Overordnede kursusmål
Kurset tager udgangspunkt i virkelige materialers udseende. Målet
er at komme så tæt som muligt på at kunne gengive virkelige
materialers udseende ved computergrafisk rendering baseret på
matematiske/fysiske modeller. Deltagerne får 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 gennemskinnelige 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 kvalitetskontrol, spektroskopi og
biomedicinsk optik.
I kurset betragtes hovedsagligt nøjagtige løsningsmetoder og kun i
mindre grad hurtige realtidsløsninger. Grafikkort (GPU) og
flerkerne processering (multi-core) kan udnyttes til at gøre
beregningerne hurtigere. Opnås tilstrækkelig hastighed kan
fotorealistisk rendering bruges til at generere data til
maskinlæring. Dette gør kursets indhold direkte anvendeligt i
forhold til skabelse af inverse metoder til billedanalyse og
computer vision baseret på dyb læring.
Læringsmål
En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:
- Implementere renderingsteknikker til global belysning (fx path
tracing eller 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.
- Skabe et værktøj til rendering af realistiske billeder
augmenteret med referencedata til maskinlæring.
- 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,
gennemskinnelighed (translucency), interferens, diffraktion,
lysspredning i volumener.
Metoder: path tracing, photon mapping, mikrofacet modellering
(BRDF/BTDF), subsurface scattering (BSSRDF), Lorenz-Mie teori.
Kerneelementer: Monte Carlo integration, geometrisk optik,
overførsel ved stråling (radiative transfer), lysspredning,
elektromagnetisk stråling.
Litteraturhenvisninger
Matt Pharr, Wenzel Jakob, Greg Humphreys. Physically Based
Rendering: From Theory to Implementation, third edition, Morgan
Kaufmann / Elsevier, 2017.
http://pbrt.org/
Online version:
http://www.pbr-book.org/Sidst opdateret
20. juni, 2019
