Computer Graphics: vicini di casa. Computer Graphics: applicazioni. Computer Graphics: applicazioni. Computer Graphics: applicazioni

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1 Computer Graphics docente: Marco Tarini ricevimento: dopo ogni lezione! o anche su appuntamento Strumenti che servono Programmazione Linguaggi C o C++ (OpenGL, DirectX) Java (Java3D) IDE DevC++? Eclipse (adattato a C o C++)? Microsoft.net? Code-blocks? pagina del corso: Strumenti che servono Un po' di matematica Algebra lineare: calcolo matriciale (matrici 3x3 o 4x4) Un po' di algoritmica Es. saper valutare la complessità asintotica Un po' di voglia Computer Graphics Lezione I: intro e applicazioni Università dell Insubria Facoltà di Scienze MFN di Varese Corso di Laurea in Informatica Anno Accademico 2008/09 Marco Tarini Una definizione Computer Graphics: 3D La CG è la disciplina che studia come modellare e visualizzare informazioni su un dispositivo di output video In termini generali: Modellazione di entità tridimensionali (almeno nel nostro caso) Sintesi di immagini a partire da queste Campo molto vasto Copriremo solo una piccola parte Campo in rapidissima espansione Studiatissimo nell'ultima trentina d'anni Subito alcune importanti rivoluzioni di paradigma Questo corso vuole dare un'infarinata dello stato attuale 1

2 Computer Graphics: vicini di casa Algoritmi (chiaramente) Computer Vision in un certo senso, il problema inverso Geometria Computazionale Image Processing piu' sulla sponda 2D Parenti stretti: Computer Animation cinematica inversa/diretta, motion capture... Acquisizione 3D Automatica Display Devices incluso strumenti di visualizzazione immersiva Haptic Devices Videogiochi Cinematografia Visual effects Film di animazione Scientific Visualization Manufacturing industry e.g. Computer Aided Design Telecommunications Personalized Avatars E Commerce Virtual Reality Cultural heritage virtual museums restoration support monitoring Medicine Diagnosis support Tele surgery Simulations Architecture Supporto Previews Visualizzazione Scientifica aka: SciVis, visual data analysis... Visualizzazione Scientifica aka: SciVis, visual data analysis... Visualizzazione di dati scientifici I dati sono l output di una simulazione....o acquisiti con qualche sistema di misura sono statici (di solito) sono tanti (di solito) (TACC Scientific Visualization group) (TACC Scientific Visualization group) (Pittsburg Supercomputing center) (NASA) (Pittsburg Supercomputing center) (NASA) Visualizzazione Scientifica aka: SciVis, visual data analysis... E-commerce 3D personalized avatars e.g. teleconferencing... (NASA) (Pittsburg Supercomputing center) 2

3 applicazioni medicali supporto alla diagnosi e.g. visualizz. CAT scans chirurgia virtuale tele-chirurgia Industria Manifatturiera CAD Rapid Prototyping Visualizz. of dei risultati della simulazione Light Simulation... Entertainment: giochi forza trainante del settore (crederci o no)... Entertainment: giochi forza trainante del settore (crederci o no)... Doom IDsoft 1993 Battlezone M a r Atari c o T 1980 a r i n i C o m p u t e r G r a p h i c s / 0 9 U n i v e r s i t à d e l l I n Tailgunner s u b r i a - Cinematronics 1979 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r Virtua G r Fighter a p h i -c Sega s 1993 Entertainment: giochi forza trainante del settore (crederci o no)... Entertainment: giochi Doom 3- ID soft 2004 World of Warcraft, / Blizzard 0 9 Entertainment U n i v e r s 2004 i t à d e l l I n s u b r i a vari M su Xbox360, a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h i c s World of Warcraft, / Blizzard 0 9 Entertainment U n i v e r s 2004 i t à d e l l I n s u b r i a 3

4 Entertainment: movie industry CG shorts Entertainment: movie industry CG shorts Feature movies Toy Story - Pixar 1995 Geri's Game - Pixar 1997 Luxo Jr - Pixar 1986 Geri's Game - Pixar 1997 Effetti visuali & Effetti Speciali Entertainment: movie industry visual effects (non special fx) Aggiungere alla scena reale cose che non ci sono Si fa in post-produzione Problema simile in termini di tempo di calcolo + interazione con gli oggetti reali (es: ombre portate) Termine più generale che indica tutto ciò che viene fatto per illudere lo spettatore. es: l uso di stunt-men es: cose-persone appese a corde (Matrix) es: trucchi con le inquadrature (Il Signore degli Anelli) Jurassic M a Park r c o - Universal T a r i n Studios i 1993 C o m p u t e r G r a p h i c s Star Wars: The Phantom Manace - Lucasart 1999 parentesi parentesi parentesi parentesi parentesi Effetti visuali & Effetti Speciali Entertainment: movie industry Feature movies fotorealistici Aggiungere alla scena reale cose che non ci sono Termine più generale che indica tutto ciò Si fa in post-produzione che viene fatto per illudere lo spettatore. Problema simile in termini di tempo di calcolo es: l uso di stunt-men + interazione con gli oggetti reali (es: ombre es: cose-persone appese a corde portate) (Matrix) es: trucchi con le inquadrature (Il Signore degli Anelli) Final Flight Of the Osiris Squaresoft 2003 parentesi parentesi parentesi parentesi d parentesi e l l I n s u b r i a M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s / 0 8 U n i v e r s i t à Final M Fantasy a r c o Squaresoft T a r i n 2001 i C o m p u t e r G r a p h i c s 4

5 Beni Culturali Presentazione musei virtuali cataloghi di musei reali supporto alla didattica documentaristica... Supporto al restauro Modello 3D come GIS Simulazioni... Studio Analisi dei dati vedi SciVis Beni Culturali Visual Computing Lab ISTI-CNR Pisa Uso: fruizione (musei virtuali..) documentaristica didattica monitoraggio Mezzi: acquisizione della forma ( 3DScanning ) acquisizione del colore Tecniche di visualizzazione di grandi moli di dati (multiresolution, out of core rendering) Beni Culturali: Fruizione Beni Culturali: Fruizione Beni Culturali musei virtuali supporto multimediale musei tradizionali Chioschi: supporti multimediali ai musei tradizionali PC+ video, l utente esamina le opere, legge note informative esempi: il Davide di Michelangelo alla Galleria dell Accademia di Firenze esempi: Il monumento funebre di Arrigo VII all Arcivescovado Diffusione via rete L utente visita un museo (o una singola opera) dal PC di casa ( WebDavid ) Beni Culturali: Restauro Beni Culturali presentazione in rete Il restauratore si faceva fare degli schizzi su carta dell opera da restaurare per fare una mappa degli interventi: col il modello virtuale può gestire tutto su PC Acquisizione dell opera prima e dopo il restauro e confronto geometrico delle differenze 5

6 Beni Culturali modello 3D come "GIS" Beni Culturali: Studio 5 degrees 15 degrees ES: Simulazione caduta contaminanti Beni Culturali: Monitoraggio Beni Culturali: i mezzi Acquisizione della forma geometrica (3D scanning) foresta di Dunarobba Strumento di acquisizione es: monitorare nel tempo la variazioni sui materiali deformabili processing dei dati oggetto reale Rappresentazione digitale Beni Culturali: i mezzi Beni Culturali: i mezzi Acquisizione della forma geometrica (3D scanning) Acquisizione del colore semplici fotografie approssimato, dipende dalla luce Tecniche di calcolo della BRDF Visual Computing Lab Stanford Uni 2000 Ci torniamo sopra con calma 6

7 Scientific Visualization Manufacturing industry Computer Aided Design Simulations Telecommunications Personalized Avatars E Commerce Entertainment industry Games Cinematography Cultural heritage related virtual museums restoration support monitoring Medicine Diagnosis support Tele surgery Simulations Virtual Reality Architettura: supporto al design ArchiCAD (Graphsoft) Computer Graphics: altro schema ricorrente Architettura: preview: comunicazione controllo informazione modellazione e.g. applicazione beni culturali rappresentazione adeguata (per...) rendering /visualizzazione preprocessing modelling Immagine/i M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G Strata Area3D r a p Renderer h (with i c s VRay) (Strata) / 0 9 Brazil U n SputterFish i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a applicazione interattiva Rendering noi siamo qui Parola molto generale: Informazione mondo reale (es: 3D scans) creazione (es: videogames) Calcolo / simulazione (es: Sci-Vis) Modellazione Trovare la rappresentazione più adeguata per... Visualizzazione (rendering) Trasformare la rappresentazione in immagine(i) sullo schermo Modello composto da varie primitive rendering Immagine 7

8 Rendering Esempio: nei web browser Rendering Rendering 3D rendering Scena 3D rendering Immagine... testo in HTML (+ immgini, etc) immagine rappresnetante la pagina Rendering Algoritmi di Rendering Rendering 3D Due tipi: On-Line Rendering Interattivo: circa 1 10 frames per sec ("fps") Real-Time: circa fps Off-line Rendering Tipicamente: da minuti ad ore per fotogramma... Scena 3D modello 3D punti 3D primitive... rendering Immagine Diversissimi: nelle applicazioni nei vincoli nella qualita' (e.g. fotorealismo) negli algoritmi insomma: approcci diversi, mondi diversi. Real Time VS Offline rendering Real Time VS Offline rendering Distanza si accorcia 1993 Distanza si accorcia 2001 Final Fintasy Squaresoft 2001 Virtua Fighter - Sega 1993 Jurassic Park - Universal Studios 1993 nvidia tech demo at SIGGRAPH 2001 nvidia quadro Jurassic M a Park r c o - Universal T a r i n Studios i 1993 C o m p u t e r G r a p h i c s Jurassic M a Park r c o - Universal T a r i n Studios i 1993 C o m p u t e r G r a p h i c s 8