Realtime grafika na GPU - NPGR019

• Anglický název: Realtime Graphics on GPU
• Zajišťuje: Katedra softwaru a výuky informatiky (32-KSVI)
• Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
• Platnost: od 2023
• Semestr: letní
• E-Kredity: 5
• Rozsah, examinace: letní s.:2/2, Z+Zk [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: čeština, angličtina
• Způsob výuky: prezenční
• Další informace: http://cgg.mff.cuni.cz/lectures/npgr019.cz.php
• Garant: Mgr. Jakub Gemrot, Ph.D.; RNDr. Josef Pelikán
• Vyučující: RNDr. Jan Kolomazník, Ph.D.
• Třída: Informatika Bc.; Informatika Mgr. - volitelný
• Kategorizace předmětu: Informatika > Počítačová grafika a geometrie

Anotace

čeština

Přednáška se věnuje realtime grafice implementované na grafické kartě (GPU). Architektura moderních GPU, jejich programování (shadery), konkrétní 3D API (OpenGL) a různé techniky používané při realtime 3D renderingu na GPU. Počítání na GPU (GPGPU) v systémech CUDA a OpenCL. Přednáška je doplněna cvičeními v počítačové laboratoři. Cvičení se věnují praktickým aspektům předmětu, konkrétnímu programování GPU (OpenGL, GLSL, CUDA..) a zadávání průběžných zápočtových úkolů.

Poslední úprava: Töpfer Pavel, doc. RNDr., CSc. (31.01.2018)

angličtina

Lecture covers basics of hardware accelerated computer graphics on PC. Topics: mathematical foundations for 3D graphics, data structures, computer graphics pipeline, geometric transforms and lighting, visibility, transparency, texturing, stencil buffer, multipass rendering, etc. GPU programming: vertex-shaders and pixel-shaders, API for HW accelerated graphics programming.

Poslední úprava: T_KSVI (21.05.2004)

Podmínky zakončení předmětu

čeština

Pred úcastí na zkoušce je potreba mít získán zápočet.

Zápočet se získává za úspěšně vyřešené dvě zápočtové úlohy.

Zkoušku lze skládat opakovaně, dle studijních předpisů.

Poslední úprava: Kolomazník Jan, RNDr., Ph.D. (18.02.2019)

angličtina

Student must have enough lab assignments finished before going to an exam.

Exam can be repeated. Lab credit repetition is irrelevant.

Poslední úprava: Kolomazník Jan, RNDr., Ph.D. (18.02.2019)

Literatura

Tomas Akenine-Möller, Eric Haines: Real-Time Rendering, A K Peters, 2002, ISBN: 1568811829

OpenGL Architecture Review Board: OpenGL Programming Guide: The Official Guide to Learning OpenGL, Version 1.4, Fourth Edition, Addison-Wesley, 2003, ISBN: 0321173481

Randi J. Rost: OpenGL(R) Shading Language, Addison-Wesley, 2004, ISBN: 0321197895

Ron Fosner: Real-Time Shader Programming, Morgan Kaufmann, 2002, ISBN: 1558608532

Poslední úprava: Töpfer Pavel, doc. RNDr., CSc. (31.01.2018)

Požadavky ke zkoušce

čeština

Zkouška je písemná a ústní (základ je písemný, jen v prípade nejasností nebo tesne

kolem hranice známky je možné, že si zkoušející studenta/studentku povolá ke krátkému

ústnímu vysvětlení).

Zkouší se vše, co bylo předneseno na prednáškách a cvičeních, aktuální slidy bude možné najít na webu:

https://cgg.mff.cuni.cz/~kolomaznik/index.php#NPGR019

Pred zkouškou je potřeba získat zápočet - úspěšně vyřešit alespoň dvě zápočtové úlohy.

Poslední úprava: Kolomazník Jan, RNDr., Ph.D. (18.02.2019)

angličtina

Exam is written and oral (basis is written, there is a possibility to

call a student for short discussion over the answers).

Every topics presented at lectures can be examined (exceptions are mentioned specifically):

https://cgg.mff.cuni.cz/~kolomaznik/index.php#NPGR019

Student should sucessfuly finish at least two lab assignments before going to an exam.

Poslední úprava: Kolomazník Jan, RNDr., Ph.D. (18.02.2019)

Sylabus

čeština

Zobrazovací řetězec: aplikace, geometrická fáze, rasterizace, shadery, buffery

Reprezentace 3D scén pro realtime: ploškové modely, sítě trojúhelníků, indexované pole, hierarchické reprezentace, úroveň detailu (LoD), skinning, billboards, point sprites

Techniky používané na GPU: viditelnost, akumulace, poloprůhlednost, interpolace veličin, mlha, textury, environment mapy, normálové mapy, stencil buffer, výstupní buffery

Efektivní předávání dat do GPU: buffery, atributy vrcholů, instancing

Programování GPU: shadery (vertex, geometry, tesselation, fragment), jazyk GLSL, srovn. s HLSL (Cg), komunikace aplikace se shaderem

Konkrétní API: OpenGL, GLSL, nadstavba (pro C# i C++ - SDL, ..), nejnovější vývoj (OpenGL 4.x, Vulkan)

GPGPU: systém paralelních výpočtů na GPU - CUDA, OpenCL

Poslední úprava: Töpfer Pavel, doc. RNDr., CSc. (31.01.2018)

angličtina

1. Introduction, history
graphical pipeline: application, geometry, rasterization, history of HW 3D graphics acceleration

2. 3D scene representation
Brep, triangle meshes, index arrays, hierarchical representations, level-of-detail, skinning, billboard techniques, point sprites

3. Basic algorithms
visibility, transparency, clipping, shading, color interpolation, fog, texture mapping, bump mapping, environment mapping

4. Programming graphical accelerator
data passing, data types, textures, index-buffers, strips/fans, double-buffering, accumulation buffer, stencil-buffer, multipass rendering, shaders: architecture, introduction to shader programming

5. Advanced methods, shaders
advanced shaders, vertex and fragment shader cooperation, vertex blending, Phong shading, fog, transparency, accumulation buffers and stencil buffers: motion blur, depth of field, shadow casting, data culling, portal techniques, selected methods from animation, skeletal hierarchy, tesselation and geometry shaders

6. API for 3D accelerated graphics
updates in OpenGL 4, shaders, Cg language, samples, cookbook, brief API reference

7. CUDA
basics of programing massive parallel processors using CUDA and OpenCL

8. Realtime raytracing
OptiX - interface for realtime GPU raytracing, its alternatives, current HW for raytracing

Poslední úprava: Pelikán Josef, RNDr. (17.02.2011)