Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

    Belépés
    címtáras azonosítással
    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Képszintézis

    A tantárgy angol neve: Image Synthesis 

    Adatlap utolsó módosítása: 2023. január 31.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar     		MSc, Vizuális informatika főspecializáció
    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIIIMA23   2/1/0/v 5  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Szécsi László,
    A tantárgy tanszéki weboldala http://cg.iit.bme.hu/portal/content/kepszintezis-0
    4. A tantárgy előadója Dr. Szécsi László
    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Programozás, számítógépes grafika, matematika, fizika.
    6. Előtanulmányi rend
    Kötelező:
    NEM
    (TárgyEredmény( "BMEVIIIMA00", "jegy" , _ ) >= 2
    VAGY
    TárgyEredmény("BMEVIIIMA00", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0)

    A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

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

    Ajánlott:
    Általános programozási ismeretek szükségesek. A C++ ismeretét feltételezzük, ezen felül a Kotlin, GLSL, tapasztalat segít, de Java, JavaScript alapok is könnyen átvihetők. A Számítógépes grafika tárgy előzetes hallgatása lehetőség szerint javasolt, de a tárgy egyik célja, hogy a Számítógépes grafikát nem hallgatott hallgatók is kapcsolatba kerüljenek annak a szakirányon releváns elemeivel.
    7. A tantárgy célkitűzése A tárgy a 3D virtuális világok fizikai alapú képszintézisének eljárásait tárgyalja. A hallgatók megismerik a számítógépes grafika vizuális informatikában használt korszerű megoldásait és az azokat támogató hardvereszközök működését, anélkül, hogy összetett szoftver-rendszereket vagy alacsony szintű programozási felületeket kellene használniuk.
    8. A tantárgy részletes tematikája
    Előadások:
    1. A grafikus hardver felépítése, az inkrementális csővezeték lépései, programozható egységek. Modern grafikus API felépítése és használata (geometria-definíció, shaderprogramok, a csővezeték állapottere), shader nyelvek.
    2. Textúrák. Textúra-koordináták. Textúra-formátumok. Szűrés. Mipmapelés. Plakátok (billboards). Plakátfelhők. Keverés (blending) és átlátszóság.
    3. A fény jellemzői, fluxus, sugársűrűség, spektrum. Árnyalási egyenlet felületeken. BRDF. Absztrakt fényforrások.
    4. Kockatextúrák (cube textures) és a környezeti leképezés (environment mapping). Az ideális tükör felületi fényvisszaverődési modell. Microfacet model, fizikai alapú rendering.
    5. Többmenetes (multi-pass) képalkotás. A lokalitás problémája. A rajzolási célpont (render target) fogalma. MRT (multiple render target, több párhuzamos rajzolási célpont). Késleltetett árnyalás (deferred shading). Portálok. Imposztorok. Gömbplakátok (spherical billboards).
    6. Egyszerű képfeldolgozási műveletek (fényesség-transzformáció, küszöbözés, konvolúcióalapú szűrések, élkeresés)
    7. Sugárkövetés. Sugáregyenlet. Implicit egyenletek. Metszésszámítás. Gyorsító struktúrák. RTX. OptiX.
    8. Implicit felületmodell, távolságfüggvény-reprezentáció, gömbkövetés. Kvadratikus felületek. Területi fényforrások, árnyékok, ideális visszaverődés.
    9. Monte-Carlo szimuláció és térfogat-vizualizációs módszerek: Fényterjedési jelenségek szimulációja és a szimuláció eredményének megjelenítése.
    10. Fényútkövetés. BRDF-mintavételezés. Orosz rulett. Kétirányú fényútkövetés.
    11. Árnyalási egyenlet fényelnyelő anyagokban. Hatáskeresztmetszet.
    12. Radiosity. Fotontérkép-módszer. Virtuális fényforrások módszere. Metropolis Light Transport.
     
    Gyakorlatok:
    1. Növényzet modellezése és megjelenítése. 3D kamera, modellbetöltés, színtérkezelés, geometry instancing. Plakátok. Alpha-to-coverage. 
    2. Fizikai alapú árnyalás. Absztrakt fényforrások. Lambert, Phong, Phong-Blinn BRDF megvalósítása, műtermékek és nem-plauzibilis jelenségek. Plauzubilis BRDF-modellek: max-Blinn, Schlick. Environment mapping.
    3. Többmenetes módszerek: tükröződés és utófeldolgozás. Textúrába rajzolás, többszörös rajzolási célok, ezekhez kapcsolódó elemek a grafikus API-ban. Környezet-textúra dinamikus előállítása. Utófeldolgozás: Mozgási elmosás. Mélységélesség szimulációja. 
    4. Rekurzív sugárkövetés. Elsődleges sugarak generálása. Metszésszámítás. Több objektum kezelése. Textúrák. Árnyékok. Tükrözések, rekurzív sugárkövetés. Zajszűrés. 
    5. Fényútkövetés. BRDF-mintavételezés: diffúz, Schlick. Fényforrások mintavételezése, lágy árnyékok. Orosz rulett.
    6. Térfogati sugárkövetés. Elnyelő közeg. Sugárzó közeg. Szóródás, fázisfüggvény mintavételezése. Inhomogén közeg.
     
    9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) Előadás, egyéni vezetett gyakorlat
    10. Követelmények

    Szorgalmi időszakban

    A laboratóriumi gyakorlatokat 0-6 pontos skálán értékeljük. A jegybe a legjobb 4 számít bele, legfeljebb 24 pont erejéig. 3 db házi feladatot adunk ki a félévben egyenletesen elosztva, ezeket két héten belül lehet beadni. 0-20 pontos skálán értékeljük őket. A legjobb 2 számít bele az érdemjegybe, tehát 40 pontot lehet szerezni. A laborok és a házi feladatok pontszámából legalább 26 pontot meg kell szerezni (összpontszám 40% százaléka).

    Vizsgaidőszakban

    A hallgatók a félévközi jegyet egy géptermi (vagy online írásbeli) vizsgazárthelyi alapján kapják. A szorgalmi időszakban megszerezett pontok a vizsgapontszám 64%-át adják, további 36 pont a vizsgafeladatokra kapható. Az osztályzatot az alábbi ponthatárok alapján számoljuk:

    0-39%: elégtelen

    40-54%: elégséges

    55-69%: közepes

    70-84%: jó

    85-100%: jeles 

    11. Pótlási lehetőségek A laborgyakorlatok és házi feladatok nem pótolhatók, de csak a legjobb 2/3 számít bele az értékelésbe.
    12. Konzultációs lehetőségek Igény esetén előzetesen egyeztetett időpontban konzultációt biztosítunk.
    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom Kiadott jegyzet és előadásfóliák
    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
    Kontakt óra42
    Félévközi készülés órákra15
    Felkészülés zárthelyire0
    Házi feladat elkészítése38
    Kijelölt írásos tananyag elsajátítása15
    Vizsgafelkészülés40
    Összesen150
    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta Dr. Szécsi László, docens, IIT