Esta unidade curricular explora as técnicas de visualização e interação envolvidas no desenvolvimento de jogos 3D e na simulação de diversos fenómenos, a maior parte deles com fundamento físico em 3D.

Desde logo, a simulação da luz é um ingrediente fundamental para os modelos de iluminação requeridos por visualizações tendencialmente fotorealistas. O conhecimento de técnicas de síntese de imagem basedas em rasterização, capazes de substituir em alguns cenários interativos os algoritmos de iluminação global, computacionalmente mais pesados, é outro aspeto essencial. A maior parte destas técnicas é hoje oferecida por frameworks para o desenvolvimento de aplicações 3D interactivas, vulgarmente conhecidas como motores de jogos. Contudo, uma visão global de algoritmos vocacionados para o fotorealismo é igualmente necessária, sendo estudados vários algoritmos de simulação do transporte da luz.

O desenvolvimento de jogos 3D é, hoje em dia, uma tarefa grandemente facilitada pelo recurso a sofisticados motores de jogos, implementando eles não só as técnicas de visualização necessárias, bem como as de interação. Os alunos têm a oportunidade de desenvolver um jogo 3D, concretizado com recurso ao auxílio dum motor de jogos. No capítulo do fotorealismo, algumas componentes integráveis num ray-tracer são igualmente implementadas.

Saber

• Modelação Básica 3D e constituição de um “pipeline de visualização 3D”
• Técnicas e modelos de iluminação, locais e globais
• Arquitetura hardware dos GPUs modernos e modelo de programação recorrendo a shaders.
• Exploração da arquitetura dos GPUs para a produção de efeitos especiais avançados em tempo real
• Técnicas específicas para o desenvolvimento de jogos e simulação.
• Técnicas de animação por computador.
• Arquitetura de motores de jogos e sua programação.
• Produção e reprodução de áudio 3D

Fazer

• Programar grande parte das diversas técnicas lecionadas.
• Construir aplicações gráficas 3D interativas.
• Programar e utilizar componentes de software no domínio (game engines)
• Escolher e aplicar a técnica mais adequada à resolução de um problema.

Soft-Skills

• Capacidade de analisar hardware gráfico e sistemas gráficos atuais
• Capacidade de analisar e programar motores de jogos
• Melhor compreensão de áreas relacionadas, como a fotografia, o cinema e a física.

1. Hardware gráfico 3D e o pipeline gráfico 3D.
2. Modelação 3D e representações de geometria.
3. Interação da luz com os objetos, Modelos de iluminação e técnicas de seombreamento.
4. Tópicos avançados de síntese de imagem: aplicações do uso de texturas e geração de sombras.
5. Grafos de cena, gestão dos dados e otimizações para tempo real.
6. Arquitetura de motores de jogos.
7. Técnicas de animação: interpolação de quadros, morphing e modelos articulados.
8. Deteção e resposta a colisões.
9. Princípios físicos dos jogos 3D e métodos numéricos.
10. Física da propagação do som, localização do som e síntese de som 3D.
11. Programação de um motor de jogos e desenvolvimento de jogos.

• Jason Gregory, “Game Engine Arquitecture”, 2nd edition, A K Peters/CRC Press, 2014, ISBN-13: 978-1466560017
• David H. Eberly, “3D Game Engine Design: A Practical Approach to Real-Time Computer Graphics”, 2nd edition, CRC Press, 2006, ISBN-13: 978-0122290633
• J.F. Hughes, A. van Dam, M. McGuire, D. Sklar, J.D. Foley, S.K. Feiner, K. Akeley, "Computer Graphics: Principles and Practice", 3rd Edition, Addison-Wesley Professional (2013), ISBN-13: 978-0321399526
• T. Akenine-Moller, E. Haines, N. Hoffman, "Real-Time Rendering", Third Edition, AK Peters (2008), ISBN-13: 978-1568814247
• R.J. Rost, B.M. Licea-Kane, D. Ginsburg, J. Kessenich, B. Lichtenbelt, H. Malan, M. Weiblen, "OpenGL Shading Language", 3rd Edition, Addison-Wesley Professional (2009), ISBN-13: 978-0321637635

Additional readings will be provided during classes and through the course website.

- Conhecimentos prévios de programação (C, C++ ou Java)

- Conhecimentos básicos de Algebra Linear (vetores e matrizes)

- Noções básicas de geometria

- Curso Introdutório de Computação Gráfica