Enkeltfag 5 ECTS

Fysisk baseret rendering og modellering af materialers udseende

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.

See course description in English

Læringsmål

  • 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.

Anbefalede forudsætninger

02562, eller et tilsvarende kursus (noget viden om varmestråling og Maxwells ligninger er en fordel)

Undervisningsform

Forelæsninger og databarøvelser.

Fakultet

Se kurset i kursusbasen

Tilmelding

Sprog
Varighed

3 uger

Institut

Compute

Sted

DTU Lyngby Campus

Kursus ID 02941
Kursustype Ph.d.
Semesterstart Uge 23
Semester slut Uge 26
Dage Man-fre 8:00-17:00
Pris

10.600,00 kr.

Tilmelding