Advanced Computer Graphics with C# and.NET Course

Les 1 • De ontwikkelomgeving instellen

Installeer Visual Studio, .NET SDK en de grafische bibliotheken die nodig zijn voor de cursus. Een juiste installatie voorkomt toolchain-fouten in alle volgende hoofdstukken.

Les 2 • Kleurmodellen en pixelmanipulatie

Leg RGB, ARGB, HSL en lineaire kleurruimten uit met C#-structs. Directe pixeltoegang via BitmapData bereidt studenten voor op hoofdstukken over beeldverwerking.

Les 3 • Primitieve vormen renderen

Teken lijnen, rechthoeken, ellipsen en veelhoeken met System.Drawing en SkiaSharp. Oefeningen versterken kennis van coördinatensystemen en basistekenobjecten.

Les 4 • C#-syntax-essentials voor grafische toepassingen

Behandel variabelen, control flow, klassen en generics zoals toegepast op grafische code. Deze constructies vormen de basis van elk weergave-algoritme in de cursus.

Les 1 • Affiene transformaties in C#

Pas System.Drawing.Drawing2D.Matrix en SkiaSharp SKMatrix toe op scène-objecten. Studenten manipuleren de grafische statusstack voor geneste transformaties.

Les 2 • Clippen, cullen en vuile regio's

Gebruik cliprechthoeken en regio-gebaseerde invalidatie om 2D-hertekeningen te optimaliseren. Deze technieken verminderen de CPU-belasting in complexe interactieve scènes.

Les 3 • Vectoren en coördinatensystemen

Definieer 2D-vectoren, dotproducten en loodrechten met C#-structs. Vectorrekening is de basis voor alle komende transformatie- en collisieberekeningen.

Les 4 • Matrixrekening voor 2D-transformaties

Introduceer 3x3 homogene matrices voor translatie, rotatie en schaling. Studenten stellen transformatieketens samen en begrijpen de volgorde van matrixvermenigvuldiging.

Les 1 • Morfologische bewerkingen

Voer erosie, dilatatie, opening en sluiting uit op binaire en grijswaardenafbeeldingen. Deze bewerkingen ondersteunen vormanalyse en ruisverwijderingstaken.

Les 2 • Bitmaptoegangspatronen en prestaties

Vergelijk GetPixel, LockBits en onveilige pointertoegang voor doorvoer. Het kiezen van het juiste toegangspatroon is cruciaal voordat een filter wordt geïmplementeerd.

Les 3 • Puntbewerkingen en kleuraanpassingen

Pas helderheid, contrast, gamma en kanaalmengingstransformaties pixel voor pixel toe. Opzoektabellen versnellen herhaalde puntbewerkingen aanzienlijk.

Les 4 • Frequentiedomeinverwerking

Pas de Fast Fourier Transform toe op afbeeldingen voor frequentiegebaseerde filtering. Studenten implementeren laagdoorlaat- en hoogdoorlaatfilters in het frequentiedomein.

Les 1 • 3D-vectoren en het kruisproduct

Definieer Vector3-bewerkingen, inclusief kruisproduct, normalisatie en projectie. Deze primitieven liggen ten grondslag aan belichtings-, fysica- en cameraberekeningen.

Les 2 • 4x4-matrices en 3D-transformaties

Construeer model-, weergave- en projectiematrices met homogene 4x4-rekening. Studenten begrijpen de MVP-pipeline die elke 3D-renderer gebruikt.

Les 3 • Scènegraafontwerp en -implementatie

Bouw een op knooppunten gebaseerde scènegraaf met overerving van ouder-kindtransformaties. De graafstructuur organiseert alle 3D-objecten in volgende hoofdstukken.

Les 4 • Quaternionen voor rotatie

Representeer 3D-rotaties met quaternionen om gimbal lock te voorkomen. Studenten implementeren SLERP-interpolatie voor vloeiende camera- en objectanimatie.

Les 1 • Textureren en samplerstatussen

Laad afbeeldingen in shaderresourceweergaven en configureer samplerfiltermodi. Een juiste textuurinstelling maakt realistisch oppervlaktedetail op 3D-meshes mogelijk.

Les 2 • DirectX 11-apparaat- en swapketeninstelling

Maak een D3D11-apparaat, apparaatcontext en swapketen die gericht is op een WinForms- of WPF-venster. Dit initialisatiepatroon wordt hergebruikt in elk DirectX-project.

Les 3 • Belichtingsmodellen in HLSL

Implementeer omgevings-, diffuse en spiegelende belichting met Phong- en Blinn-Phong-modellen. Studenten breiden de pixel-shader uit om meerdere lichtbronnen te ondersteunen.

Les 4 • HLSL-shaderprogrammering

Schrijf vertex- en pixel-shaders in HLSL, compileer ze tijdens runtime en bind constante buffers. Shaders bepalen elk visueel effect in de DirectX-pipeline.

Les 1 • Schaduwmappingtechnieken

Render een dieptekaart vanuit het perspectief van het licht en vergelijk dieptes in de pixel-shader. PCF- en PCSS-filtering verminderen aliasing op schaduwranden.

Les 2 • Schermruimte-nabewerkingseffecten

Pas SSAO, bloom, tonemapping en FXAA toe als full-screen quad-passes. Nabewerking transformeert ruwe renders in gepolijste, filmische beelden.

Les 3 • Deferred shading-pipeline

Sla geometrie-attributen op in een G-buffer en evalueer belichting in een schermruimte-pass. Deferred shading schaalt efficiënt met een groot aantal dynamische lichten.

Les 4 • Compute-shaders voor GPU-parallelisme

Verzend compute-shaders voor deeltjessimulatie, beeldverwerking en gegevensreductie. Compute-shaders ontgrendelen GPU-parallelisme buiten de rasterisatiepipeline.

Les 1 • Geheugen- en bandbreedteoptimalisatie

Comprimeer texturen, pak vertex-attributen in en beheer resource-heaps om bandbreedte te verminderen. Bandbreedtebeperkingen zijn de dominante bottleneck op moderne GPU's.

Les 2 • Occlusie- en frustum-culling

Elimineer onzichtbare geometrie vóór indiening met behulp van CPU- en GPU-culling-passes. Culling is de meest effectieve optimalisatie in dichte scènes.

Les 3 • Strategieën voor het verminderen van draw-aanroepen

Pas instancing, geometriebatching en indirect tekenen toe om de overhead van draw-aanroepen te verminderen. Minder draw-aanroepen verminderen direct de CPU-stuurprogramma-overhead per frame.

Les 4 • Niveau-van-detail-systemen

Schakel mesh- en shadercomplexiteit op basis van schermruimtegrootte of afstand. LOD-systemen behouden visuele kwaliteit terwijl de GPU-vertexbelasting wordt verminderd.

Les 1 • PBR-theorie en materiaalmodel

Leg de microfacettentheorie, energiebehoud en de Cook-Torrance-BRDF uit. Inzicht in de fysica zorgt voor correcte materiaalparameterkeuzes.

Les 2 • Oppervlaktelichten en lichtprobes

Benader rechthoekige en bolvormige oppervlaktelichten met behulp van LTC en lichtprobe-raster. Oppervlaktelichten voegen zachte, realistische verlichting toe aan binnenscènes.

Les 3 • PBR-shader-implementatie

Vertaal Cook-Torrance-vergelijkingen naar HLSL met metallic-, roughness- en AO-kaarten. De shader integreert met de deferred-pipeline die in Hoofdstuk 6 is gebouwd.

Les 4 • Tonemapping en kleurcorrectie

Converteer HDR lineaire lichtwaarden naar display-gerelateerde uitvoer met behulp van ACES- en Reinhard-operators. Kleurcorrectie-LUT's passen artistieke intentie toe na tonemapping.