Guía docente de Realismo e Iluminación Global (M52/56/2/10)

1. Introducción: Computación visual, informática gráfica y síntesis realista. Aplicaciones. Radiancia y su propagación. Rasterización versus ray-tracing.
2. Métodos de elementos finitos.
3. Métodos basados en ray-tracing y métodos de Monte-Carlo.
4. Implementación de algoritmos de Monte-Carlo.
5. Sistemas software modernos para rendering.

English:

1. Introduction. Visual computing, computer graphics and realistic image synthesis. Applications. Radiance and radiance propagation. Rasterization versus Ray-tracing.
2. Finite element methods.
3. Ray-tracing based methods and Monte-Carlo methods.
4. Monte-Carlo algorithms implementation.
5. Rendering software systems.

Se requiere que los alumnos tengan conocimientos de programación en Javascript y conocimientos básicos de la API OpenGL

El alumno sabrá/comprenderá:

• Las aplicaciones actuales de la síntesis de imágenes en la industria, la ingeniería, y los sectores de ocio y entretenimiento.
• Las dificultades del diseño de software eficiente para síntesis de imágenes realistas y visualización científica.
• La literatura científica existente, especializada en el campo de la síntesis de imágenes y la terminología usada en dicha literatura.
• Los principios matemáticos, la eficiencia computacional y las limitaciones de los distintos tipos de algoritmos propuestos en la literatura que solucionen las dificultades descritas en el punto anterior.
• Las fortalezas y debilidades de los algoritmos propuestos en la literatura.

El alumno será capaz de:

• Analizar y diseñar sistemas software de síntesis de imágenes.
• Implementar o extender sistemas software de síntesis de imágenes.
• Conocer las principales características del software comercial o libre existente para síntesis de imágenes realistas.
• Evaluar o usar los aspectos relacionados con síntesis de imágenes realistas del software para síntesis de imágenes existente en la actualidad.

Tema 1.

• Módulo 1a. Introducción: La Computación Visual. Informática Gráfica. Aplicaciones. Síntesis de imágenes realistas. Visión general del curso. Bibliografía.
• Módulo 1b. Radiancia y su propagación: Radiancia. Detección de radiancia y formación de imágenes. Reflexión de radiancia. Dispersión en medios participativos.
• Módulo 1c. Visualización por rasterización: Visualización: rasterización versus ray-tracing. El cauce gráfico en rasterización. Modelo de Iluminación Local para rasterización.

Tema 2.

• Módulo 2. Métodos de elementos finitos: Introducción. Radiosidad. Otros métodos de elementos finitos avanzados.

Tema 3.

• Módulo 3a. Ray-tracing simple: Introducción. Modelo de iluminación local sencillo. Esquema del algoritmo. Ejemplos
• Módulo 3b. Métodos de Monte-Carlo. Path-Tracing: Introducción. Método de Monte-Carlo básico. Irradiance caching.
• Módulo 3c. Métodos de Monte-Carlo. Fotosimulación y medios participativos: Métodos de fotosimulación. El método de Photon-mapping. Dispersión en medios no opacos.

Tema 4.

• Módulo 4. Implementación de Algoritmos: Introducción. Indexación espacial de puntos. Árboles k-d. Indexación espacial de objetos 3D. Integración numérica por métodos MC y QMC.

Tema 5.

• Módulo 5. Software de síntesis realista: Introducción. Sistemas software actuales. Instalación. Formato de escenas y parámetros de síntesis. Escenas de ejemplo.

English

Chapter 1.

• Section 1a. Introduction: Visual computing. Computer graphics. Aplications. Realistic image synthesis. Overall course view. Bibliography.
• Section 1b. Radiance and radiance propagation: Radiance. Radiance sensors and image formation. Radiance reflection. Scatering in participating media.
• Section 1c. Visualization based on rasterization: Visualization by rasterization versus visualization by ray-tracing. The graphics pipeline in rasterization. A rasterization-oriented simple local illumination method.

Chapter 2.

• Section 2. Finite element methods: Introduction. Radiosity. Other advanced finite element methods.

Chapter 3.

• Section 3a. Simple ray-tracing: Introduction. A simple local illumination model for ray-tracing. Algorithm scheme. Example images.
• Section 3b. Monte-Carlo methods. Path-tracing: Introduction. Basic Monte-Carlo method. Irradiance caching.
• Section 3c. Monte-Carlo methods: Photosimulation and participating media: Photosimulation method. Photon-mapping method. Scatering in non-opaque media.

Chapter 4.

• Section 4. Algorithms implementation: Introduction. Points sets spatial indexing. K-d trees. 3D objects spatial indexing. Numerical integration by using MC and QMC methods.

Chapter 5.

• Section 5. Realistic rendering software: Introduction. Modern software system. Instalation. Scene format and synthesis parameters. Sample scenes.

Seminarios de prácticas:

Seminario de rasterización

• Etapas del cauce gráfico en rasterización.
• Envío de tablas de vértices y atributos a la GPU en modo inmediato y diferido
• Programación de shaders

Seminario de visualización avanzada con Iluminación Global

• Especificación de escenas 3D con orientación al realismo visual
• Parámetros de materiales, texturas, y luminarias.
• Rendering de escenas con software privativo o de fuentes abiertas.

Prácticas de Laboratorio:

Desarrollo de casos prácticos de desarrollo de software, relacionados con la visualización por rasterización (tema 1).

• Visualización de mallas en modo inmediato o diferido
• Diseño de shaders.

Realización de casos prácticos sencillos de uso de software de rendering (tema 5)

• Creación de archivos de escena.
• Síntesis de imágenes de escenas con diferentes tipos de materiales. Parámetros de configuración.

• Pharr, Jakob, Humphreys. Physically Based Rendering. (3rd. Ed). Morgan Kauffman, 2016. (accesible sin coste). Web: http://www.pbrt.org/
• Shirley. Morley. Realisitic Ray-Tracing. (2nd. Ed). Ed. A.K. Peters, 2005. Web:  http://www.cs.utah.edu/~shirley/books/
• Rost, Licea-Kane, Ginsburg, Kessenich, Lichtenbelt, Malan, and Weiblen. 2009. OpenGL Shading Language (3rd. ed)., cubre OpenGL 3.1 - GLSL 1.4). Addison-Wesley Professional. ISBN-13: 978-0321637635. Web: https://www.oreilly.com/library/view/opengl-shading-language/9780321669247/

• Jensen. Realistic Image Synthesis using Photon Mapping. Ed. A.K.Peters, 2001. Web: http://graphics.ucsd.edu/~henrik/papers/book/
• Dutré, Bekaert, Bala. Advanced Global Illumination.  Ed. A.K. Peters, 2003.  Web: http://www.advancedglobalillumination.com/
• Glassner. Principles of Digital Image Synthesis. Ed. Morgan Kaufmann Publisher, 1995. Web: http://www.glassner.com/portfolio/principles-of-digital-image-synthesis/
• Cohen, Wallace. Radiosity and Realistic Image Synthesis. Ed. Academic Press, 1993. Web: http://www.amazon.com/Radiosity-Realistic-Synthesis-Kaufmann-Computer/dp/0121782700

• Como apoyo a la docencia se usará la Plataforma de Recursos de Apoyo a la Docencia PRADO de la Universidad de Granada: https://pradoposgrado.ugr.es/moodle/
• Web con recursos, imágenes, código fuente relacionado con el libro Physically Based Rendering: http://www.pbrt.org/
• Web sistema software de rendering Mitsuba: https://www.mitsuba-renderer.org/

• MD01 Lección magistral/expositiva 
• MD03 Resolución de problemas y estudio de casos prácticos 
• MD04 Prácticas de laboratorio o clínicas 
• MD07 Análisis de fuentes y documentos 
• MD09 Realización de trabajos individuales 
• MD11 Desarrollo de foros on-line de debate, de trabajo, de información, de consultas. 
• MD12 Material audiovisual editado por el profesor (Presentaciones con audio, capturas de pantalla con video, grabación de clases, páginas web) 
• MD14 Cuestionarios de autoevaluación on-line 

El artículo 18 de la Normativa de Evaluación y Calificación de los Estudiantes de la Universidad de Granada establece que la convocatoria ordinaria estará basada preferentemente en la evaluación continua del estudiante, excepto para quienes se les haya reconocido el derecho a la evaluación única final.

Se realizará una evaluación continua del trabajo del estudiante, valorando tanto los conocimientos adquiridos como las competencias alcanzadas.

Modalidad semipresencial:

Para la evaluación en modalidad semipresencial se tendrá en cuenta:

• Asistencia a clases y talleres
• Participación en clase
• Realización de cuestionarios de forma presencial u on-line
• Entregables asociados a las tareas evaluables

Modalidad virtual:

Para la evaluación en modalidad virtual se tendrá en cuenta:

• Asistencia a clases y talleres on-line
• Participación en clases on-lines
• Realización de cuestionarios on-line
• Entregables asociados a las tareas evaluables

A continuación se especifican las actividades formativas previstas así como su temporalización dependiendo de la modalidad de estudio.

Se llevarán a cabo sesiones orales para el control, evaluación y seguimiento de todos los alumnos. Durante las clases presenciales u on-line, se plantearán cuestiones al alumnado, relativas al temario de la asignatura.

Se realizará el seguimiento de las incidencias y dificultades que tengan los estudiantes en la modalidad presencial y virtual a través de la herramienta PRADO.

El artículo 19 de la Normativa de Evaluación y Calificación de los Estudiantes de la Universidad de Granada establece que los estudiantes que no hayan superado la asignatura en la convocatoria ordinaria dispondrán de una convocatoria extraordinaria. A ella podrán concurrir todos los estudiantes, con independencia de haber seguido o no un proceso de evaluación continua. De esta forma, el estudiante que no haya realizado la evaluación continua tendrá la posibilidad de obtener el 100% de la calificación mediante la realización de una prueba y/o trabajo.

La evaluación en la convocatoria extraordinaria estará basada en los mismos entregables, pruebas y criterios indicados para la evaluación en convocatoria ordinaria, a excepción de las fechas o plazos, que se adaptarán a esta convocatoria.

El artículo 8 de la Normativa de Evaluación y Calificación de los Estudiantes de la Universidad de Granada establece que podrán acogerse a la evaluación única final, el estudiante que no pueda cumplir con el método de evaluación continua por causas justificadas.

Para acogerse a la evaluación única final, el estudiante, en las dos primeras semanas de impartición de la asignatura o en las dos semanas siguientes a su matriculación si ésta se ha producido con posterioridad al inicio de las clases o por causa sobrevenidas. Lo solicitará, a través del procedimiento electrónico, a la Coordinación del Máster, quien dará traslado al profesorado correspondiente, alegando y acreditando las razones que le asisten para no poder seguir el sistema de evaluación continua.

La evaluación en la modalidad de evaluación única final estará basada en los mismos entregables, pruebas y criterios indicados para la evaluación en convocatoria ordinaria, a excepción de las fechas y plazos, que se adaptarán a esta modalidad.