Código de la asignatura

6000708

Tipo

Obligatoria

Período de impartición

2º semestre

Créditos

5

Modalidad de impartición

Presencial

Departamento

DATCCCIA

Prerrequisitos de acceso

Haber cursado la asignatura Informática Gráfica

Conocimientos recomendados

Las nociones de programación de lenguaje C y APIs gráficas (OpenGL).

Competencias genéricas

El alumno será capaz de:

­      Aplicar los conocimientos teóricos a la práctica, mediante un trabajo individual proactivo como en equipo

­      Profundizar en las técnicas avanzadas de generación de gráficos por computador analizando la principales técnicas que permiten aumentar el realismo de las escenas finales.

­      En esta signatura se fomenta el razonamiento crítico, de manera que los alumnos estén preparados en un futuro a los cambios que se puedan producir en el uso de las tecnologías involucradas en la creación de imágenes.

Competencias específicas

El alumno sabrá / comprenderá:

­      La base de las técnicas más actuales en síntesis de gráficos, tanto los métodos orientados a tiempo real, como los que buscan gran realismo.

­      Los conceptos avanzados demandados por la industria para poder adquirir una sólida base en el campo de la generación de gráficos por ordenador.

El alumno será capaz de:

­      Aplicar los conocimientos adquiridos en la realización de problemas y trabajos prácticos en un ambiente cercano al de la empresa.

Bloque temático

Tema

Apartados

I.- Introducción a técnicas avanzadas de gráficos

Tema 1

Introducción

-    Presentación de la asignatura

-    Importancia del dominio de estas técnicas en el CV del estudiante

-    Ejemplos del estado del arte

-    Compromiso entre interactividad (tiempo real)  y calidad de las imágenes (más cálculos o mayor complejidad)

-    Consejos para la realización de trabajos y exposiciones

II.- Manejo y síntesis de texturas

Tema 2.

Mapeado de texturas

- Las texturas y su relación con el proceso de modelado

- Proyecciones directas e inversas

Tema 3.

Texturas y su relación con la geometría

- Mapas de bultos

- Mapas de normales

- Mapas de paralaje

- Mapas de desplazamientos

Tema 4.

Síntesis de texturas

- Síntesis de texturas a partir de imágenes

  · Síntesis de texturas y relación con el procesado de imagen

  · Wang Tiles

  · Inpainting

- Texturas procedurales

  · Limitaciones de las texturas tradicionales

  · Ventajas e incovenientes

  · Parametrización

  · Tipos: implicitas y explicitas

  · Mapas y su estructura en árbol

Tema 5.

 Otros usos de texturas

- Sprites

- Billboards

- Efectos especiales con partículas

III. Iluminación local avanzada

Tema 6.

Introducción a la teoría de BDRF

- Radiometría y Fotometría

- Colorimetría

- La ecuación de rendering

- Teoría de BRDF y su implementación

Tema 7.

Reflexiones y refracciones

- Mapas de entorno

- Reflexión

- Refracción

- Efectos de fresnel

Tema 8.

Modelos de iluminación y sombreado avanzados

- Terminología básica

- Materiales de superficie difusa

  · Modelo simple

  · Relación con la conservación de la energía

  · Materiales puramente difusos

- Materiales especulares

  · Materiales puramente especulares

  · Relación con el modelo de Blinn-Phong

  · Combinación de modelos especulares y difusos

- Modelos especulares y difusos

  · Modelo de Oren-Nayar

  · Modelo de Minnaert

- Modelos especulares y metálicos avanzados

  · Modelo de reflexión de Ward

  · Modelo de reflexión de Schlick

  · Modelo de Cook-Torrance

    + Término geométrico

    + Término de Fresnel

    + Término de rugosidad

    + Modelo completo

Tema 9.

 Remuestreo de texturas y aliasing

- Muestreo y reconstrucción

- Convolución

- Transformadas de Fourier

- ¿En qué consiste el problema del aliasing?

- Antialiasing

  · Prefiltrado

  · Supermuestreo

  · A-Buffer  T-Buffer

  · Muestreo estocástico 

Tema 10.

Últimas etapas del cauce gráfico

- Niebla

- Transparencia

- Corrección gamma

IV. Visibilidad proyección de sombras

Tema 11.

Sombras

- ¿En qué consisten? ¿por qué son necesarias para dar una sensación de realismo?

- Sombras “duras” frente a sombras “suaves”

- ¿Cómo lanzamos matemáticamente una sombra?

- Sombras planas

- Sombras sobre superficies curvas

- Sombras volumétricas

- Mapas de sombras

- Técnicas avanzadas para iluminación “quasi-global” (PTR)

Tema 12.

Visibilidad

- View Frustum culling

- Buffer Z jerárquico

- Oclusiones

- Aspectos  de visibilidad avanzados

V. Modelado y representación basada en imagen

Tema 13.

 “Modelado e iluminación basada en imagen

- Paradigma del modelado basado en imagen frente al modelado geométrico

- Técnicas puras

- Técnicas híbridas

- Realidad aumentada

- HDR (alto rango dinámico)

- Fotografía computacional

V. Iluminación global

Tema 14.

Trazado de rayos clásico

- Retro-trazado de rayos

- Modelos de cámara

- Tipos de rayos

- Recursión

- Intersecciones rayo-objeto

- Texturas y sombreado

- Problemas y limitaciones

Tema 15.

Ecuación de rendering

-Elementos de la ecuación de rendering

- Métodos biased

- Métodos unbiased

-Traza de caminos

Tema 16.

Técnicas de MonteCarlo en gráficos

-Conceptos de probabilidad

- Muestreo estocástico de rayos

- Convergencia

-Varianza y ruido

- Técnicas de muestreo

-Transformación de distribuciones

-Técnicas de mejora en la eficiencia

Tema 17.

 Medios participantes y scattering volumétrico

-Rendering volumétrico

-Absorción y dispersión en medios

-Ecuaciones de transferencia

-Dispersión múltiple

Tema 18.

Radiosidad

- Solución clásica

  · Fundamentos matemáticos y matriz de radiosidad

  · Introducción al método de los elementos finitos

  · Los factores de forma

  · Resolución de la matriz

- Métodos iterativos

  · Proceso de refinamiento

Tema 19.

 Cachés de Irradiancia y Mapeado de fotones

-Cálculo directo e indirecto de la radiancia

-Cachés de irradiancia

-Simulación de fotones

-Mapeado de fotones

-Final Gathering

VII. Representación no fotorealista

Tema 20.

Representación no fotorealista

- Otras formas de representación

- Toon Mapping

- Gooch

- Trazo esquematizado

- Trazo de acuarela

Título

Real-Time Rendering

Autor

Tomas Akenine-Möller and Eric Haines

Editorial

AK Peters

Título

Advanced Animation and Rendering Techniques

Autor

Alan Watt and Mark Watt

Editorial

Addison-Wesley

Práctica 1  Aplicación de texturas y reflectancia en tiempo real

Práctica 2  Trazador de rayos

Práctica 3  Trazador de rayos avanzado (photon mapping)

Título

Real-Time Rendering

Autor

Tomas Akenine-Möller and Eric Haines

Editorial

AK Peters

Título

Advanced Animation and Rendering Techniques

Autor

Alan Watt and Mark Watt

Editorial

Addison-Wesley

Título

Fundamentals of Computer Graphics

Autor

Peter Shirley

Editorial

AK Peters

Título

Core Techniques and Algorithms in Game Programming

Autor

Daniel Sanchez-Crespo Dalmau

Editorial

New Riders

BLOQUE 2

Manejo y Síntesis de texturas

Título

3D Computer Graphics

Autor

Alan H. Watt

Editorial

Addison Wesley

Título

Real-Time Rendering

Autor

Tomas Akenine-Möller and Eric Haines

Editorial

AK Peters

Título

Texturing and Modeling: A Procedural Approach

Autor

David S. Ebert, F. Kenton Musgrave, Darwyn Peachey, Ken Perlin y Steven Worley

Editorial

Morgan Kaufmann

Título

Texturing: Concepts and Techniques

Autor

Dennis Summers

Editorial

Charles River Media

BLOQUE 3

Iluminación local avanzada

Título

Real-Time Rendering

Autor

Tomas Akenine-Möller and Eric Haines

Editorial

AK Peters

Título

Advanced Lighting and materials with Shaders

Autor

Kelly Dempski y Emmanuel Viale

Editorial

Wordware Publising, Inc.

Título

Digital Lighting & Rendering

Autor

Jeremy Birns

Editorial

New Riders Press

Título

Math for 3D Game Programming & Computer Graphics

Autor

Eric Lengyel

Editorial

Charles River Media

BLOQUE 4

Visibilidad y proyección de sombras

Título

Real-Time shadowing Techniques (SIGGRAPH 2004 Course 26 )

Autor

Tomas Akenine-Moeller et al.

Editorial

IEEE

Título

Real-Time Rendering

Autor

Tomas Akenine-Möller and Eric Haines

Editorial

AK Peters

Título

Essential CG Lighting Techniques

Autor

Darren Brooker

Editorial

Focal Press

BLOQUE 5

Modelado y representación basada en imagen

Título

High Dynamic Range Imaging

Autor

Paul Debevec, Greg Ward, Sumanta Pattanaik, Erik Reinhard

Editorial

Morgan Kaufmann

Título

A Tutorial on Image-Based Lighting

Autor

Paul Debevec

Editorial

IEEE Computer Graphics and Applications, Jan/Feb 2002

Título

An Invitation to 3-D Vision

Autor

Yi Ma, Stefano Soatto, Jana Kosecka, S Shankar Sastry, Stefano Soatta

Editorial

Springer

BLOQUE 5

Iluminación global

Título

Realistic Ray Tracing

Autor

Peter Shirley

Editorial

Book News, Inc.

Título

Advanced Global Illumination

Autor

Philip Dutré, Philippe Bekaert y Kavita Bala

Editorial

AK Peters

Título

Realistic Image Synthesis Using Photon Mapping

Autor

Henrik Wann Jensen

Editorial

AK Peters

Título

Radiosity: A Programmer's Perspective

Autor

Ian Ashdown

Editorial

Wiley  (puede obtenerse gratuitamente mandando un mail al autor)

Título

Radiosity: A Programmer's Perspective

Autor

Francois X. Sillion and Claude Puech

Editorial

Morgan Kaufmann

BLOQUE 6

Representación no fotorealista

Título

Non-Photorealistic Computer Graphics: Modeling, Rendering and Animation

Autor

Thomas Strothotte, Stefan Schlechtweg

Editorial

Morgan Kaufmann

Título

Non-Photorealistic Rendering

Autor

Bruce Gooch y Amy Gooch

Editorial

AK Peters, Ltd.         

http://zestforgraphics.bitacoras.com/

http://people.csail.mit.edu/fredo/Book/

http://www.helios32.com/resources.htm

http://www.cs.kuleuven.ac.be/~phil/GI/TotalCompendium.pdf

http://graphics.cs.lth.se/research/shadows/

http://www.siggraph.org/education/materials/HyperGraph/raytrace/rtrace0.htm

http://www.codepixel.com/

http://www.gamedev.net/

http://www.shadertech.com/

http://www.gamasutra.com/

http://www.devmaster.net/

http://riki.thegameaddicts.net/index.php?title=Main_Page

http://www.igda.org/

http://msdn.microsoft.com/coding4fun/gamedevelopment/default.aspx

http://en.wikipedia.org/wiki/SIGGRAPH

http://www.pouet.net/

http://ieeexplore.ieee.org/

Fecha

Temas

Metodología

Semana 1

1. Introducción

2. Mapeado de texturas

Clase magistral con modelo participativo

Semana 2

3. Texturas y su relación con la geometría

4. Síntesis de texturas                     

5. Otros usos de texturas

Clase magistral con modelo participativo

Semana 3

6. Introducción a la teoría de BDRF

7. Reflexiones y refracciones

8. Modelos de iluminación y sombreado avanzados

Clase magistral con modelo participativo

Semana 4

9. Remuestreo de texturas y aliasing

10. Últimas etapas del cauce gráfico

Clase magistral con modelo participativo

Semana 5

11. Sombras (1ª parte)

Clase magistral con modelo participativo

Semana 6

11. Sombras (2ª parte)

Clase magistral con modelo participativo

Semana 7

12. Visibilidad

13. Modelado e iluminación basada en imagen

Clase magistral con modelo participativo

Semana 8

14. Trazado de rayos clásico

Clase magistral con modelo participativo

Semana 9

15. Ecuación de Rendering

Clase magistral con modelo participativo

Semana 10

16. Técnicas de MonteCarlo  en gráficos

Clase magistral con modelo participativo

Semana 11

17. Medios participantes y scattering volumétrico

Clase magistral con modelo participativo

Semana 12

18. Radiosidad

Clase magistral con modelo participativo

Semana 13

19. Cachés de Irradiancia y Mapeado de fotones

Clase magistral con modelo participativo

Semana 14

20. Representación no fotorealista

Clase magistral con modelo participativo

Fecha

Temas

Metodología

Semana 2

Práctica 1  Aplicación de texturas y reflectancia en tiempo real

Proyectos de aprendizaje y experimentación en parejas.

Semana 10

Práctica 2  Trazador de rayos

Proyectos de aprendizaje y experimentación en parejas.

Semana 11

Práctica 3  Trazador de rayos avanzado (photon mapping)

Proyectos de aprendizaje y experimentación en parejas.

Día y hora

Martes 17h-19h, 21h-22h

Lugar

Despacho 155/143 (Edificio departamental II)

Observaciones

El horario de las tutorías se adaptará a las necesidades de los alumnos (dado el carácter profesional del máster, los alumnos en muchos casos trabajan en empresas y tienen limitaciones en las horas a las que pueden venir, por lo que las tutorías no preferentes pueden concertarse con flexibilidad)

Fecha

Conferencia sobre engines de render de producción

Conferencia sobre programación en procesadores gráficos específicos

Nombre y apellidos

Miguel Ángel Otaduy Tristán

Departamento/área de conocimiento

Arquitectura y Tecnología de Computadores

Categoría

Profesor Titular de Universidad Interino

Titulación Académica

Doctor en Informática

Experiencia Docente

http://www.gmrv.es/~motaduy/teaching.html

ü          En la Universidad Rey Juan Carlos: Estructura y Tecnología de Computadores (primavera 2008), Realidad Virtual y Animación (primavera 2008), y Tecnologías Avanzadas de Gráficos 3D (primavera 2008).

ü          En ETH Zurich: Physically-Based Animation in Computer Graphics (otoño 2007, otoño 2006, primavera 2006, y primavera 2005).

ü         En University of North Carolina at Chapel Hill: Introduction to Programming (verano 2004).

Experiencia Investigadora

http://www.gmrv.es/~motaduy/publications.html

ü          Publicaciones: 10 publicaciones en revista, 21 publicaciones en congresos internacionales,  Publicación en las revistas y conferencias principales de informática gráfica (ACM SIGGRAPH, Eurographics, IEEE CG&A, SCA, SGP, IEEE Vis., IEEE VR…), hápticos (WHC), y robótica (IEEE TRO, ICRA).

ü          Participación en grupos de investigación de renombre internacional en UNC Chapel Hill, ETH Zurich y URJC Madrid.

ü          Organización de workshops y tutoriales en IEEE VR, ACM SIGGRAPH, Eurographics, ICRA. Participación en el comité de programa de las principales conferencias de informática gráfica.

ü          Áreas de interés: simulación física, renderizado háptico, detección de colisiones, realidad virtual, algoritmos geométricos, aplicaciones médicas.

Experiencia profesional

ü          De 2008 hasta hoy: profesor titular interino en URJC.

ü          De 2005 a 2008: investigador asociado en el Computer Graphics Laboratory de ETH Zurich. Dirección de 3 subproyectos del proyecto Computational Medicine de la Swiss National Science Foundation.

ü          De 2000 a 2005: investigador asistente en el grupo Gamma del Dpto de Informática de UNC Chapel Hill. Máster en Informática y Doctor en Informática por UNC Chapel Hill.

ü          De 1995 a 2000: ayudante de laboratorio en el centro de investigación Ikerlan (Mondragón, España). Ingeniero en Automática y Electrónica Industrial por la Universidad de Mondragón.

ü          Verano 2003: estancia profesional en Immersion Medical. 

Nombre y apellidos

David Miraut

Departamento/área de conocimiento

Arquitectura y Tecnología de Computadores

Categoría

Profesor Ayudante

Universidad

Universidad Rey Juan Carlos

Titulación Académica

Ingeniero de Telecomunicaciones

Experiencia Docente

Profesor ayudante en DATCCCIA dentro del área de Arquitectura y Tecnología de Computadores desde diciembre del año 2005 en la Escuela Superior de Ciencias Experimentales y Tecnología de la Universidad Rey Juan Carlos.

Experiencia Investigadora

Áreas de interes: Arquitectura y programación de hardware gráfico de  consumo, modelado y representación basados en imagen, fotografía computacional, sistemas catadióptricos e Inverse Rendering. Aplicación de estas áreas de conocimiento a sistemas hardware/software de realidad virtual fotorealistas en tiempo real.