Corso Avanzato di Computer Graphics con C# e .NET

Lezione 1 • Configurazione dell'ambiente di sviluppo

Si installano Visual Studio, .NET SDK e le librerie grafiche necessarie per il corso. Una configurazione corretta previene errori nella toolchain in tutti i capitoli successivi.

Lezione 2 • Modelli di colore e manipolazione dei pixel

Si illustrano gli spazi colore RGB, ARGB, HSL e lineari con strutture C#. L'accesso diretto ai pixel tramite BitmapData prepara gli studenti ai capitoli sull'elaborazione delle immagini.

Lezione 3 • Rendering di forme primitive

Si disegnano linee, rettangoli, ellissi e poligoni utilizzando System.Drawing e SkiaSharp. Gli esercizi consolidano i sistemi di coordinate e gli oggetti paint di base.

Lezione 4 • Elementi essenziali della sintassi C# per la grafica

Si trattano variabili, flusso di controllo, classi e generici applicati al codice grafico. Questi costrutti sono alla base di ogni algoritmo di rendering del corso.

Lezione 1 • Trasformazioni affini in C#

Si applicano System.Drawing.Drawing2D.Matrix e SkiaSharp SKMatrix agli oggetti della scena. Gli studenti manipolano lo stack di stato grafico per trasformazioni annidate.

Lezione 2 • Clipping, culling e dirty region

Si utilizzano rettangoli di clipping e invalidazione basata su regioni per ottimizzare i ridisegni 2D. Queste tecniche riducono il carico della CPU in scene interattive complesse.

Lezione 3 • Vettori e sistemi di coordinate

Si definiscono vettori 2D, prodotti scalari e perpendicolari con struct C#. La matematica vettoriale è la base per tutti i calcoli di trasformazione e collisione successivi.

Lezione 4 • Matematica delle matrici per trasformazioni 2D

Si introducono le matrici omogenee 3x3 per traslazione, rotazione e scala. Gli studenti compongono catene di trasformazione e comprendono l'ordine di moltiplicazione delle matrici.

Lezione 1 • Operazioni morfologiche

Si eseguono erosione, dilatazione, apertura e chiusura su immagini binarie e in scala di grigi. Queste operazioni supportano compiti di analisi della forma e rimozione del rumore.

Lezione 2 • Schemi di accesso alle bitmap e prestazioni

Si confrontano GetPixel, LockBits e l'accesso unsafe tramite puntatori in termini di throughput. La scelta dello schema di accesso corretto è critica prima di implementare qualsiasi filtro.

Lezione 3 • Operazioni puntuali e regolazioni del colore

Si applicano trasformazioni di luminosità, contrasto, gamma e miscelazione dei canali pixel per pixel. Le lookup table accelerano significativamente le operazioni puntuali ripetute.

Lezione 4 • Elaborazione nel dominio della frequenza

Si applica la Trasformata Veloce di Fourier alle immagini per il filtraggio basato sulla frequenza. Gli studenti implementano filtri passa-basso e passa-alto nel dominio della frequenza.

Lezione 1 • Vettori 3D e prodotto vettoriale

Si definiscono le operazioni su Vector3, inclusi prodotto vettoriale, normalizzazione e proiezione. Queste primitive sono alla base dei calcoli di illuminazione, fisica e telecamera.

Lezione 2 • Matrici 4x4 e trasformazioni 3D

Si costruiscono le matrici di modello, vista e proiezione utilizzando la matematica omogenea 4x4. Gli studenti comprendono la pipeline MVP utilizzata da ogni renderer 3D.

Lezione 3 • Progettazione e implementazione del grafo di scena

Si costruisce un grafo di scena basato su nodi con ereditarietà delle trasformazioni genitore-figlio. La struttura del grafo organizza tutti gli oggetti 3D nei capitoli successivi.

Lezione 4 • Quaternioni per la rotazione

Si rappresentano le rotazioni 3D con i quaternioni per evitare il gimbal lock. Gli studenti implementano l'interpolazione SLERP per un'animazione fluida di telecamere e oggetti.

Lezione 1 • Texturing e stati del campionatore

Si caricano immagini nelle viste delle risorse shader e si configurano le modalità di filtraggio del campionatore. Una corretta configurazione delle texture consente dettagli superficiali realistici sulle mesh 3D.

Lezione 2 • Configurazione del dispositivo DirectX 11 e della catena di scambio

Si creano un dispositivo D3D11, un contesto di dispositivo e una catena di scambio destinati a una finestra WinForms o WPF. Questo schema di inizializzazione viene riutilizzato in ogni progetto DirectX.

Lezione 3 • Modelli di illuminazione in HLSL

Si implementano illuminazione ambiente, diffusa e speculare utilizzando i modelli di Phong e Blinn-Phong. Gli studenti estendono il pixel shader per supportare sorgenti luminose multiple.

Lezione 4 • Programmazione di shader HLSL

Si scrivono vertex e pixel shader in HLSL, si compilano a runtime e si associano i buffer costanti. Gli shader controllano ogni effetto visivo nella pipeline DirectX.

Lezione 1 • Tecniche di shadow mapping

Si esegue il rendering di una mappa di profondità dalla prospettiva della luce e si confrontano le profondità nel pixel shader. I filtri PCF e PCSS riducono l'aliasing sui bordi delle ombre.

Lezione 2 • Effetti di post-elaborazione in spazio schermo

Si applicano SSAO, bloom, tone mapping e FXAA come pass su un quad a schermo intero. La post-elaborazione trasforma i render grezzi in immagini curate e cinematografiche.

Lezione 3 • Pipeline di deferred shading

Si memorizzano gli attributi geometrici in un G-buffer e si valuta l'illuminazione in un pass in spazio schermo. Il deferred shading scala efficientemente con un gran numero di luci dinamiche.

Lezione 4 • Compute shader per il parallelismo GPU

Si lanciano compute shader per la simulazione di particelle, l'elaborazione di immagini e la riduzione dei dati. I compute shader sbloccano il parallelismo della GPU oltre la pipeline di rasterizzazione.

Lezione 1 • Ottimizzazione della memoria e della larghezza di banda

Si comprimono le texture, si impacchettano gli attributi dei vertici e si gestiscono gli heap di risorse per ridurre la larghezza di banda. I limiti di banda sono il collo di bottiglia dominante sulle GPU moderne.

Lezione 2 • Occlusion e frustum culling

Si elimina la geometria invisibile prima dell'invio utilizzando pass di culling su CPU e GPU. Il culling è l'ottimizzazione a più alto impatto nelle scene dense.

Lezione 3 • Strategie di riduzione delle chiamate di disegno

Si applicano istanziazione, batching geometrico e disegno indiretto per ridurre l'overhead delle chiamate di disegno. Meno chiamate di disegno riducono direttamente l'overhead del driver della CPU per fotogramma.

Lezione 4 • Sistemi di livello di dettaglio

Si cambia la complessità della mesh e dello shader in base alla dimensione in spazio schermo o alla distanza. I sistemi LOD mantengono la qualità visiva riducendo il carico di vertici della GPU.

Lezione 1 • Teoria PBR e modello di materiale

Si spiegano la teoria dei microfacets, la conservazione dell'energia e la BRDF di Cook-Torrance. Comprendere la fisica garantisce scelte corrette dei parametri del materiale.

Lezione 2 • Luci d'area e light probe

Si approssimano luci d'area rettangolari e sferiche utilizzando LTC e griglie di light probe. Le luci d'area aggiungono un'illuminazione morbida e realistica alle scene interne.

Lezione 3 • Implementazione dello shader PBR

Si traducono le equazioni di Cook-Torrance in HLSL con mappe metallic, roughness e AO. Lo shader si integra con la pipeline differita costruita nel Capitolo 6.

Lezione 4 • Tone mapping e color grading

Si convertono i valori di luce lineare HDR in output riferito al display utilizzando gli operatori ACES e Reinhard. Le LUT di color grading applicano l'intento artistico dopo il tone mapping.