====== 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. 



| 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 | 
| Rozsah: | 2p | 2l |
| Rozvrh: | [[https://fel.cvut.cz/cz/education/rozvrhy-ng.B221/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:01-intro-tools.pdf | 01-intro-tools.pdf}} |
^ 2 |**Dynamika, částicové systémy**| {{ :courses:b4m39mma:mma_private:02-dynamics.pdf |02-dynamics.pdf}} | 
^ 3 |**Fluidní dynamika v počítačové animaci**| {{ :courses:b4m39mma:mma_private:03-fluid-dynamics.pdf |03-fluid-dynamics.pdf}} | 
^ 4 |**Modelování šatů**| {{ :courses:b4m39mma:mma_private:04-cloth-animation.pdf |04-cloth-animation.pdf}} |
^ 5 |**Modelování a animace lidské tváře**| {{ :courses:b4m39mma:mma_private:05-facial-animation.pdf |05-facial-animation.pdf}} | 
^ 6 |**Modelování a animace lidské tváře - dokončení**| - | 
^ 7 |**Inverzní kinematika**| {{ :courses:b4m39mma:mma_private:06-inverse-kinematics.pdf |06-inverse-kinematics.pdf}} | 
^ 8 |**Systémy pro zachytávání pohybu MOCAP** | {{ :courses:b4m39mma:mma_private:07-motion-capture.pdf | 07-motion-capture.pdf}} | 
^ 9 | svátek - volný den| - | 
^ 10 |**Animace davu**| {{ :courses:b4m39mma:mma_private:08-animation-of-crowd.pdf | 08-animation-of-crowd.pdf}} |
^ 11 | **LOD v počítačové animaci ** | {{ :courses:b4m39mma:mma_private:09-lod.pdf | 09-lod.pdf}} |
^ 12 | **Řízení animace, umělý život**| {{ :courses:b4m39mma:mma_private:10_artificial_life.pdf |10_artificial_life.pdf}} |
^ 13 |**Stereoskopické zobrazování**| {{ :courses:b4m39mma:mma_private:11-stereoscopic_projection.pdf |11-stereoscopic_projection.pdf}} |
^ 14 |**Produkční řetězec a techniky kompozice videa**| {{ :courses:b4m39mma:mma_private:12-production_flow.pdf | 12-production_flow.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 | **UI UE** Základní úvod do prostředí Unreal Engine 5.  | | |
| 3 | **API UE** Úvod do API Unreal Engine 5. | {{ :courses:b4m39mma:lennardjonesplugin.zip | UE5 Ukázkový plugin}} | |
| 4 | **Dynamika** Ukázka: Simulace pohybu tuhého tělesa. | {{ :courses:b4m39mma:cv3_dynamika_template.zip | Dynamika (šablona)}} {{ :courses:b4m39mma:mma_private:cv3_dynamika.zip |Dynamika (úplné) }} | {{ :courses:b4m39mma:mma_private:cv3-dynamika.pdf |Prezentace}} |
| 5 | **Fluidní dynamika** Návrh dynamické simulace tekutiny. | {{ :courses:b4m39mma:cv4_tekutiny_template.zip | Tekutiny (šablona)}} {{ :courses:b4m39mma:mma_private:cv4_tekutiny.zip | Tekutiny (úplné)}} | {{ :courses:b4m39mma:mma_private:cv4-tekutiny.pdf |Prezentace}} |
| 6 | **Šaty** Model pro simulaci látky. | {{ :courses:b4m39mma:cv5_latka_template.zip | Látka (šablona)}} {{ :courses:b4m39mma:mma_private:cv5_latka.zip |Látka (úplné)}} | {{ :courses:b4m39mma:mma_private:cv5-latka.pdf | Prezentace}} |
| 7 | **Tvář** Animace a řízení modelu tváře. | {{ :courses:b4m39mma:cv6_tvar.zip | Tvář}} |
| 8 | Check point | |
| 9 | Svátek | |
| 10 | **IK** Inverzní kinematika modelu. | {{ :courses:b4m39mma:cv7_ik_template.zip | IK (šablona)}} {{ :courses:b4m39mma:mma_private:cv7_ik.zip | IK (úplné)}} |{{ :courses:b4m39mma:mma_private:cv7-ik.pdf |Prezentace}} |
| 11 | **MOCAP.** Sběr a nahrávání pohybových dat. | | {{ :courses:b4m39mma:mma_private:cv8_mocap1.pdf | Prezentace}} |
| 12 | **MOCAP.** Používání pohybových dat. | {{ :courses:b4m39mma:cv9_mocap_data.zip | Nahraná data (c3d)}} |
| 13 | **Dav.**  Simulace davu - návrh simulátoru. | {{ :courses:b4m39mma:cv10_dav_template.zip |Simulace davu (šablona)}} {{ :courses:b4m39mma:mma_private:cv10_dav.zip | Simulace davu (úplné)}} |
| 14 | **Prezentace** semestrálních úloh. | |

==== Software na cvičení ====

Pro plnění úloh na jednotlivých cvičeních se bude používat následující software.

  * [[https://www.unrealengine.com/en-US/unreal-engine-5|Unreal Engine 5]] **verze 5.0.3**
  * Libovolné IDE pro Unrela Engine 5, např.
    * [[https://visualstudio.microsoft.com/downloads/|Microsoft Visual Studio 2022]]
    * [[https://www.jetbrains.com/rider/|JetBrains Rider]] ([[https://www.jetbrains.com/shop/eform/students|registrace pro studentskou licenci]])
  * Autodesk MotionBuilder - 12. cvičení ([[https://www.autodesk.com/education/edu-software/overview|registrace pro studentskou licenci]])
    * Podrobnosti ohledně získání softwaru najdete zde: [[courses:b4m39mma:motionbuilder|Licence pro Autodesk MotionBuilder]]

==== 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 60 bodů
        * zpráva (dokumentace) 20 bodů
        * prezentace 10 bodů
        * implementace 30 bodů
    * zkouška 40 bodů (u zkoušky je minimální počet bodů pro úspěšné absolvování 20 - test 10 z 20 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}}.

Jak má formálně semestrální práce vypadat, najdete zde: [[courses:b4m39mma:requirements|Formální požadavky]]



==== 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. Úlohu je možné implementovat i v jiném prostředí (např. Unity) po dohodě s cvičícím.
Projekt vypracujte v jedno nebo dvoučlenném týmu.

**Odevzdávání**

Hotové semestrální projekty odevzdejte cvičícímu (Ing. Ondřej Slabý - slabyon3 [at] fel.cvut.cz), a to buď formou archivu - ten můžete zaslat e-mailem, nebo odevzdat na posledním cvičení. Druhá možnost je zaslat odkaz na repozitář, kde máte projekt uložený (např. GitLab) vč. případné větve/commitu, pokud se liší od výchozí. **Odevzdávejte alespoň týden před zkouškovým termínem, na který se chcete hlásit.**

Nezapomeňte odevzdat jak kód, tak zprávu.

^ ^Skupina úloh ^Konkrétní úloha ^ Řešitel úlohy ^ Hodnocení (body) ^
| 1. | Implementace IK solveru. | | Peleška, Tošner | 43 |
| | Testovací aplikace pro simulaci látek/tkanin. | | | |
| 2. | | sukénka na tanečnici | Žižková, Veverková | 56 |
| 3. | | protržení plátna nárazem objektu | | |
| | Model tváře | | | |
| 4. | | řízení pomocí významných bodů | | |
| 5. | | parametrizace daty z MOCAPu | | |
| 6. | | převod reálné masky na model | | |
| | Simulace davu s detekcí objektů v kolizní vrstvě. | | | |
| 7. | | pohyb po městě v MHD | | |
| 8. | | dav na náměstí | Gruncl, Cicvárek | 43 |
| | Simulace tekutin.  |  | | | 
| 9. | | simulace vodopádu | Kolář | 0 |
| 10. | | příboje na pláži | Toman, Chaloupka | 50 |
| 11. | | jezu | Varga, Arameleva | 48 |
| 12. | | voda unikající z přehrady (rybníka) | | |
| 13. | | tornádo | Wiesner, Papay | 0 |
| 14. | | písek | | |
| | Simulace exploze |  | | |
| 15. | | odletující trosky | | |
| 16. | | srážka asteroidů | | |
| | Simulace objektů ve stavu bez tíže |  | | |
| 17. | | kapky vody (kapaliny) | | |
| 18. | | pevné objekty s různou tuhostí | | |
| 19. | Simulace smažení sýru | | Kovaľ, Koudelková | 50 |
 


==== Materiály k tématům ====

=== Inverzní kinematika ===
  * {{https://documents.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}}