Datorgrafik-kurs

Lektion 1 • Färgmodeller och färgrymder

Introducerar RGB-, HSV- och perceptuella färgmodeller som används i grafikpipelines. Studenterna tillämpar konverteringar av färgrymder som är relevanta för display- och renderingsarbetsflöden.

Lektion 2 • Koordinatsystem och transformationer

Definierar 2D- och 3D-kartesiska rum, homogena koordinater och grundläggande transformer. Bygger det matematiska ordförråd som används genom alla efterföljande kapitel.

Lektion 3 • Historik och omfattning för datorgrafik

Följer utvecklingen från tidiga rasterdisplayer till modern GPU-driven rendering. Kontextualiserar fältets bredd inom spel, film, simulering och visualisering.

Lektion 4 • Översikt över grafikpipelinen

Kartlägger stegen från geometriindata till slutlig pixelutdata i en standardpipeline. Ger en mental modell som förankrar varje ämne som tas upp i senare kapitel.

Lektion 1 • Kantutjämning och sampling

Förklarar aliasingartefakter samt supersampling, MSAA och filterbaserade lösningar. Kopplar samplingteori till bildkvalitetsbeslut som fattas genom hela pipelinen.

Lektion 2 • Linjeritningsalgoritmer

Tar upp Bresenhams och DDA-algoritmer för effektiv linjerasterisering med heltal. Kopplar pixelprecision till det bredare rasteriseringssteget i pipelinen.

Lektion 3 • Klippalgoritmer

Introducerar Cohen-Sutherland- och Sutherland-Hodgman-algoritmerna för vyportklippning. Säkerställer att endast synlig geometri bearbetas, vilket optimerar renderingsprestanda.

Lektion 4 • Polygonfyllningstekniker

Lär ut skanningslinjefyllning, översvämningsfyllning och kanttabellsmetoder för solid polygonrendering. Förbereder studenterna för triangelrasterisering som används i 3D-pipelines.

Lektion 1 • Kvaternioner för rotation

Introducerar kvaternionalgebra som en gimbal-låsningsfri rotationsrepresentation. Tar upp SLERP-interpolation för mjuka animationsövergångar mellan orienteringar.

Lektion 2 • Meshrepresentation och datastrukturer

Tar upp vertexbuffertar, indexbuffertar, halvkantsstrukturer och vingade kanter. Förbereder studenterna för att effektivt lagra och traversera 3D-geometri i kod.

Lektion 3 • Visning och projektion

Konstruerar vymatriser med hjälp av look-at-formuleringar och härleder perspektiviska och ortografiska projektioner. Kopplar kameramatematik till vertextransformationssteget.

Lektion 4 • Vektorer och matriser i 3D

Repeterar punktprodukt, kryssprodukt och matrisoperationer som är väsentliga för 3D-grafik. Etablerar den linjära algebraverktygslåda som används i varje efterföljande 3D-beräkning.

Lektion 1 • Ljuskällor och egenskaper

Definierar riktade, punkt-, spotlight- och arealjustyper och deras matematiska representationer. Etablerar de belysningsindata som förbrukas av alla skuggningsmodeller.

Lektion 2 • Ambient, diffus och spekulär skuggning

Härleder Phongs och Blinn-Phongs reflektansmodeller komponent för komponent. Studenterna implementerar dessa modeller i shader-kod och finjusterar materialparametrar.

Lektion 3 • Skuggalgoritmer

Tar upp skuggmappar, skugvolymer och percentage-closer filtering för mjuka skuggor. Kopplar skuggalgoritmer till djupbuffertkoncept från projektionskapitlet.

Lektion 4 • Grunderna i fysikbaserad rendering

Introducerar microfacet BRDF, energikonservering och flödet metallic-roughness. Överbryggar klassisk skuggning till moderna PBR-pipelines som används i produktion.

Lektion 1 • Normal- och bumpmappning

Härleder tangentrymdsnormalmappning och jämför den med objekts- och världsrymdsvarianter. Utökar ytdetaljer utan att öka antalet meshpolygoner.

Lektion 2 • Grunderna i texturmappning

Tar upp UV-koordinater, textursampling och omslagslägen för att applicera 2D-bilder på 3D-ytor. Kopplar texturuppslag till fragment shader-steget.

Lektion 3 • Avancerade ytkartor

Tar upp displacement-, ambient occlusion-, roughness- och emissive-mappar i PBR-arbetsflöden. Integrerar flera texturkanaler till en sammanhängande materialdefinition.

Lektion 4 • Mipmappning och filtrering

Förklarar generering av mipmappar, trilinjär filtrering och anisotrop filtrering för avlägsna ytor. Adresserar aliasingartefakter orsakade av texturminifiering.

Lektion 1 • Vertex shader-programmering

Tar upp vertexattributindata, uniformbuffertar och implementering av MVP-transform i shader-kod. Studenterna producerar korrekt transformerad geometri i clip space.

Lektion 2 • Compute shaders och GPGPU

Introducerar dispatch av compute shader, delat minne och synkroniseringsbarriärer. Möjliggör för studenterna att avlasta icke-grafiska parallella uppgifter till GPU:n.

Lektion 3 • GPU-arkitekturens grunder

Förklarar SIMD-exekvering, warp/wavefront-schemaläggning och minneshierarki på moderna GPU:er. Ger den maskinvarukontext som krävs för att skriva effektiv shader-kod.

Lektion 4 • Fragment shader-programmering

Implementerar ljusekvationer, textursampling och utdatablandning i fragment shaders. Kopplar skuggningsmodeller från kapitel 4 till exekverbar GPU-kod.

Lektion 1 • Whitted strålföljning

Implementerar rekursiv strålföljning med reflektion, refraktion och skuggstrålar. Demonstrerar globala effekter som inte kan uppnås med enbart lokala skuggningsmodeller.

Lektion 2 • Monte Carlo-vägföljning

Introducerar Monte Carlo-integration, viktad sampling och renderingsekvationen. Studenterna bygger en unidirektionell vägföljare med direkt och indirekt belysning.

Lektion 3 • Brusreducering och hybridrendering

Tar upp temporal ackumulering, AI-baserad brusreducering och hybrider av rasterisering och strålföljning. Kopplar kvaliteten från offline-vägföljning till genomförbarhet i realtid.

Lektion 4 • Grunderna i strålkastning

Härleder stråle-sfär-, stråle-triangel- och stråle-AABB-intersektionstester från grundläggande principer. Etablerar de grundläggande primitiva operationerna som används i alla strålföljningsalgoritmer.

Lektion 1 • Detaljnivå och culling

Introducerar LOD-växling, meshförenkling, frustumculling och ocklusionsculling. Upprätthåller bildfrekvensen genom att minska geometrin som bearbetas per bildruta.

Lektion 2 • Screen-space-effekter

Implementerar SSAO, SSR och SSGI med hjälp av djup- och normalbuffertar från G-bufferten. Lägger till approximationer av global belysning till låg beräkningskostnad.

Lektion 3 • Deferred rendering-pipeline

Konstruerar en G-buffert med position, normal, albedo och materialkanaler för deferred shading. Frikopplar geometri- och ljuspass för att stödja många dynamiska ljus.

Lektion 4 • Procedurell rendering och terrängrendering

Tar upp brusbaserad terränggenerering, tessellation shaders och clipmap-LOD för stora terränger. Integrerar procedurella tekniker i den avancerade renderingspipelinen.