At give deltagerne en indføring i de fysiske modeller som ligger til grund for skabelse af fotorealistiske billeder ud fra en digitalt modelleret scene. Udover teknikker til rendering af overflader dækker kurset teknikker til simulering af den lysspredning som findes under overfladen på de fleste materialer i den virkelige verden. Disse teknikker til volumenrendering muliggør rendering af deltagende medier såsom skyer, røg, ild og regnbuer. De muliggør også rendering af halvgennemsigtige materialer såsom hud, marmor og de fleste drikke- og fødevarer. Materialers udseende bestemmes af deres optiske egenskaber. Beregning af optiske egenskaber ud fra et materiales fysiske sammensætning introduceres også i kurset.
Inden for underholdningsbranchen anvendes fotorealistisk rendering til computerspil, animerede film og special effects i spillefilm. Desuden anvendes teknologien til visualisering inden for materialedesign og arkitektur. De nyeste teknikker kan forudsige resultatet af at tage et billede med et digitalt kamera og har derfor relevans inden for fødevarekontrol, spektroskopi og biomedicinsk optik.
I kurset betragtes hovedsagligt nøjagtige løsningsmetoder og kun i mindre grad hurtige realtidsløsninger. Grafikkort (GPU) og flerkerne processering (multi-core) udnyttes til at gøre beregningerne hurtigere.
Læringsmål:
En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:
Implementere path tracing og photon mapping til rendering af både overflader og volumener.
Benytte Monte Carlo integration i rendering.
Simulere forskellige typer lyskilder.
Benytte avancerede kamera- og øje-modeller.
Simulere eksempler på bølgelængde-afhængige fænomener som dispersion, interferens og diffraktion.
Simulere lysspredning under en overflade (subsurface scattering).
Kombinere shading- og tracing-teknikker med teori for lys-materiale interaktion.
Sammenligne realtids- og off-line rendering.
Beregne et materiales optiske egenskaber ud fra en fysisk beskrivelse af materialets sammensætning.
Analysere lys-materiale interaktion fra den virkelige verden og foreslå måder hvorpå det kan simuleres.
Kursusindhold:
Visuelle effekter: global belysning, Fresnel effekter (metallisk refleksion samt refleksion, brydning (refraktion) og dispersion i gennemsigtige materialer som vand og glas), absorption, halvgennemsigtighed (translucency), interferens, diffraktion, lysspredning i volumener. Metoder: path tracing, photon mapping, mikrofacet modellering (BRDF), subsurface scattering (BSSRDF), Lorenz-Mie teori. Kerneelementer: Monte Carlo integration, geometrisk optik, overførsel ved stråling (radiative transfer), lysspredning, elektromagnetisk stråling.
Litteratur:
Matt Pharr and Greg Humphreys. Physically Based Rendering: From Theory to Implementation, second edition, Morgan Kaufmann, 2010.
Mulighed for GRØN DYST deltagelse:
Kontakt underviseren for information om hvorvidt dette kursus giver den studerende mulighed for at lave eller forberede et projekt som kan deltage i DTUs studenterkonference om bæredygtighed, klimateknologi og miljø (GRØN DYST). Se mere på http://www.groendyst.dtu.dk/kursustilmelding.aspx
