Lessen voor de 21ste eeuw

Lessen voor de 21ste eeuw de vragen van 2006-2007:

Momenteel zijn we met een 8-tal 2li-ers die regelmatig naar de lessen gaan (hallo Johan, Merel, Domi, Dean en Stijn!). Daarom is het een goed idee om alle vragen (en de antwoorden) hier te verzamelen en te beantwoorden. Moest je willen meehelpen, eigen jezelf dan een paar vragen toe.

Vragen: todo

26.02.2007 Philip Dutré: Computer Graphics. De zoektocht naar digitaal visueel realisme

1) Verklaar welke impact de Wet van Moore heeft op de informatietechnologie.

De Wet van Moore stelt dat het aantal transistoren op een computerchip elke 18 a 24 maanden verdubbelt. Of nog, de snelheid van computers verdubbelt elke 18 a 24 maanden, deze snelheid kent dus een exponentieel verloop. Dit heeft als gevolg dat de complexiteit van de computerprogrammas zeer snel verhoogd kan worden. Complexere programmas vragen echter ook een langere ontwikkelingstijd, dus wanneer een programma een ontwikkelingstijd nodig heeft van een 5tal jaren, dan moet dat programma ontwikkeld worden naar de hardwarenormen die binnen 5 jaar gaan gelden. Hierdoor moet een softwareontwikkelaar zeer vooruitdenkend zijn. Meer specifiek voor computer graphics, zijn er binnen een aantal jaar weer nieuwere en complexere technieken mogelijk die nu niet snel genoeg kunnen worden berekend om in real-time te gebruiken.

2) Wat zijn de drie belangrijke stappen die nodig zijn om een fotorealistisch beeld te genereren m.b.v. de computer?

Eerst moet de driedimensionale scene wiskundig beschreven worden. Dit kan bijvoorbeeld door een collectie van veelhoekmodellen (meshes) gedaan worden. Elk van de objecten die in de scene staat heeft ook een beschrijving nodig van de materiaaleigenschappen die van toepassing zijn op dat object. Deze drukken de wisselwerking met het licht uit, of het materiaal mat of glanzend is, of het translucent is of niet, ... Naast de modellering van de scene moet ook het licht en de camera in de scene geplaatst worden.

Ten tweede moet men deze scene gaan renderen. Dit kan bijvoorbeeld gedaan worden door stochastische ray tracing. Door elke pixel gaat men een straal schieten, dewelke dan gevolgd wordt doorheen de scene. Maar per botsing met het object zijn er een oneindig aantal richtingen waarin de straal kan gevolgd worden. Daarom noemt het stochastische raytracing, men gaat uit dit oneindig aantal stralen een paar stralen kiezen. Hoe groter de steekproef van de gevolgde stralen is, hoe nauwkeuriger het resultaat is. M.b.v. een aantal optimisaties kan de grootte van deze steekproef al kleiner zijn, bijvoorbeeld door stralen naar de lichtbron te kiezen i.p.v. random stralen.

Ten laatste moet het resultaat weergegeven worden op de display. Dit is niet evident omdat het interval van lichtintensiteiten dat de display ondersteunt veel kleiner is dat het interval van lichtintensiteiten die men in het echt aanschouwt. Een gewone lineaire mapping is ook niet mogelijk omdat dan een sterk belichte scene moeilijk kan onderscheiden worden van een zwak belichte scene. Hiervoor bestaan er tone-mapping technieken die het "echte" licht op een realistische wijze gaan mappen op de lichtintensiteiten van de display.

3) Op welke manier kan men reele en virtuele elementen op een geloofwaardige en consistent manier in computerbeelden samenbrengen?

Theoretisch is dit gemakkelijk. De reele en virtuele elementen moet op dezelfde wijze belicht worden. Praktisch is dit zeer moeilijk. Om virtuele elementen in reele scenes te plaatsen moet men het licht in de reele scene opmeten en deze toepassen op de virtuele elementen. Om reele elementen in virtuele scenes te plaatsen moet men vele fotos nemen van de reele elementen om per pixel een lichtmodel op te stellen dit kan dan gebruikt worden in de herbelichting van de reele elementen in de virtuele scene.