Professor Ivo De Lotto, Ing. Alessandro Martinelli. Grafica 3D e Simulazioni Visuali

Transcript

1 Grafica 3D e Simulazioni Visuali Professor Ivo De Lotto, Ing. Alessandro Martinelli Realtà Virtuale Storia della Grafica La prima rivoluzione grafica Grafica 3D Cinematografica Grafica Industriale La seconda rivoluzione grafica e l'era dei videogiochi Simulazione Scientifica Argomenti e struttura del Corso Riferimenti Grafica 3D e Simulazioni Visuali

2 Realtà virtuale La realtà virtuale è una modellazione della realtà composta di elementi: Reali ( descrivono la realtà che è ) Realistici ( descrivono una realtà ipotetica ) Immaginari ( descrivono una realtà immaginaria ) Paradigmatici ( descrivono in modo iconico realtà differenti ) La realtà virtuale crea modelli: è necessario fornire dei metodi per mettere in contatto le persone con questi modelli Sintesi Grafica: 2D ( x,y ), 3D (x,y,z), 4D (x,y,z, tempo) Sintesi Sonora: musica, voce, effetti sonori Interazione tattile: mouse, tastiere, joystick ecc. La Grafica 3D è la scienza che offre le tecniche, i modelli e le metodologie per la rappresentazione su schermo di una realtà virtuale

3 Nascita della Grafica SketchPad, 1961, Ivan Sutherland (MIT): Modellazione Geometrie Interazione Real-Time Grafica Vettoriale Spacewar, 1961/2, Steve Russel (MIT): primo video gioco. Simulation of a two-giro gravity attitude control system, 1963, E.E. Zajac: prima animazione, con scopi scientifici. Anni 60' : nascita dei primi gruppi industriali ed accademici di ricerca grafica.

4 La prima rivoluzione Grafica (1/2) Dal 1970 la grafica 3D passa dal wireframe al Flat Shading: la ricerca in ambito grafico esplode per circa un ventennio 1968 R ay casting (Appel, A. ) 1978 B ump m apping (Blinn, J.F. ) 1970 S can-line algorithm (Bouknight, W. J. ) 1980 B S P tr ees (Fuchs, H. Kedem, Z.M. Naylor, B.F. ) G ouraud shading (Gouraud, H. ) 1983 M ipmaps (Williams, L. ) 1974 T exture mapping (Catmull, E. ) 1984 R adiosity (Goral, C. Torrance, K.E. Greenberg, D.P. Battaile, B. ) 1974 Z -buffer (Catmull, E. ) 1975 P hong shading (Phong, B-T. ) 1976 E nvironment mapping (Blinn, J.F., Newell, M.E. ) 1977 S hadow volum es (Crow, F.C.) 1986 R ender ing equation (Kajiya, J.T. )

5 La prima rivoluzione Grafica (2/2) 1971: Nasce Atari e e crea il famosissimo Pong 1973: Prima Conferenza Siggraph (ACM) Star Wars e Star Wars l'impero colpisce ancora sono tra i primi film realizzati con il supporto della Computer Graphics Jim Clark fonda la Sylicon Graphics nel 1982 Lo stesso anno John Walker e Dan Drake fondano autodesk e rilasciano la prima versione di autocad

6 Grafica Cinematografica Negli anni 80' la Pixar ( sorta dal gruppo che faceva parte ) produce il suo famosissimo RenderMan RenderMan è il primo linguaggio di shading Vengono introdotti gli aspetti chiave della grafica in tempo NON reale: Una cura esasperata dei dettagli di illuminazione e di descrizione dei materiali ( ricerca del fotorealismo ) La combinazione di scenari non virtuali con elementi di realtà virtuale Una modellazione dettagliata dagli alti costi Utilizzo di tecniche sofisticato per l'animazione realistica dei personaggi virtuali.

7 Piramide di Paura (1985)

8 The Abyss (1989)

9 Jurassic Park (1993)

10 Toy Story (1995)

11

12

13 A Bug's Life (1998)

14

15 Harry Potter e la Pietra Filosofale (2001)

16 Monster & Co. (2001)

17 Final Fantasy: The Spirit Within (2001)

18

19 Il Signore degli anelli ( )

20 L'era Glaciale 2 (2005)

21

22 Grafica Industriale Già negli anni '60 si sviluppano i primi strumenti per l'elaborazione grafica industriale ( industria meccanica e militare ) Nei primi anni 80' nasce autocad e diventa il più utilizzato strumento per la grafica industriale Il mondo dell'industria è attraversato completamente dalla rivoluzione grafica; si cominciano a progettare applicativi specifici per la progettazione in tutti gli ambiti Alla semplice progettazione si affianca il supporto per il design La grafica industriale raggiunge il suo apice con gli strumenti di rendering di supporto agli studi architettonici Verso la fine degli anni '90 la grafica industriale si fonde con la grafica cinematografica e nascono strumenti moderni e complessi come 3D Studio

23

24

25

26

27

28

29

30 3D Studio

31

32 Blender

33 La seconda Rivoluzione Grafica (1/2) Gli anni 80 e 90 aprono lo scenario per la diffusione della grafica in tempo Reale e delle Architetture per la Grafica dedicate 1981 Prima Scheda Grafica a colori 1995 Microsoft rilascia la prima versione di DirectX 1985 Nasce ATI 1999 Nvidia lancia la GeForce 256, prima scheda della Serie GeForce, con la quale Nvidia diviene leader mondiale di schede grafiche 1985 L'Amiga entra nel mercato 1985 Nes ( Nintendo ) 1986 Sega Master System 1991 Sega Mega Drive 1992 Silicon Graphics sviluppa OpenGL 1993 Viene Fondata Nvidia 1995 Nascono le prime schede grafiche tridimensionali: Matrox, Creative, S3, ATI 1995 Nasce PlayStation Sony 2000 ATI lancia le prime schede del gruppo Radeon Radeon 2001 PlayStation Xbox 2002/2004 DirectX 9 (9a,9b,9c) 2007 Gli ultimi grandi arrivi: PS3, WII, Xbox 360 DirectX 10 e OpenGL 3.0

34 Doom (1993) (Pc Game)

35 Tomb Raider (1996) (Pc /Ps)

36 Quake II (1997) (Pc)

37 Final Fantasy VII (1997) (Pc/Ps)

38 Final Fantasy IX (2000) (Play Station)

39 Nox (2000) (Pc Game)

40

41 Final Fantasy X (2001) (PS2)

42

43 Warcraft III(2002) (Pc Game)

44

45 World Of Warcraft (2004) (Pc Game)

46

47 Kingdom Hearts 2 (2006) (PS2)

48

49 Spellforce 2 (2006) (PC game)

50

51

52 Simulazione Scientifica Utilizza molte delle metodologie viste per la grafica in tempo reale dei videogiochi Massima specializzazione: ogni ambito scientifico detiene i propri metodi e modelli In alcuni ambiti scientifici si fa uso del volume rendering, metodologia grafica tipicamente molto complessa e poco adatta per fare grafica, tranne che in alcuni contesti estremamente specifici, come quello medico.

53

54

55

56

57 Argomenti del Corso Schema observer,schema MVC Primitive di modellazione e Pipeline di Rendering Trasformazione di Coordinate Modellazione di Curve e Superfici Gestione degli scenari 3D Texturing Animazione Illuminazione Hardware grafico(cenni) OpenGL Blender GLSL

58 Struttura del Corso Aspetti teorici della Grafica 3D: 20 ore circa (2 ore alla settimana per 11 settimane) Esercitazioni di Grafica 3D: 32 ore (4 ore la settimana dalla quarta settimana) Progetto finale (Tempo restante)

59 Riferimenti Sito del corso robot.unipv.it/g3d Real-Time Rendering second Edition, T. Akenine-M oller e E. Haines, AK Peters OpenGL SuperBible, R. Wright & B. Lipchak, Sams I Altri testi specifici verranno comunicati lezione per lezione Per qualsiasi dubbio : alessandro.martinelli@unipv.it Ricevimento: Martedì dalle 11:00 alle 13:00 ( lab. robotica ) Durante le ore di laboratorio ( In aula C1 ) Su appuntamento