Computação Gráfica: mudanças entre as edições

Edição atual tal como às 05h36min de 4 de fevereiro de 2014

Esta é a pagina principal de um curso de computação gráfica ministrado em 2013/2 no IPRJ/UERJ, de utilidade geral para a formacao de programadores de nivel intermediario e avancado para desenvolvimento de software multimídia, videogames, interfaces gráficas, dentre outros.

Informacoes gerais

Instrutor: prof. Ricardo Fabbri, Ph.D.
Periodo: 2o. Semestre de 2013, voltado ao 10o. periodo de Engenharia da Computacao
Tercas 4pm-6:45pm e Quartas 11:30am-2:10pm, sala 211; Lab Inf 309 Tercas e 307 Quartas

Pre-requisitos

O aluno deverá saber conceitos básicos de programação e conseguir aprender linguagens rapidamente sob demanda durante o curso. Experiência prévia com programação orientada a objetos desejável, bem como conhecimento de álgebra linear. A linguagem padrao utilizada sera o Python, sendo C/C++, java e outros tambem utilizados eventualmente.

Tutorial de Python da Kitware e Google[1]
- Slides extremamente uteis para aprender python cientifico rapidamente
- Boa visao geral do Python cientifico, iPython, PyLab, NumPy, SciPy, Spyder
- Complementos ao final com processamento de imagens e processamento paralelo
- Baixe o arquivo tutorial_slides.pdf[2]

Conteudo aproximado

Modelagem e conceitos de computacao grafica no software Blender (tarefa 1)
Programacao em Python (incluindo OpenGL) usando a API do Blender (tarefa 2)
Game engines: projeto e uso
- Transformacoes geometricas, cameras
Cor, Luz, modelos de transporte de fotons, fotometria, percepcao
Renderizacao estilizada / non-photorealistic rendering - NPR
Renderizacao em paralelo com GPU, threads e distribuida (uso e ideias basicas)
Itens do livro do Van Dam de acordo com necessidade dos projetos

Recursos principais

Grupo de discussao: uerj.tk

Bibliografia

Biblia do Van Dam: "Computer Graphics: Principles and Practice", 3rd. edition, 2013.

Dupla de livros do Velho, Gomes, Souza e outros:
- "Computer Graphics: Theory and Practice"
- "Design and Implementation of 3D Graphics Systems"
- Ainda nao explorei muito esses livros, mas sao muito importantes

Aulas

Toda aula inicia com um video curto inspirador sobre CG

Intro & Historia da CG
- Video do sketchpad, blender demo run 2013, etc.
Transformacoes de objetos e sistemas de coordenadas (ate 2/Out/13)
- Matrizes de rotacao, coordenadas homogeneas e outras transformacoes
- Modelo geometrico de cameras como sequencia de transformacoes
- O material foi quase igual ao de Algebra Linear Numerica, porem voltado `a tarefa 1 e ao final das notas, em que os calculos e notacao tiveram que ser refeitos para se adequar a rotacoes em torno de eixos arbitrarios usando apenas matrizes.
Revisao de python
CG 2D e 3D com OpenGL - aula grande! (pdf | keynote)
Resumo de programacao blender com python e apresentacao de projetos (5/Nov/13)
Cores, Iluminacao, Percepcao (pdf | keynote) - mais de 100MB
- Visao geral dos conceitos de cor e como podem ser aplicados `a CG (6/Nov/13)
- Aprofundamento: colorimetria, fotometria, iluminacao avancada
- Calibracao de cores, white balance, filtros, codificacao de imagens 3D, highlights, fenomenos naturais de cor (27/Nov/13)
- Leitura - Sobre temperatura de luzes que nao emitem como corpo negro [3]
- Leitura interessante - a cor media das estrelas do universo [4]
Modelo de geracao de imagens RAW/JPEG em cameras reais para renderizacao realistica: Estudo de Zickler et. al. (10/Dez/13)
Medindo luz - fluxo de energia em renderizacao, radiancia, irradiancia, funcao plenoptica - Cap 26.7 do livro (11/Dez/13)
(em andamento)

Recursos adicionais

Curso do Van Dam na Brown: http://cs.brown.edu/courses/cs123/
Curso de Computacao Paralela do IPRJ: incluindo CUDA
Curso de Álgebra Linear Numérica do IPRJ: muitos conceitos úteis para computação gráfica
Curso de Visao Computacional do IPRJ: computacao grafica inversa, tecnologia do kinect, wii, PS3Eye, etc.
Curso de Teoria dos Padroes do IPRJ: aprendizagem de maquina, tecnicas estocasticas, vertente importante de Visao Computacional

Provas

P1: terca-feira 3/Dez/2013 (pdf)
Pf/Sub:

Tarefas

Tarefa 1: intro ao blender - modelagem simples de um mascote do IPRJ

Desenhar e modelar um mascote do IPRJ no blender usando apenas cubos e esferas simples
Data de entrega: 1/Out/2013

Tarefa 2: Girando Câmeras em Python

Objetivo: Simular uma camera girando em torno de um objeto, usando a API Python do Blender. A rotacao deve ser em torno de um eixo arbitrario. Sugiro os seguintes passos

Realizar a rotacao de um objeto simples (cubo) em torno da origem no plano x-y, tomando o eixo z como eixo de rotacao. Aprenda como rotacoes estao representadas no Blender.
Realizar a rotacao de um objeto simples em torno de um centro e eixo arbitrario.
Realizar agora a rotacao de uma camera em torno do eixo z no plano x-y em torno da origem. Aprenda como cameras sao representadas no Blender. Elas usam a regra da mao direita? E o eixo z aponta para a cena ou contra a cena (z negativo)?
Realizar a rotacao de uma camera em torno de um eixo arbitrario. O usuario devera especificar o passo de rotacao em graus e o numero de passos no programa python, de preferencia em uma janela. Voce pode animar a camera ou entao simplesmente gerar varias copias da camera inicial.
Renderize uma animacao com uma camera girando em torno de um objeto. Mostre a matriz de rotacao.
Renderize a mesma animacao, agora com a camera fixa e o objeto girando no sentido contrario. Mostre a matriz de rotacao.

Entrega do projeto:
- Programa com README explicando como foi feito e mostrando como ficou a geometria.
- Apresentacao: ha duas alternativas, apresentar em aula para todos, ou enviar um video para o professor gravando a tela do seu computador:
  - Apresentacao de 10min.
  - Se preferir, grave um video do programa funcionando em cada um dos passos acima. Utilize um programa para gravar a tela, no linux [5]. Dessa forma voce sera dispensado da apresentacao.
Data de entrega: 29/Outubro --> adiado 1 semana para 5/Novembro

Tarefa 3: Splines, Animacao, e Efeitos 3D

Enunciado
Data de entrega: terca-feira 26/Nov/2013 ate a meia-noite. Atrasos serao aceitos, porem somente com reducao na nota.
Uma versao mais elaborada deste trabalho pode ser entregue opcionalmente como projeto final. Porem o basico de todos os itens devera ser entregue na data pois valera como nota de tarefa tambem.

Instrucao para Submissao

Enviar um arquivo zipado com tudo (scripts, apresentacao, relatorio/readme, etc) por email, no formato:

<sobrenome>-<nome>-computacao-grafica-<ano>-tarefa<numero_tarefa>.zip

Regra para apresentacao ou screencast similarmente `a tarefa anterior
Relatorio em pdf: Alem do README, explique o conteudo (como funciona, processo de desenvolvimento, teoria de cada efeito) em um relatorio. Divida as tarefas entre seus colegas do grupo!
Grupos de no max. 3 pessoas.

Ideias de efeitos

Renderizacao de linhas e NPR (non-photorealistic rendering) com freestyle

https://www.google.com.br/search?q=freestyle+blender

Renderizacao Distribuida

No IPRJ temos um cluster disponivel aos alunos para renderizacao paralela em alta resolucao
- Disponivel aos alunos estao os seguintes recursos do cluster: 4 nós, cada um com dois processadores de 6 núcleos dual thread, dando 24 threads por nó - um total de 96 threads. Cada nó possui 16 GB de RAM e 4 placas de rede gigabit lan. Dois dos 4 nós possuem placa NVidia Tesla M2075 com 448 cores / 6GB RAM / 1 Tflops (precisão simples) ou 515 Gflops (precisão dupla), totalizando quase 1000 cuda cores com 12 GB RAM. A servidora de arquivos trabalha em redundância RAID 6 com 3 TBytes livres. Rodando no momento Opensuse 12.2.
Cada grupo de alunos elege um representante responsavel pela renderizacao, que seja usuario de Linux
Renderizacao distribuida bem-sucedida em full HD vai valer ate 1 ponto adicional na media do grupo

Projetos

Ideia default: Gerar uma animacao de alguns minutos com alta qualidade.
1. Interessante: explorar freestyle non-photorealistic rendering http://wiki.blender.org/index.php/Dev:Ref/Release_Notes/2.67/FreeStyle
Ideia: Propor um projeto de sua preferencia
Ideia: Melhorar algum projeto de iniciacao cientifica
Ideia: interatividade com superficies no Scilab, aplicado a processamento de dados de corrosao do prof. Ivan, de amplo interesse de entidades como a petrobras.

Criterio de Avaliacao

Trabalhos: 70% da media
Uma prova apenas
Sera dado maior peso aos trabalhos mais complexos
Bonus: top 2 projetos terao +3 pontos na media (caso atingirem um alto nivel)

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-Esta é a pagina principal de um curso de computação gráfica ministrado em 2013/2 no [http://pt.wikipedia.org/wiki/IPRJ IPRJ]/[http://pt.wikipedia.org/wiki/IPRJ UERJ], de utilidade geral para a formacao de programadores de nivel intermediario e avancado.
+Esta é a pagina principal de um curso de computação gráfica ministrado em 2013/2 no [http://pt.wikipedia.org/wiki/IPRJ IPRJ]/[http://pt.wikipedia.org/wiki/IPRJ UERJ], de utilidade geral para a formacao de programadores de nivel intermediario e avancado para desenvolvimento de software multimídia, videogames, interfaces gráficas, dentre outros.
+[[Imagem:FeedOldGames.png|right|550px]]
 == Informacoes gerais ==
 * Instrutor: prof. [http://www.lems.brown.edu/~rfabbri Ricardo Fabbri], Ph.D.
 * Periodo: 2o. Semestre de 2013, voltado ao 10o. periodo de Engenharia da Computacao
-* Tercas 4pm-6:45pm e Quartas Quartas 11:30am-2:10pm, sala xx e Lab Inf xx
+* Tercas 4pm-6:45pm e Quartas 11:30am-2:10pm, sala 211; Lab Inf 309 Tercas e 307 Quartas
 === Pre-requisitos ===
 O aluno deverá saber conceitos básicos de programação e conseguir aprender linguagens rapidamente sob demanda durante o curso.
-Experiência prévia com programação orientada a objetos desejável, bem como conhecimento de álgebra linear.
+Experiência prévia com programação orientada a objetos desejável, bem como conhecimento de álgebra linear. A linguagem padrao utilizada sera o Python,
+sendo C/C++, java e outros tambem utilizados eventualmente.
+* '''Tutorial de Python''' da Kitware e Google[http://midas3.kitware.com/midas/folder/5741]
+** Slides extremamente uteis para aprender python cientifico rapidamente
+** Boa visao geral do Python cientifico, iPython, PyLab, NumPy, SciPy, Spyder
+** Complementos ao final com processamento de imagens e processamento paralelo
+** Baixe o arquivo tutorial_slides.pdf[http://midas3.kitware.com/midas/folder/5741]
 == Conteudo aproximado ==
+* Modelagem e conceitos de computacao grafica no software [[Blender]] (tarefa 1)
+* Programacao em Python (incluindo OpenGL) usando a API do [[Blender]] (tarefa 2)
+* Game engines: projeto e uso
+** Transformacoes geometricas, cameras
+* Cor, Luz, modelos de transporte de fotons, fotometria, percepcao
+* Renderizacao estilizada / non-photorealistic rendering - NPR
+* Renderizacao em paralelo com GPU, threads e distribuida (uso e ideias basicas)
+* Itens do livro do Van Dam de acordo com necessidade dos projetos
 == Recursos principais ==
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 === Bibliografia ===
 * Biblia do Van Dam: "Computer Graphics: Principles and Practice", 3rd. edition, 2013.
+http://www-fp.pearsonhighered.com/assets/hip/images/bigcovers/0321399528.jpg
+* Dupla de livros do Velho, Gomes, Souza e outros:
+** [http://www.amazon.com/Design-Implementation-3D-Graphics-Systems/dp/1466571217/ref=pd_bxgy_b_img_y  "Computer Graphics: Theory and Practice"]
+** [http://www.amazon.com/gp/product/1568815808/ref=s9_simh_gw_p14_d0_i2?pf_rd_m=ATVPDKIKX0DER&pf_rd_s=center-2&pf_rd_r=1D4AXWG0RBPK2XMQQSYX&pf_rd_t=101&pf_rd_p=1630083502&pf_rd_i=507846 "Design and Implementation of 3D Graphics Systems"]
+** Ainda nao explorei muito esses livros, mas sao muito importantes
+http://ecx.images-amazon.com/images/I/51jtxqKEy7L._BO2,204,203,200_PIsitb-sticker-arrow-click,TopRight,35,-76_AA300_SH20_OU01_.jpg
+=== Aulas ===
+Toda aula inicia com um video curto inspirador sobre CG
+* Intro & Historia da CG
+** Video do sketchpad, blender demo run 2013, etc.
+* Transformacoes de objetos e sistemas de coordenadas (ate 2/Out/13)
+** Matrizes de rotacao, coordenadas homogeneas e outras transformacoes
+** Modelo geometrico de cameras como sequencia de transformacoes
+** O material foi quase igual ao de [[Algebra Linear Numerica]],  porem voltado `a tarefa 1 e ao final das [http://www.lems.brown.edu/~rfabbri/stuff/fabbri-coordinate_changes.pdf notas], em que os calculos e notacao tiveram que ser refeitos para se adequar a rotacoes em torno de eixos arbitrarios usando apenas matrizes.
+* [http://wiki.nosdigitais.teia.org.br/Computa%C3%A7%C3%A3o_Gr%C3%A1fica#Pre-requisitos Revisao de python]
+* CG 2D e 3D com OpenGL - aula grande! ([http://www.lems.brown.edu/~rfabbri/stuff/graphics-course/aula-cg.pdf pdf] | [http://www.lems.brown.edu/~rfabbri/stuff/graphics-course/aula-cg.key keynote])
+* Resumo de programacao blender com python e apresentacao de projetos (5/Nov/13)
+* Cores, Iluminacao, Percepcao ([http://www.lems.brown.edu/~rfabbri/stuff/graphics-course/aula-percepcao-cor.pdf pdf] | [http://www.lems.brown.edu/~rfabbri/stuff/graphics-course/aula-percepcao-keynote.zip keynote]) - mais de 100MB
+** Visao geral dos conceitos de cor e como podem ser aplicados `a CG (6/Nov/13)
+** Aprofundamento: colorimetria, fotometria, iluminacao avancada
+** Calibracao de cores, white balance, filtros, codificacao de imagens 3D, highlights, fenomenos naturais de cor (27/Nov/13)
+** Leitura - Sobre temperatura de luzes que nao emitem como corpo negro [http://lowel.com/edu/color_temperature_and_rendering_demystified.html]
+** Leitura interessante - a cor media das estrelas do universo [http://www.pha.jhu.edu/~kgb/cosspec/]
+* Modelo de geracao de imagens RAW/JPEG em cameras reais para renderizacao realistica: [http://vision.middlebury.edu/color/ Estudo de Zickler et. al.] (10/Dez/13)
+* Medindo luz - fluxo de energia em renderizacao, radiancia, irradiancia, funcao plenoptica - Cap 26.7 do livro (11/Dez/13)
+* '''(em andamento)'''
 == Recursos adicionais ==
-* Material online do curso do Van Dam na Brown: http://cs.brown.edu/courses/cs123/
+* Curso do Van Dam na Brown: http://cs.brown.edu/courses/cs123/
-* [[Material online do Curso de computacao paralela do IPRJ|PP]]
+* [[PP|Curso de Computacao Paralela do]] [http://pt.wikipedia.org/wiki/IPRJ IPRJ]: incluindo CUDA
+* [[ALN|Curso de Álgebra Linear Numérica do]] [http://pt.wikipedia.org/wiki/IPRJ IPRJ]: muitos conceitos úteis para computação gráfica
+* [[VC|Curso de Visao Computacional do]] [http://pt.wikipedia.org/wiki/IPRJ IPRJ]: computacao grafica inversa, tecnologia do kinect, wii, [[PS3Eye]], etc.
+* [[PT|Curso de Teoria dos Padroes do]] [http://pt.wikipedia.org/wiki/IPRJ IPRJ]: aprendizagem de maquina, tecnicas estocasticas, vertente importante de Visao Computacional
 === Provas ===
+* P1: terca-feira 3/Dez/2013 [http://wiki.nosdigitais.teia.org.br/images/c/c2/Prova-cg-2013.pdf (pdf)]
+* Pf/Sub:
 == Tarefas ==
-=== Tarefa 1: intro a blender - modelagem simples de um mascote do IPRJ ===
+=== Tarefa 1: intro ao blender - modelagem simples de um mascote do IPRJ ===
 * Desenhar e modelar um mascote do IPRJ no blender usando apenas cubos e esferas simples
 * Data de entrega: 1/Out/2013
+=== Tarefa 2: Girando Câmeras em Python ===
+Objetivo: Simular uma camera girando em torno de um objeto, usando a API Python do Blender.
+A rotacao deve ser em torno de um eixo arbitrario. Sugiro os seguintes passos
+# Realizar a rotacao de um objeto simples (cubo) em torno da origem no plano x-y, tomando o eixo z como eixo de rotacao. Aprenda como rotacoes estao representadas no Blender.
+# Realizar a rotacao de um objeto simples em torno de um centro e eixo arbitrario.
+# Realizar agora a rotacao de uma camera em torno do eixo z no plano x-y em torno da origem. Aprenda como cameras sao representadas no Blender. Elas usam a regra da mao direita? E o eixo z aponta para a cena ou contra a cena (z negativo)?
+# Realizar a rotacao de uma camera em torno de um eixo arbitrario. O usuario devera especificar o passo de rotacao em graus e o numero de passos no programa python, de preferencia em uma janela. Voce pode animar a camera ou entao simplesmente gerar varias copias da camera inicial.
+# Renderize uma animacao com uma camera girando em torno de um objeto. Mostre a matriz de rotacao.
+# Renderize a mesma animacao, agora com a camera fixa e o objeto girando no sentido contrario. Mostre a matriz de rotacao.
+* Entrega do projeto:
+** Programa com README explicando como foi feito e mostrando como ficou a geometria.
+** Apresentacao: ha duas alternativas, apresentar em aula para todos, ou enviar um video para o professor gravando a tela do seu computador:
+*** Apresentacao de 10min.
+*** Se preferir, grave um video do programa funcionando em cada um dos passos acima. Utilize um programa para gravar a tela, no linux [http://wiki.nosdigitais.teia.org.br/Screencast#Currently_Best_Screencasting_Workflow_from_LabMacambiras.sf.net]. Dessa forma voce sera dispensado da apresentacao.
+* Data de entrega: 29/Outubro '''--> adiado 1 semana para 5/Novembro'''
+=== Tarefa 3: Splines, Animacao, e Efeitos 3D ===
+* [https://github.com/rfabbri/fabbri-graphics-course/blob/master/lab2/lab2-computer_graphics-fabbri-2013.pdf?raw=true Enunciado]
+* ''Data de entrega:'' terca-feira 26/Nov/2013 ate a meia-noite. Atrasos serao aceitos, porem somente com reducao na nota.
+* Uma versao mais elaborada deste trabalho pode ser entregue opcionalmente como projeto final. Porem o basico de todos os itens devera ser entregue na data pois valera como nota de tarefa tambem.
+==== Instrucao para Submissao ====
+* Enviar um arquivo zipado com tudo (scripts, apresentacao, relatorio/readme, etc) por email, no formato:
+ <sobrenome>-<nome>-computacao-grafica-<ano>-tarefa<numero_tarefa>.zip
+* Regra para apresentacao ou screencast similarmente `a tarefa anterior
+* ''Relatorio em pdf'': Alem do README, explique o conteudo (como funciona, processo de desenvolvimento, teoria de cada efeito) em um relatorio. ''Divida as tarefas entre seus colegas do grupo!''
+* Grupos de no max. 3 pessoas.
+==== Ideias de efeitos ====
+Renderizacao de linhas e NPR (non-photorealistic rendering) com [http://wiki.blender.org/index.php/Doc:2.6/Manual/Render/Freestyle freestyle]
+* https://www.google.com.br/search?q=freestyle+blender
+http://wiki.blender.org/uploads/thumb/6/6d/Manual-2.6-Render-Freestyle-Demo-Line_Demo.png/600px-Manual-2.6-Render-Freestyle-Demo-Line_Demo.png
+==== Renderizacao Distribuida ====
+* No IPRJ temos um cluster disponivel aos alunos para renderizacao paralela em alta resolucao
+** Disponivel aos alunos estao os seguintes recursos do cluster: 4 nós, cada um com dois processadores de 6 núcleos dual thread, dando 24 threads por nó - um total de 96 threads. Cada nó possui 16 GB de RAM e 4 placas de rede gigabit lan. Dois dos 4 nós possuem '''placa NVidia Tesla M2075''' com 448 cores / 6GB RAM / 1 Tflops (precisão simples) ou 515 Gflops (precisão dupla), totalizando quase 1000 cuda cores com 12 GB RAM. A servidora de arquivos trabalha em redundância RAID 6 com 3 TBytes livres. Rodando no momento Opensuse 12.2.
+* Cada grupo de alunos elege um representante responsavel pela renderizacao, que seja usuario de Linux
+* Renderizacao distribuida bem-sucedida em full HD vai valer ate '''1 ponto adicional na media''' do grupo
 === Projetos ===
+# Ideia '''default''': Gerar uma animacao de alguns minutos com alta qualidade.
+## Interessante: explorar freestyle non-photorealistic rendering http://wiki.blender.org/index.php/Dev:Ref/Release_Notes/2.67/FreeStyle
+# Ideia: Propor um projeto de sua preferencia
+# Ideia: Melhorar algum projeto de iniciacao cientifica
+# Ideia: interatividade com superficies no Scilab, aplicado a processamento de dados de corrosao do prof. Ivan, de amplo interesse de entidades como a petrobras.
 == Criterio de Avaliacao ==
-(under construction)
 * Trabalhos: 70% da media
+* Uma prova apenas
+* Sera dado maior peso aos trabalhos mais complexos
+* '''Bonus:''' top 2 projetos terao +3 pontos na media (caso atingirem um alto nivel)
 [[Category:IPRJ]] [[Category:Lab Macambira]]