Daniele Marini. Grafica e Immagini digitali

Transcript

1 Daniele Marini Grafica e Immagini digitali

2 Informazioni generali Sito web Trovate: Gli obbiettivi del corso Il programma del corso Le modalità di esame Il calendario delle lezioni Altre informazioni utili appunti documenti software articoli scientifici... 2

3 Informazioni generali per contattarmi (colloqui, informazioni,...): e_mail: Bibliografia: Marini D., Bertolo M., Rizzi A., Comunicazione visiva digitale, Addison Wesley 2001 Rossi M., Moretti A., Sintesi delle immagini per il fotorealismo, Franco Angeli 1998 Watt A., Policarpo F., The Computer Image, Addison Wesley, 1998 Riccardo Scateni, Paolo Cignoni, Claudio Montani e Roberto Scopigno, Fondamenti di grafica tridimensionale interattiva, McGraw-Hill, Milano, 2005 Dispense dei docenti in linea 3

4 Svolgimento del corso Il corso consiste in lezioni teoriche ed esercizi che svolgeremo in aula basati sul software Blender per la modellazione e il rendering e MATLAB (o equivalente open-source come Octave) 4

5 Modalità d esame Verrà illustrata più avanti 5

6 Obiettivo del corso Conoscere le basi tecnico scientifiche della grafica e del trattamento delle immagini digitali dal punto di vista della creazione di scenari ed effetti utili nella multimedialità In particolare: creazione di immagini di oggetti e scene secondo due punti di vista integrati: Metodi di creazione a partire da descrizioni di tipo geometrico: sintesi Metodi creazione a partire da immagini digitali acquisite con tecniche fotografiche: analisi DICo

7 Integrazione Integrazione di due approcci: Computer graphics e image processing Computer graphics: si parte da una descrizione geometrica, si usano algoritmi di rendering, si generano scene realistiche Image processing: si parte da una o più immagini digitali, si elaborano le immagini per ricostruire scene 3D o panorami, per creare effetti come warping o morphing, per ricavare informazioni di contesto come l illuminazione, per controllare la definizione delle immagini da integrare nel rendering per il texturing DICo

8 Computer graphics Riguarda l uso del computer per creare o manipolare immagini Obiettivo della CG: studiare gli algoritmi per la generazione di immagini Bruce MacLeod, Reptile Wash,

9 Cartoni animati 9

10 Videogiochi 10

11 Simulazione 11

12 Visualizzazione scientifica 12

13 CAD-CAM & design 13

14 Architettura 14

15 Medical imaging 15

16 Virtual e Mixed reality Augmented reality: oggetti virtuali in ambiente reale Virtual reality: ambiente virtuale Augmented virtuality: affianco oggetti reali ad oggetti virtuali 16

17 Virtual reality 17

18 Augmented reality 18

19 Gli albori della computer graphics Il termine computer graphics è stato introdotto nel 1960 da William Fetter ( ), il primo a disegnare una figura umana utilizzando il computer Perhaps the best way to define computer graphics is to find out what it is not. It is not a machine. It is not a computer, nor a group of computer programs. It is not the know-how of a graphic designer, a programmer, a writer, a motion picture specialist, or a reproduction specialist. Computer graphics is all these a consciously managed and documented technology directed toward communicating information accurately and descriptively. Computer Graphics, by William A. Fetter,

20 Gli albori della computer graphics Ivan Sutherland 1962 PhD. thesis, Sketchpad: A Man-machine Graphical Communications System La prima GUI (Graphical User Interface) Ivan Sutherland with Sketchpad. 20

21 Evoluzione nella tecnologia Sketchpad Digital line drawing Gouraud shading Hidden surface removal Polygon clipping I.E Sutherland, "Sketchpad: A Man-Machine Graphical Communication System," Ph.D. Thesis, MIT, J.E. Bresenham, Algorithm for computer control of a digital plotter, IBM Systems Journal, 4(1), H. Gouraud, Continuous shading of curved surfaces, IEEE Transactions on Computers, C-20, M.E. Newell, R.G. Newell, T.L. Sancha, A Solution to the Hidden Surface Problem, Proceedings of ACM National Meeting, I.E. Sutherland, G.W. Hodgman, Reentrant Polygon Clipping, CACM, 17(1), David R. Nadeau, SDSC 21

22 Evoluzione nella tecnologia Phong shading Scene graphs Texture mapping Shadows Standard lighting model Bump mapping Shadow mapping B.T. Phong, Illumination for Computer Generated Pictures, CACM, 18(6), J.H. Clark, Hierarchical Geometric Models for Visible Surface Algorithms, CACM, 19(10), J.F. Blinn, M.E. Newell, Texture and Reflection in Computer Generated Images, CACM, 19(10), F.C. Crow, Shadow Algorithms for Computer Graphics, Computer Graphics, 11(2), J.F. Blinn, Models of Light Reflection for Computer Synthesized Pictures, Computer Graphics, 11(2), J.F. Blinn, Simulation of Wrinkled Surfaces, Computer Graphics, 12(3), Lance Williams, "Casting curved shadows on curved surfaces, SIGGRAPH

23 Evoluzione nella tecnologia Ray tracing Geometry VLSI T. Whitted, An improved illumination model for shaded display, CACM, 23(6), J.H. Clark, The Geometry Engine: A VLSI geometry system for graphics, SIGGRAPH Particle systems Radiosity Shaders W.T. Reeves, Particle Systems A Technique for Modeling a Class of Fuzzy Objects, SIGGRAPH 83. C.M. Goral, K.E. Torrance, D.P. Greenberg, B. Battaile, Modeling the Interaction of Light Between Diffuse Surfaces, SIGGRAPH 84. R.L. Cook, Shade trees, SIGGRAPH

24 Evoluzione nella tecnologia 1986 Rendering eq. J.T. Kajiya, The rendering equation, SIGGRAPH RenderMan PIXAR 1992 OpenGL OpenGL ARB 1993 Direct3D Microsoft 1995 VRML VRML/Web3D Consortium 2005 Computational Light field camers Photography 24

25 Evoluzione nella tecnologia 1982 Tron Wrath of Khan 1984 Andre & Wally B. The Last Starfighter 1985 Young Sherlock Holmes 1986 Luxo Jr. PIXAR 1987 Red s Dream Stanley & Stella 1988 Tin Toy PIXAR 1989 Knickknack PIXAR The Abyss Fox Beauty and the 1991 Beast Terminator Aladdin Lawnmower Man Disney Paramount PIXAR Universal Paramount PIXAR Symbolics Disney Tri-Star Disney New Line 25 Copyright by PIXAR.

26 Evoluzione nella tecnologia 1993 Jurassic Park Universal 1994 The Mask Reboot True Lies New Line MainFrame Fox 1995 Toy Story PIXAR 1996 Dragonheart Twister Geri s Game Lost World 1997 Star Wars, Special Edition Titanic Universal Warner Bros. PIXAR Universal Lucasfilm Paramount 1998 A Bug s Life Antz Toy Story Star Wars, Episode Dinosaur Disney PIXAR DreamWorks PIXAR Lucasfilm 26 Copyright by Disney, Paramount, PIXAR

27 Evoluzione nella tecnologia 1960 s 1970 s 1980 s 1990 s 2000 s Videogiochi Cartoni animati Tecnologia Computational Photography David R. Nadeau, SDSC 27

28 Computational Photography Ricostruire scene: panorami Ricostruire scene: 3D da fotografie

29 Computational Photography Scene dal riflesso degli occhi Ricostruzione 3D da luce coerente

30 Computational Photography Ricostruzione del campo di illuminazione: light probe Rendering basato su immagini: Image Based Rendering (IBR)

31 Computational Photography Warping e Morphing Immagini ad alta dinamica (HDR)

32 Computational Photography Digital refocusing Matting e compositing

33 Dai modelli agli oggetti La stampa 3d

34 Il ciclo di vita delle immagini Un quadro di riferimento concettuale per collocare i vari aspetti della grafica e delle immagini: Ideare: il concepimento Creare: la nascita Mostrare, distribuire, fruire, interagire: la vita Archiviare, distruggere: l ibernazione o la morte 34

35 La vita delle immagini nell epoca digitale Integrazione Di processi Di dati Di metodi Di competenze Di professioni Qualità Persistenza inter e intra - dispositivi/tecnologie/ contesti Eidomatica Informatica delle immagini eidos (ειδοσ): immagine, figura, immagine mentale 35