コンピュータグラフィックス特論

授業情報

  • 講師： シモセラ エドガー
  • 日程： 2021年10月〜2022年01月
  • 曜日時限： 月曜日　2時限（10:40〜12:20）
  • 教室： Online・オンライン
  • メール： ess@waseda.jp

オーバービュー

この授業のスライドと講義は主に英語ですが、必要に応じて日本語でも説明します。または、日本語の講義資料もあります。
The class slides, materials, and explanations are primarily in English, however, additional explanations will be given in Japanese as needed.
コロナウイルスの進化により、詳細は変更される場合があります。

ゲームや3Dアニメーションのスペシャルエフェクトはどのようにして生成されるのか、考えたことはありませんか？GPU(Graphics Processing Unit)という言葉は聞いたことがあるが、通常のCPU(Central Processing Unit)との違いがよく分かりませんか？数学を使ってデザインを作る方法を学びたいと思ったことはありますか？もしあなたがこれらの質問のどれかに「はい」と答えたならば、あるいはコンピュータグラフィックス全般に興味があるならば、この授業はあなたのための上級コースです。この授業では、最新のグラフィック処理エンジンについて深く掘り下げていき、習得したスキルを磨くために、多くの実践的なプログラミング演習を行います。

この授業では、パラメトリックモデリング、ラスタライゼーションパイプライン、GPUプログラミング、カラー理論、レンダリングなどの重要な技術革新に重点を置いて、コンピュータグラフィックスのさまざまな分野に焦点を当てます。授業の進め方として、重要なコンピュータグラフィックスのイノベーションに注目し、それらを理解し、実装するために必要な理論を勉強します。

評価方法

この授業の評価は、主に複数の課題提出とグループプロジェクトをもとに行います。

プログラミングの課題とプロジェクトはWebGL（主にjavascript）とGLSL(C言語に似ている)で行います。このクラスではWebGLとGLSLの基礎を学びますが、追加のリソースを使って自習することを強くお勧めします。GLSLはコースの一部として教えますが、学生はC言語に精通していることが期待されます。

学生の作品

学生の作品はこちらでご覧ください。

授業の目標

  1. 画像の生成方法の核心的な概念を理解する
  2. GPU(Graphics Processing Unit)用のプログラムを書くことができる
  3. コンピュータグラフィックス分野の多様性の鑑賞
  4. 最近の高度なコンピュータグラフィックス技術を学ぶ

準備

WebGL 2に対応しているパソコンが必要です。以下で確認できます。

The following are slides that are meant to refresh basic concepts that are used throughout the lessons. Students are advised to review the following concepts before starting the class.

  1. Mathematics Refresher 資料

授業計画

  1. Overview 資料
  2. Signal and Image Processing 資料
  3. Shaders 資料 補足資料 RTR Chapter 3
  4. Generative Design 資料
  5. 3D Scenes 資料 RTR Chapter 4 and 16
  6. Texturing and Rasterization 資料 RTR Chapter 5 and 6
  7. Shading and Lighting 資料 RTR Chapter 5 and 7
  8. Ray Tracing and Marching 資料 補足資料 RTR Chapter 22
  9. Physically Based Shading 資料 RTR Chapter 9
  10. Illumination 資料 RTR Chapter 10
  11. Global Illumination 資料 RTR Chapter 11
  12. Volumes and Translucency 資料 RTR Chapter 14
  13. Review 資料
  14. Advanced Shaders RTR Chapter 12 and 15
  15. Presentation

教科書

The closest thing to a textbook for this class is:

  • RTR Tomas Akenine-Möller, Eric Haines, and Naty Hoffman, Real-Time Rendering, A K Peters/CRC Press, 2018. ISBN: 978-1138627000 website

However, note that the above book is not required and you can borrow it online from the Waseda Library if necessary. Furthermore, other books and resources that can be useful are listed below.

  • Matt Pharr, Wenzel Jakob, Greg Humphreys, Physically Based Rendering, Morgan Kaufmann, 2016. ISBN: 978-0128006450 website
  • Patricio Gonzalez Vivo, and Jen Lowe, The Book of Shaders, website
  • David J. Eck, Introduction to Computer Graphics, 2021. website
  • Steve Marschner and Pete Shirley, Fundamentals of Computer Graphics, A K Peters, 2015. ISBN: 978-1482229394.