现代计算机图形学入门

课程简介:

本课程将全面而系统地介绍现代计算机图形学的四大组成部分:(1)光栅化成像,(2)几何表示,(3)光的传播理论,以及(4)动画与模拟。每个方面都会从基础原理出发讲解到实际应用,并介绍前沿的理论研究。通过本课程,你可以学习到计算机图形学背后的数学和物理知识,并锻炼实际的编程能力。

顾名思义,作为入门,本课程会尽可能的覆盖图形学的方方面面,把每一部分的基本概念都尽可能说清楚,让大家对计算机图形学有一个完整的、自上而下的全局把握。全局的理解很重要,学完本课程后,你会了解到图形学不等于OpenGL,不等于光线追踪,而是一套生成整个虚拟世界的方法。从本课程的标题,大家还可以看到“现代”二字,也就是说,这门课所要给大家介绍的都是现代化的知识,也都是现代图形学工业界需要的图形学基础。

本课程与其它图形学教程还有一个重要的区别,那就是本课程不会讲授OpenGL,甚至不会提及这个概念。本课程所讲授的内容是图形学背后的原理,而不是如何使用一个特定的图形学API。在学习完这门课的时候,你一定有能力自己使用OpenGL写实时渲染的程序。另外,本课程并不涉及计算机视觉、图像视频处理、深度学习,也不会介绍游戏引擎与三维建模软件的使用。

具体课程内容请参见课程大纲:http://games-cn.org/intro-graphics

教师简介:

闫令琪,博士,加州大学圣芭芭拉分校(UCSB)助理教授。闫令琪教授于2013年在清华大学获得学士学位,并于2018年在加州大学伯克利分校(UCB)获得博士学位。他的主要研究方向是真实感图形渲染(旧称绘制),具体请参考学术主页:https://sites.cs.ucsb.edu/~lingqi/。简而言之,闫令琪教授目前有三个成就:(1)在图形渲染领域,他保持着博士期间(5年)以第一作者身份发表7篇SIGGRAPH系列论文的最高纪录(SIGGRAPH,SIGGRAPH Asia,Transaction on Graphics);(2)他的博士论文于2019年获得SIGGRAPH最佳博士论文奖,并得到官方盛赞“每章都可以作为一篇独立的博士论文”;(3)他的科研成果被直接应用于工业界,如影片《猩球崛起3:终极之战》与《狮子王2019》,以及与 NVIDIA 合作推动了实时光线追踪技术的产生;(4)在本课程的第一节课上,大家会了解到第四点也是最重要的一点:)

直播方式:

GAMES虎牙直播间webinar.games-cn.org

课程需求:

【必须】:高等数学(微积分、线性代数)、算法、数据结构

【非必须】:信号处理、数值分析、大学物理(光学)

课程安排:

【课时】:共安排20节课,每节一小时,每周两节,安排在北京时间周二和周五上午10:00-11:00,2020年2月11日开始

【作业(非必须)】:共7次小作业,1次大作业,全部是编程任务,会提供代码框架。作业不作强制要求,自愿完成

【考试】:无考试安排

【其它】:中文授课,英文课件,采用直播互动形式,以轻松愉快为主,每课结束当天会放出录像

教材:

【非必须】:Steve Marschner and Peter Shirley, “Fundamentals of Computer Graphics”, 第三版或更新版本。很遗憾中文版应该只有第二版,大家也可以对照着看。不过英文版写得非常好,浅显易懂,所以应该并无太大问题

课程大纲(暂定):

【1】:计算机图形学概述

【2】:向量与线性代数

【3】:基础变换(二维)

【4】:基础变换(三维)

【5】:三维到二维变换(模型、视图、投影)

【6】:光栅化(离散化三角形)

【7】:光栅化(深度测试与抗锯齿)

【8】:着色(光照与基本着色模型)

【9】:着色(着色频率、图形管线、纹理映射)

【10】:几何(基本表示方法)

【11】:几何(曲线与曲面)

【12】:几何(前沿动态)

【13】:光线追踪(基本原理)

【14】:光线追踪(加速结构)

【15】:路径追踪与光的传播理论

【16】:复杂外观建模与光的传播、实时光线追踪(前沿动态)

【17】:相机、透镜与光场

【18】:颜色与感知

【19】:动画与模拟(基本概念、逆运动学、质点弹簧系统)

【20】:物质点法(前沿动态)

助教征集:

本课程诚征志愿者助教,暂定4人,主要工作为发布消息、提供作业框架、批改作业、答疑解惑。助教需要有图形学基础,最好参与过图形学相关的科研课题。如果有导师则需要得到导师同意。考虑到时间紧迫,请有意的同学立刻联系我们的技术秘书。联系方式为:chenlinghao@zju.edu.cn或jtdong@zju.edu.cn。闫令琪教授之后会与大家讨论安排。如助教工作表现出色,可以获得闫令琪教授指导科研项目的机会。

其它:

如果同学们对本文有任何疑问或者建议,欢迎留言!在课程开始之后也欢迎大家提出宝贵的意见建议!另外,本课程是闫令琪教授在UCSB所讲授的CS180课程的中文版(以及内容加强版),其中很大一部分内容来自于UCB的Ren Ng教授和UCSD的Ravi Ramamoorthi教授。大家的建议也会被总结并反馈到这两位老师。谢谢大家对计算机图形学的发展作出的贡献!

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