eldobás.
3. Anti-aliasing. Előszűrés és utószűrés (FSAA vagyis full-screen anti-aliasing).
4. Gyakorlat: Kísérletek a keverés (alpha blending) és többszörös mintavételezés (multisampling) opciókkal. A textúra interfész a DirectX-ben. Textúrázó egységek (samplers) és textúra olvasás HLSL-ben. Többmenetes (multi-pass) képalkotás. Képernyőt lefedő négyszög (full-screen quad). Textúrázott, illetve a környezet tükröző objektumok, és végtelen távoli környezet-textúra megjelenítése.
5. Plakátok (billboards) és részecske-rendszerek
1. Sprite. Plakátok.
2. Plakátfelhők. Részecske-rendszerek.
3. Geometriapéldány-gyártás (geometry instancing).
4. Gyakorlat: Részecske-rendszer megvalósítása. Csúcspont és index bufferek összeállítása hardveres példány-gyártáshoz. Plakát beforgatása a csúcspont árnyalóban. Alpha blending és átlátszósági rendezés. Animált füst megjelenítése.
6. Textúrába rajzolás (Render-to-texture)
1. A lokalitás problémája. A rajzolási célpont (render target) fogalma. MRT (multiple render target, több párhuzamos rajzolási célpont). Portálok. Imposztorok.
2. Késleltetett árnyalás (deferred shading). Gömbplakátok (spherical billboards).
3. Gyakorlat: A DirectX surface interfész. Egy render-to-texture pass megvalósítása, egy fa rajzolásával. Az eredményül kapott textúra megjelenítése plakátokon, így erdőt rajzolva. Gömbplakátok megvalósítása, vágási hibák nélküli füst megjelenítése.
7. Árnyékok
1. Síkra vetített árnyék. Mélység-térképek létrehozása és használata. Takarás-szűrés (percentage closer filtering). Lágy árnyék (soft shadow) eljárások.
2. Gyakorlat: Több DirectX mélység-stencil felület használata. Hardver mélység-térképek. Mélység-térkép alapú árnyékok megvalósítása pontszerű fényforrásra.
8. A játék színterének felépítése
1. Világ-objektumok heterogén kollekciója. Hierarchikus színtér-gráfok.
2. Valósidejű animáció. Az élethű mozgás fizikája. Newtoni mozgás. Pozíció, sebesség és gyorsulás az elmozdulás és elfordulás tekintetében. Forgatások leírása kvaterniókkal. Animáció időlépcsőkben. Az animáció beágyazása a színtér-objektumok rendszerbe.
3. Gyakorlat: Színtérgráf megvalósítása. Fizikai animációval mozgatott objektumok megjelenítése, fizikai alapon mozgó kamerából nézve.
9. Játéklogika
1. Folytonos és diszkrét ütközésvizsgálat. Térfelosztás és befoglaló alakzatok. Ütközés-válasz stratégiák. Az ütköző merev testek fizikája. Az ütközés-kezelés beágyazása a színtér-objektumok rendszerbe.
2. Játék-intelligencia. Egyszerű célokon alapuló vezérlés. A felhasználói és mesterséges intelligencia alapú vezérélés beágyazása a színtér-objektumok rendszerbe.
3. Gyakorlat: Statikus földfelszín objektum. A talajjal ütközés detektálása és az ütközés-válasz megvalósítása. A mozgó játékobjektumok közötti ütközés-detektálás és válasz megvalósítása, befoglaló gömbök segítségével. Egyszerű mesterséges intelligencia megvalósítása. Az eredmény egy komplett kis játék, több mozgó, ütköző objektummal, melyek egyikét a játékos irányítja.
10. Karakter-animáció
1. Karakter modellek. Csontváz animáció. Merev bőrözés. Transzformációs láncok.
2. Sima bőrözés. Transzformációk keverése a csúcspont árnyalóban.
3. Az inverz kinematika célja.
4. Gyakorlat: Animált karakter megjelenítése a csúcspont árnyalóban magvalósított sima bőrözéssel.
11. Stencil trükkök
1. Stencil buffer és stencil teszt. Stencil tükrök. Árnyéktestek. Stencil árnyékok.
2. Gyakorlat: DirectX mélység-stencil felületek. Síktükör megvalósítása a stencil buffer használatával. Egy árnyéktest implementáció tanulmányozása.
12. (14. hét) Sugárkövetés és fraktálok
1. Sugármetszéspont-számítás. Rekurzív sugárkövetés. Sugárkövetés a grafikus kártyán és helyettesítő megoldások.
2. Gyakorlati bevezető a fraktálok grafikai alkalmazásáról. Julia és Mandelbrot halmazok. Iterált függvény-rendszerek (IFS). Káoszjáték.
3. Gyakorlat: Mandelbrot és Julia halmazok megjelenítése a pixel árnyaló használatával. IFS megjelenítése káoszjátékkal.

Heti 2 óra előadás, ahol elhangzanak az elméleti alapok, és a gyakorlati feladat megoldásához szükséges ismeretek is, valamint 2 óra számítógép melletti gyakorlat, ahol egy konkrét grafikai algoritmust kell implementálni DirectX környezetben.

Minden óra alkalmas számítógépekkel felszerelt tanszéki teremben zajlik, ahol a téma megkívánja, az előadás helyett is tudunk gyakorlati órát tartani.

a. A szorgalmi időszakban: Házi feladat.

b. A vizsgaidőszakban: Gyakorlati vizsga.

c. Elővizsga: van

Előadás- és laboranyagok a tárgyhonlapon.

Dr. Szirmay-Kalos László, Antal György, Csonka Ferenc:

Háromdimenziós grafika, animáció és játékfejlesztés

ISBN: 963 618 303 1