Otázky N-VIZ Vizuální informatika

Společný základ programu

1. Algoritmy a datové struktury. Pokročilé techniky návrhu algoritmů: dynamické programování, hladové strategie, backtracking. Amortizovaná analýza. Vyhledávání řetězců: naivní algoritmus pro hledání řetězců, Karp-Rabinův algoritmus, hledání řetězců pomocí konečných automatů. Algoritmus Knuth-Morris-Pratt. (IV003).
2. Numerické metody. Iterativní metody pro řešení nelineárních rovnic (Newtonova metoda a její modifikace). Přímé metody pro řešení systému lineárních rovnic (Gaussova eliminace, Jacobi, Gauss-Seidel, relaxační metody). Numerická diferenciace, diferenciační schémata. (MA018)
3. Statistika. Diskrétní a spojité náhodné veličiny (NV), základní rozložení. Číselné charakteristiky NV. Centrální limitní věta. Bodové odhady, intervaly spolehlivosti, testování statistických hypotéz, hladina významnosti. Základní parametrické a neparametrické testy, ANOVA, testy nezávislosti NV. Lineární regrese, celkový F-test, dílčí t-testy. (MV013)
4. 3D modelování a datové struktury. Mnohoúhelníkové a trojúhelníkové sítě: datové struktury, modelování, změna struktury sítě, zjednodušovaní sítě. Implicitní reprezentace a modelování (SDF, CSG, B-Rep). (PB009, PA010)
5. Křivky a povrchy. Implicitní a parametrické reprezentace. Interpolace a aproximace. Cn, Gn spojitost, podmínky spojitosti pro po částech definované funkce. Bézierovy křivky, B-spline křivky, Coonsovy pláty. Povrchy tvořené rekurzivním dělením polygonů. (PB009,PA010)
6. Strojové učení. Strojové učení a rozpoznávání vzorů: problém klasifikace a regrese, shluková analýza, učení s učitelem a bez učitele. Vícevrstvé neuronové sítě, vícevrstvé perceptrony, ztrátové funkce, zpětná propagace. Konvoluční sítě, rekurentní sítě. (PV021)
7. Grafy a grafové algoritmy. Reprezentace grafů. Souvislost grafu, rovinné grafy. Prohledávání grafu do šířky a do hloubky, nejkratší vzdálenosti, kostry, toky v sítích. Algoritmy: Bellman-Ford, Dijkstra, Ford-Fulkerson, Push-Relabel, maximální párování v bipartitních grafech. (IB000, IB002, IV003)
8. Modelování a projekce. Homogenní souřadnice, modelovací, pohledová a projekční matice, perspektivní a ortografická projekce. Základní afinní transformace. (PV189, PV112)
9. Zpracování rastrového obrazu. Bodové transformace. Histogram, vyrovnání histogramu, analýza histogramu. Lineární a nelineární filtry. Detekce hran. Fourierova transformace. Vzorkovací teorém, převzorkování, geometrické transformace. Vlnková transformace. Houghova/Radonova transformace. (PB130, PV131, PV291)
10. Analýza rastrového obrazu. Segmentace obrazu, algoritmy značení komponent, popis objektů, klasifikace objektů. Výpočet mapy vzdáleností. Základy matematické morfologie (dilatace a eroze, otevření a uzavření, hit-or-miss, top-hat, watershed). (PB130)

Specializace - Analýza a zpracování obrazu

1. Pořizování obrazových dat. Zdroje a detektory záření, kamery a jejich vlastnosti, druhy šumu. Kódování, přenos a ukládání obrazu. Formování obrazu v optických soustavách, optické rozlišení, PSF, optické vady, mikroskopy a teleskopy. Detekce vícerozměrných obrazových dat (3D, spektrálních, časových sérií). Automatizace pořizování obrazové informace. (PA172)
2. Digitální filtry. Diskrétní transformace a jejich optimalizační strategie; Rekurzivní filtrace; Dekonvoluce; Obrazové deskriptory; Ztrátová/neztrátová komprese obrazu; Video komprese; Řiditelné filtry. (PA171)
3. Digitální geometrie. Digitalizační modely (Gauss, Jordan, průsečíky s mřížkou). Odhad geometrických a topologických vlastností digitálních množin (délkové a plošné míry, Eulerova charakteristika), výpočet digitálních metrik (Euklidovské a geodetické) a jejich aproximace. (PA170)
4. Matematická morfologie. Vlastnosti morfologických operátorů (uspořádání, idempotence, apod.). Morfologická a algebraická otevření a uzavření. Granulometrie. Hit-or-miss transformace. Geodetické transformace a morfologická rekonstrukce. Morfologické filtry. Segmentace pomocí matematické morfologie. (PA173)
5. Zpracování obrazu pomocí minimalizace energie. Variační filtrování. Aktivní křivky a plochy (geodetický model, Chan-Vese model). Minimalizace pomocí grafových řezů. Variační optický tok. (PA166)
6. Zpracování obrazu pomocí PDE. Difúzní filtrování (lineární difuze, nelineární izotropní a nelineární anizotropní difuze). Level set metody (pohyb ve směru normály, pohyb řízený křivostí a pohyb ve vnějším vektorovém poli). Fast marching algoritmus. (PA166)
7. Geometrické algoritmy. Konvexní obaly, konstrukce ve 2D a 3D. Voroného diagramy, Delaunayovy triangulace, dualita, prostorové vyhledávání (datové struktury, algoritmy). (MA017, PA010, PA093)
8. GPU programování. Architektura, programovací model a optimalizace pro GPU. Paměťové hierarchie v GPU. Model paralelismu na GPU. Příklad jednoduché implementace. Příklady vhodných a nevhodných problémů pro akceleraci pomocí GPU. (PV197,PV227)
9. Umělá inteligence ve zpracování obrazu. Klasifikace obrazu (VGGNet, GoogLeNet, ResNet, SENet). Detekce objektů (R-CNN, Fast R-CNN, Faster R-CNN, YOLO). Segmentace obrazu (FCN, UNet, Mask R-CNN). Podmíněné a nepodmíněné generativní modely (autoregresivní modely, VAEs, GANs). Modely založené na konvolučních sítích a transformerech (attention, CNN vs. ViT). (PA228)

Specializace - Vývoj počítačových her

1. Grafické principy ve vývoji her. Příprava a vývoj scény (grayboxing, zástupné modely (placeholders)). Lokální a globální modely nasvícení. Vykreslování založené na fyzikálních modelech (PBR). Techniky optimalizace výkonu vykreslování (úrovně detailů, řešení viditelnosti objektů (culling), MIP mapy). (PB009, PA010, PA213, PV255)
2. Fyzikální principy ve vývoji her. Typy fyzikálních simulací a jejich využití ve hrách (tuhá tělesa, deformovatelná tělesa, částice). Dynamika tuhých těles (síly, tření). Objekty pro detekci kolizí (“colliders”, typy, limity), kolizní vrstvy. Detekce kolizí (diskrétní a spojitá detekce, obvyklé problémy, využití v herních mechanikách). (PV255)
3. Herní design I. Hra, videohra, desková hra, digitální hra, počítačová hra, hračka, hádanka, puzzle, divadelní hra. Typologie typů hráče, cílová skupina. Herní zážitek, herní smyčka, herní dynamika, herní mechanika. Herní zaháčkování (hook), herní kotva (anchor). Proces prototypování her, ověřování herního designu. Činnosti herní/ho designérky/a (kreativní, abstraktní, analytické, systematické, komunikační). (PA215, PA216)
4. Herní design II. Jednotka herního designu, návrh designu hry, designový dokument hry. Teoretické koncepty herní analýzy - magický kruh (Huizinga), kybertext (Aarseth), plynutí (flow; Csikszentmihalyi). Symetrické a nesymetrické (kompetitivní) hry, dominantní strategie. Narativ, vyprávění, příběh, hraní (gameplay). Tutoriál (návod/naučení), onboarding (organické/neinvazivní naučení hry), foreshadowing (před-naznačování). Testování herního zážitku (cílové skupiny (focus), obecné testování hry (play)). (PA215, PA216)
5. Vývoj her. Architektura herního engine (jednotlivé moduly a jejich význam). Herní rozhraní (fyzická, virtuální, typy vstupních a výstupních zařízení, mapování). Audio ve hrách (propagace zvuku ve scéně, digitální zvuk, PCM, latence, mixování zvuků). Síťová vrstva (přenosová rychlost, latence, obousměrné zpoždění, jitter a ztráta dat), metody redukce latence, TCP vs. UDP. (PV255)
6. Umělá inteligence v počítačových hrách. Pohyb, kinematický a dynamický pohyb. Hledání cest, algoritmy prohledávání grafu, A* s jeho datovými strukturami a heuristikami, reprezentace herního světa, hierarchické hledání cest. Rozhodování, rozhodovací stromy, stavové automaty, stromy chování, cílem orientované chování. Taktická a strategická umělá inteligence, navigační body a taktika, taktická analýza. Deskové hry, minimax algoritmy, Monte Carlo prohledávání. (PA217)
7. Vykreslování s využitím GPU. Principy OpenGL, souřadnicové prostory (prostor objektu, prostor světa, prostor kamery, ořezávací prostor a normalizovaný prostor zařízení). Typy shaderů a jejich použití ve hrách (vertex, fragment, geometry, compute, teselační). Technika stínových map. Principy odloženého stínování. Ambientní okluze v prostoru obrazovky. (PV227)
8. Principy 3D modelování. Modelování mnohoúhelníkových sítí (dělení povrchu, retopologie, high-poly vs. low-poly model). Grafický materiál (BSDF, albedo, metallic, roughness mapy). Texturování povrchů (mapování, unwrap, kontrola kvality mapování). Animace 3D modelu (dopředná a inverzní kinematika, rigging, skinning). (VV035)

Specializace - Počítačová grafika a vizualizace

1. Základy vizualizace. Základní metriky pro hodnocení kvality vizualizace, vizuální proměnné. Základní vizualizační techniky pro 1D, 2D, 3D a 4D data. Objemová data – vizualizace explicitních a implicitních povrchů. Geovizualizace – choropletové mapy, kartogramy. (PV251, PA214)
2. Metody vizualizace. Vizualizace multidimenzionálních dat – scatterplot matrix, paralelní souřadnice, skládání dimenzí. Vizualizace hierarchických struktur – treemaps, radiální techniky. Základní třídy interakčních technik, techniky používané v prostoru obrazovky, objektu, dat, datových struktur. (PV251,PA214)
3. Základy počítačové grafiky. OpenGL blokový diagram, GLSL – vertex a fragment shader. Vytvoření GLSL programu. Základní typy vstupních a výstupních proměnných. Druhy grafických primitiv. Vertex Buffer Objects a Vertex Array Objects. Princip rasterizace, framebuffer. Textury: mapování, filtrování, syntéza. (PB009, PA010, PV112, PV227)
4. Geometrické algoritmy. Konvexní obaly, konstrukce ve 2D a 3D. Voroného diagramy, Delaunayova triangulace, dualita, triangulace, triangulace s omezením. Prostorové vyhledávání (datové struktury, algoritmy). (MA017, PA093)
5. Techniky dělení prostoru a scény. Datové struktury (oct-, quad-, BSP-, k-d stromy), jejich konstrukce a údržba, používané heuristiky. Objemem ohraničující tělesa a jejich hierarchie, způsob konstrukce a použití. Detekce kolizí, vykreslování. (MA017, PA010, PA213)
6. Vykreslování objemových dat. Rekonstrukce povrchu - kontury, objem, bodový mrak. Algoritmus pochodujících kostek. Přímé vykreslování objemových dat. (PB009, PA010, PA213)
7. Lokální a globální modely osvětlení. Blinn-Phongův osvětlovací model, BRDF, sledování paprsků, radiosita, fotonové mapy, participující média. Vykreslování založené na fyzikálních modelech (PBR). Osvětlení založené na obrázku (IBL). (PB009, PV227, PA010, PA213)
8. Vykreslování v reálném čase. Ořezávání, techniky založené na viditelnosti, vykreslování s různou úrovní detailů (LOD rendering), vykreslování terénu. Stíny: tvrdé stíny, měkké stíny, techniky vykreslování stínů v prostoru scény a v obrazovém prostoru. (PA010, PA213)
9. Zpracování obrazu pomocí minimalizace energie. Variační filtrování. Aktivní křivky a plochy (geodetický model, Chan-Vese model). Minimalizace pomocí grafových řezů. Variační optický tok. (PA166)
10. Zpracování obrazu pomocí PDE. Difúzní filtrování (lineární difuze, nelineární izotropní a nelineární anizotropní difuze). Level set metody (pohyb ve směru normály, pohyb řízený křivostí a pohyb ve vnějším vektorovém poli). Fast marching algoritmus. (PA166)

Specializace - Grafický design

1. Historie grafického designu. Návaznost historických milníků oboru na tiskové techniky: vynález knihtisku, litografie, serigrafie, ofsetu, digitálního tisku. Významní tvůrci. Historie plakátu, firemního stylu, vizuálně informačních systémů, knihy. Vznik počítačové grafiky a vliv na grafický design. (PV123,PV078)
2. Bauhaus a mezinárodní typografický styl. Umělecké směry a hnutí 19. – 20. století ovlivňující vznik a tvorbu umělecko-průmyslové školy Bauhaus. Bauhaus v letech 1919 – 1933. Ředitelé a vyučující působící v Bauhausu. Významní tvůrci a průkopníci grafického designu 1. poloviny 20. století, jejich vliv na současnou podobu grafického designu. (PV123,PV078)
3. Písmo I. Základní pojmy a tvorba písma. Základní pojmy: znak, jeho druhy a části, písmová osnova, typy a druhy písem, písmová rodina. Tvorba písma dříve a dnes, počítačový font a jeho editory, současní významní tvůrci písem a písmolijny. (PV123,PV084)
4. Písmo II. Klíčová období ve vývoji písma, významní tvůrci písem různých historických období. Klasifikace písem, Solperova klasifikace (statický×dynamický princip, serifová×bezserifová písma, písma kaligrafická a volně psaná). (PV123,PV084)
5. Typografie I. Původní a současný pojem typografie. Kuželka, stupeň písma, typografické měrné systémy. Sazba a její druhy, sazební obrazec a jeho konstrukce. Odstavec, jeho oddělování a zarovnání, parchanty. Sazební editory. (PV123,PV066)
6. Typografie II. Klíčová období ve vývoji typografie od vynálezu knihtisku po současnost. Významní teoretici typografie. Pravidla sazby: dělení slov, jednoznakové předložky, mezery, uvozovky, číslice. Pravidla sazby v angličtině. Typografické korektury dříve a nyní. (PV123,PV066)
7. Vizuální komunikace. Definice vizuální komunikace. Neverbální komunikace, fenomén uncanny valley. Reprezentace, eidetická redukce. Znak, triadický model znaku podle Ch. S. Peirce, ikona, index, symbol. Teorie mýtu podle Rolanda Barthese. Principy tvarové psychologie. (PV123)

Poznámky