====== B4M39MMA – Multimédia a počítačová animace ======

[[http://dcgi.felk.cvut.cz/|{{https://vyuka.iim.cz/_media/y39mm1:dcgicoloralphasmall.png|Katedra počítačové grafiky a interakce}}]]

===== Multimédia a počítačová animace (B4M39MMA) =====
Tato stránka je oficiálním zdrojem informací pro studenty předmětu B4M39MMA oboru Počítačová grafika magisterského programu Otevřená informatika na [[http://www.fel.cvut.cz/cz/|Fakultě elektrotechnické Českého vysokého učení technického v Praze]]. Předmět je zajišťován [[http://dcgi.felk.cvut.cz/ |Katedrou počítačové grafiky a interakce]] (K13139). Praktickou část předmětu zajišťuje [[http://www.iim.cz|Institut intermédií]] (IIM) při FEL ČVUT v Praze. 


<note important>UPOZORNĚNÍ COVID-19: 

Přečtěte si prosím poslední [[https://fel.cvut.cz/cz/covid/|pravidla a nařízení]] vedení školy týkající se covid-19. 
</note> 

<note important>UPOZORNĚNÍ COVID-19: 

Věnujte pozornost informacím [[https://fel.cvut.cz/cz/covid/student.html| co dělat]] v případě zjištění pozitivity na covid-19.
**Chovejte se prosím zodpovědně, chraňte ostatní studenty a své učitele - informujte i je neprodleně, pokud u sebe zjistíte nákazu! Děkujeme.**  </note> 

| Přednáška: | čtvrtek 12.45 | T2:C3-51 |
| Cvičení: | čtvrtek 14.30 | T2:H1-24c, dveře H1-25 (IIM - halové laboratoře FEL) |
| Přednášející:	| Ing. Roman Berka, Ph.D. - berka [at] fel.cvut.cz | 
| Cvičící:	| Ing. Ondřej Slabý - slabyon3 [at] fel.cvut.cz | 
| Konzultanti: | Ing. Jakub Hybler - hybler [at] iim [dot] cz - IIM (zvuková a světelná technika) | Ing. Jana Zraková - kejvaja1 [at] fel.cvut.cz - DCGI (vývoj pluginů v prostředí UE) |
| Rozsah: | 2p | 2l |
| Rozvrh: | [[https://fel.cvut.cz/cz/education/rozvrhy-ng.B211/public/html/predmety/46/98/p4698006.html|B4M39MMA]] |  |

 
===== Odkazy =====


  * [[http://dcgi.felk.cvut.cz/cs/study/akademicka_pravidla|Akademická pravidla]] Katedry počítačové grafiky a interakce: 

  * Stránky předmětu [[https://www.fel.cvut.cz/cz/education/bk/predmety/46/98/p4698006.html | B4M39MMA]] v bílé knize.
===== Anotace =====

Předmět je zaměřen na výklad metod používaných v oblasti počítačové
animace. Studenti získají přehled o algoritmech a metodách reprezentace typických problémů v oblasti počítačové animace (inverzní kinematika, animace lidské postavy, dynamika aj.) Část předmětu je též zaměřena na principy kreativních postupů při vytváření zvuku a videa jako součásti audio-vizuálních projektů. V předmětu zazní i několik přednášek popisujících vybrané problémy z oblasti technologií pro filmovou produkci (MOCAP, Stereoskopický obraz, aj.).

==== Cíl předmětu ====


Cílem předmětu je poskytnout informace o metodách řešení typických problémů v projektech z oblasti počítačové animace, virtuální reality a filmové produkce. Snahou je ukázat teoretický základ metod používaných v těchto oblastech a umožnit studentům, aby si tyto probrané techniky mohli sami vyzkoušet v rámci semestrálních projektů.


==== Náplň předmětu ====

V průběhu semestru studenti navštěvují přednášky a cvičení. Kromě toho pracují na zadaných tématech a vypracovávají semestrální úlohy v podobě implementace řešeného problému doprovázené dokumentací v určeném formátu a podpořené osobní prezentací před ostatními studenty.

V době cvičení jsou se studenty organizovány konzultace k semestrálním úlohám a v části cvičení probíhá kurz v prostředí Unreal Engine zaměřený na tvorbu scén a zejména kódování řídících algoritmů v tomto prostředí.  V rámci cvičení proběhne i výsledná prezentace úloh, která může mít formu jedné ucelené kompozice, kde výstupy z jednotlivých úloh spolupracují a doplňují se. Tento způsob práce podporuje vzájemnou komunikaci a smysl pro týmovou spolupráci, současně umožňuje studentům sledovat práci ostatních na jejich úlohách a prakticky si vyzkoušet i další postupy než jen ty, které potřebují pro řešení své úlohy.

Cvičení budou probíhat v laboratoři [[https://www.iim.cz | Institutu intermédií]].

==== Požadavky na vstupní znalosti ====

Základy fyziky z oblasti kinematiky, dynamiky hmotného bodu a tuhého tělesa. Schopnost programovat v jazyce C++. 
==== Harmonogram přednášek ====

^ Pořadí ^ Téma ^ Odkaz ^ 
^ 1 |**Počítačová animace a její popis**| {{ :courses:b4m39mma:mma_private:motion-description-tools2.pdf |PDF}} |
^ 2 |**Dynamika, částicové systémy**| {{ :courses:b4m39mma:mma_private:09-l-dynamics.pdf |PDF}} | 
^ 3 |**Fluidní dynamika v počítačové animaci**| {{ :courses:b4m39mma:mma_private:l04-fluiddynamicsforca.pdf |PDF}} | 
^ 4 |**Modelování šatů**| {{ :courses:b4m39mma:mma_private:10-l-cloth-modeling.pdf |PDF}} |
^ 5 |**Modelování a animace lidské tváře**| {{ :courses:b4m39mma:mma_private:12-l-face-modeling.pdf |PDF}} | 
^ 6 | svátek - volný den| - | 
^ 7 |**Inverzní kinematika**| {{ :courses:b4m39mma:mma_private:08-l-kinematics.pdf |PDF}}  | 
^ 8 |**Systémy pro zachytávání pohybu MOCAP** | {{ :courses:b4m39mma:mma_private:l07-motion-capture.pdf |PDF}} | 
^ 9 |**Animace davu**| {{ :courses:b4m39mma:mma_private:l08-crowd-simulation.pdf |PDF}} |
^ 10 | **Řízení animace,artificial life**| {{ :courses:b4m39mma:mma_private:l09-artificial_life.pdf |PDF}} |
^ 11 |**Stereoskopické zobrazování**| {{ :courses:b4m39mma:mma_private:l10-stereoskopic_projection.pdf |PDF}} |
^ 12 |**Produkční řetězec a techniky kompozice videa**| {{ :courses:b4m39mma:mma_private:l11-production-chain.pdf |PDF}} |
^ 13 | **Archivace multimediálního díla** | {{ :courses:b4m39mma:mma_private:l12-archiving-mm-data-v2.pdf |PDF}} |
^ 14 | **Světelné a projekční systémy**| {{ :courses:b4m39mma:mma_private:l13-lighting-technologies.pdf |PDF}} | 

==== Harmonogram cvičení ====

Cvičení budou vedena jako konzultace k realizaci semestrálních projektů a jako kurz programování v prostředí Unreal Engine.

| 1 | **Úvod do předmětu**, zadání semestrálních úloh. |
| 2 | **Základní úvod do prostředí Unreal Engine**.  |
| 3 | **Úvod do API UE**. {{ :courses:b4m39mma:pluginexample.zip |Ukázkový projekt}}, {{ :courses:b4m39mma:mma-uvod-ue-api.pdf |Úvod do UE API}} |
| 4 | **Ukázky API UE**. {{ :courses:b4m39mma:lennardjonesplugin.zip |Plugin částice Lennard-Jones}} {{ :courses:b4m39mma:unreal_engine_4_-_threads.pdf | UE4 - vlákna}}| 
| 5 | **Dynamika.** Ukázka: Simulace pohybu tuhého tělesa. {{ :courses:b4m39mma:dynamicstemplatecomplete.zip | Šablona projektu (doplněná)}} {{ :courses:b4m39mma:mma_dynamika.pdf | Prezentace }} |
| 6 | Svátek | 
| 7 | **Fluidní dynamika.** Návrh dynamické simulace tekutiny. {{ :courses:b4m39mma:stamfluids-complete.zip |Šablona projektu (doplňená)}}| 
| 8 | **Šaty.** Model pro simulaci látky. {{ :courses:b4m39mma:clothsim-complete.zip |Šablona projektu (doplněná)}} | 
| 9 | Check point. | 
| 10 | **IK - inverzní kinematika modelu.** {{ :courses:b4m39mma:inversekinematics.zip |Ukázkový projekt}} {{ :courses:b4m39mma:mma_ik_solver.pdf |Prezentace}}| 
| 11 | **MOCAP.** Sběr a nahrávání pohybových dat. |
| 12 | **MOCAP.** Používání pohybových dat. {{ :courses:b4m39mma:vicon-marker-data.zip |Data z 11. cvičení}}|
| 13 | **Dav.**  Simulace davu - návrh simulátoru. {{ :courses:b4m39mma:crowdsimulation_full.zip |Šablona projektu (doplněná)}} {{ :courses:b4m39mma:mma_simulace_davu.pdf |Prezentace}}| 
| 14 | **Prezentace** semestrálních úloh. | 



==== Kritéria hodnocení ====

Podmínkou k získání zápočtu je odevzdání semestrální práce a její prezentace na konci semestru. Zkouška je povinná.

Celkem může student získat během semestru 100 bodů a z toho:

    * semestrální práce 70 bodů
        * zpráva (dokumentace) 20 bodů
        * prezentace 20 bodů
        * implementace 30 bodů
    * zkouška 30 bodů (u zkoušky je minimální počet bodů pro úspěšné absolvování 15 - test 5 z 10 a pohovor 10 z 20)

Klasifikace je pak dána tabulkou:


| 90-100 | A  výborně |
| 80-89	| B velmi dobře |
| 70-79	| C dobře |
| 60-69	| D uspokojivě |
| 50-59	| E dostatečně |
| 0-49 nebo nesplnění podmínek k zápočtu | F nedostatečně |



Okruhy otázek ke zkoušce {{ :courses:b4m39mma:mma_private:okruhy3.pdf |PDF}}.


==== Semestrální projekty ====
 
<note tip>Zadání řeší týmy s max. 2 členy. </note>

Navrhněte a implementujte některý z níže uvedených modelů ve formě objektu nebo pluginu v prostředí Unreal Engine.

^ ^Skupina úloh ^Konkrétní úloha ^ Řešitel úlohy ^ Hodnocení (body) ^
| 1. | Implementace IK solveru. | | | - |
| 2. | Testovací aplikace pro simulaci látek/tkanin (sukénka na tanečnici). | | Ondřej Perný, Ondřej Mézl | 55 |
| 3. | Model tváře - vkládání reálné masky jako modelu - řízení pomocí významných bodů - parametrizovaných daty z MOCAPu. |   | | - |
| 4. | Simulace davu na náměstí - umístění podnětu kamkoliv - detekce objektů v kolizní vrstvě. | |  Jan Oravec, Jozef Skála | 45 |
| | Simulace tekutin.  |  | | | 
| 5. | | simulace vodopádu | Jan Tislický, Oldřich Linhart | 44 |
| 6. | | příboje na pláži | Mykola Isaiev | |
| 7. | | jezu | Jan Lazarek, Vojtěch Cimbura | |
| 8. | | voda unikající z přehrady (rybníka) | Oldřich Milec, Patrik Schiller | |
| 9. | | tornádo | | - |
| 10. | | písek | Jakub Hlusička, Zuzana Štětinová | 56 |
| | Simulace exploze |  | | |
| 11. | | odletující trosky | Tomáš Bilák, Richard Burkoň | |
| 12. | | srážka asteroidů | Daniel Aschermann, Štěpán Machovský | |
| | Simulace objektů ve stavu bez tíže |  | | |
| 13. | | kapky vody (kapaliny) | Anna Zderadičková, Michal Pozník | |
| | | kapky vody (druhý tým) | Alena Mikushina | |
| 14. | | pevné objekty s různou tuhostí | Karel Tomanec, Vojtěch Pospíšil | 70 |
| | Vlastní téma | | | |
| 15. | | Simulace částic na GPU | Michal Hvězda | |

Projekt vypracujte v jedno nebo dvoučlenném týmu.  


==== Materiály k tématům ====

=== Inverzní kinematika ===
  * {{https://www.uow.edu.au/~/kwanwu/Honours-Thesis.pdf|Kwan W. Chin: Closed-form and generalized inverse kinematic solutions for animating the human articulated structure}}
  * {{http://summit.sfu.ca/item/5706|Welman: Inverse kinematics and geometric constraints for articulated figure manipulation}}
  * {{https://vyuka.iim.cz/_media/a4m39mma:files:watt-a-watt-land.pdf|Watt&Watt - pouze pro studenty MMA}}

=== MOCAP ===
  * {{https://vyuka.iim.cz/_media/a4m39mma:files:p73-kadu.pdf|Kadu}}
  * {{https://vyuka.iim.cz/_media/a4m39mma:files:2006_muellerroeder_motiontemplates_sca.pdf|Müller}}
  * {{https://vyuka.iim.cz/_media/a4m39mma:files:cav1505.pdf|Qi}}
  * {{https://vyuka.iim.cz/_media/a4m39mma:files:p139-gleicher.pdf| Gleicher}}

=== Dynamika částic a fluidní dynamika ===
  * {{http://users.telenet.be/brambi/Papers/PbM-Particle%20System%20Dynamics.pdf|Witkin: Physically Based Modeling: Principles and PracticeParticle System Dynamics}}
  * {{http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0097849389900782| G.Miller: Globular dynamics: A connected particle system for animating viscous fluids}}
  * {{http://portal.acm.org/citation.cfm?id=383261|N. Foster: Practical animation of liquids}}
  * {{https://www.dgp.toronto.edu/~stam/reality/Research/pub.html|Jos Stam - web page}}


=== Modelování tváře a šatů ===
  * {{http://cartesianos.com/geodoc/isprs2004/comm3/papers/257.pdf|A Zamirroshan: DESIGNING SOFTWARE FOR 3D OBJECT MODELLING USING DIGITAL CLOSE RANGE PHOTOGRAMMETRY}}
  * Federic I. Parke, Keith Waters: Computer Facial Animation, AK Peters,ISBN 1-56881-014-8, 1996, katederní knihovna

=== Animace davu ===
  * [[http://dl.acm.org/citation.cfm?id=1272705|Pechano-2007]]
  * [[http://www.springerlink.com/index/GK682355V3212565.pdf|Ulicny-2001]]
  * [[http://scholar.google.com/scholar?hl=en&q=crowd+simulation+&btnG=Search&as_sdt=0%2C5&as_ylo=&as_vis=0|Google Schoolar]]

=== Hudba a zvuk ===
  * [[http://scholar.google.com/scholar?hl=en&q=sound+visualization&btnG=Search&as_sdt=0%2C5&as_ylo=&as_vis=0|Google Schoolar]]

=== CAVE ===
viz [[https://vyuka.iim.cz/y39mm1:materialy_k_uloham|materiály k úlohám MM1]]

=== Ostatní ===

  * [[https://vyuka.iim.cz/y39mm1:materialy_k_uloham|další odkazy]]
  * dále viz {{http://scholar.google.com/schhp?hl=en&tab=ws|google schoolar}}


==== Hodnocení ====