Master's Thesis

Visualization of Shadow Map in Blender for Education

Final Thesis 8.91 MB

Author of thesis: Bc. Emma Krompaščíková

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Tomáš Milet, Ph.D.

Reviewer: Ing. Tomáš Chlubna, Ph.D.

Abstract:

This thesis focuses on the creation of a tool to support the study of shadow mapping algorithms in computer graphics, which are often challenging for students due to their abstract nature. The aim of the thesis is to design and implement an educational tool within the Blender environment that demonstrates shadow generation principles through five interactive visualization modules. The developed add-on allows users to experiment with rendering parameters in real time, thereby improving their understanding of the relationship between theory and the resulting image. The thesis also includes user testing conducted with students, aiming to evaluate the educational benefits and usability of the proposed solution.

Keywords:

shadow map, shadows, Blender, add-on, rendering, 3D lighting, visualization, educational tool

Date of defence

23.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaCznamka

Grading

C

Process of defence

Studentka nejprve prezentovala výsledky, kterých dosáhla v rámci své práce. Komise se poté seznámila s hodnocením vedoucího a posudkem oponenta práce. Studentka následně odpověděla na otázky oponenta a na další otázky přítomných, např. nutnosti zpětně ověřovat přítomnost bodů ve stínu, důvody zpětného průchodu paprsku či použitelnosti realizačního výstupu ve výuce (ohlasy ze strany studentů). Komise se na základě posudku oponenta, hodnocení vedoucího, přednesené prezentace a odpovědí studentky na položené otázky rozhodla práci hodnotit stupněm C - dobře.

Topics for thesis defence

  1. Připravte si vysvětlující obrázek k textu v sekci 3.3.3, zejména ohledně věty: „This prevents lit faces – such as the front wall of a cube facing the sun – from incorrectly appearing as shadow points.“

Language of thesis

English

Faculty

Department

Study programme

Information Technology and Artificial Intelligence (MITAI)

Specialization

Bioinformatics and Biocomputing (NBIO)

Composition of Committee

doc. Ing. Petr Matoušek, Ph.D., M.A. (předseda)
doc. Ing. Tomáš Martínek, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Zbyněk Křivka, Ph.D. (člen)
Ing. Ivana Burgetová, Ph.D. (člen)
Ing. Matěj Grégr, Ph.D. (člen)
Ing. Šárka Květoňová, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Tomáš Milet, Ph.D.

Realizovaný vizualizátor je užitečný. Studentka nekonzultovala pravidelně, ale spíše až ke konci, když začalo jít do tuhého. Ale v náporu stresu práci zvládla.

Evaluation criteria Verbal classification
Informace k zadání

Cílem práce je vizualizátor, který bude využit v předmětech IZG a PGR. Zadání je průměrně obtížné. S výsledky práce jsem spokojen.

Aktivita při dokončování

Aktivita při dokončování byla mnohonásobně lepší než v průběhu celého roku.

Publikační činnost, ocenění

Práci budu využívat při výuce.

Práce s literaturou

Studentka využila doporučenou literaturu a našla si další zdroje informací.

Aktivita během řešení, konzultace, komunikace

Studentka první část roku téměř nekonzultovala. Ke konci se svou prací párkrát přišla.

Points proposed by supervisor: 70

Grade proposed by supervisor: C

Reviewer’s report
Ing. Tomáš Chlubna, Ph.D.

Výsledný addon je kvalitně zpracován, textová zpráva obsahuje menší množství nedostatků, zejména z pohledu struktury.


Realizační část práce včetně měření je v pořádku. Addon má praktické využití ve výuce. Text je místy hůře čitelný díky nestandardní struktuře. Z formálního hlediska se v textu nachází několik nekritických nedostatků.

Evaluation criteria Verbal classification Points
Rozsah splnění požadavků zadání

Evaluation level: zadání splněno

Všechny body zadání byly splněny.

Rozsah technické zprávy

Evaluation level: je v obvyklém rozmezí

Zpráva je informačně hodnotná a dostatečně popisuje práci.

Popis problematicky je podrobný a doplněn jasnými obrázky. Text také zajímavě popisuje teorie optimální výuky a přenosu informace (sekce 2.3), ze kterých také vychází v návrhu vizualizací. 

V několika málo případech se informace nachází redundantně, např. informace o použitých barvách v seznamech na str. 46 a 47.

Prezentační úroveň technické zprávy

Strukturou se zpráva odchyluje od standardního formátu.

Kapitola 3 je spojením návrhu, implementace a měření. Toto spojení není příliš vhodné. Jelikož chybí samostatná návrhová kapitola, tak popis zdrojových souborů s kódem na začátku kapitoly 3 působí chaoticky. Spojení kapitol je lehce kompenzováno tím, že popis jednotlivých vytvořených modulů je vždy rozdělen na podsekce návrhu a implementace. Kapitola testování mohla být rovnou oddělena počínajíc sekcí 3.7. Nedodržení standardního formátu se nezdá být opodstatněné. 

78
Formální úprava technické zprávy

Text je z typografického hlediska na dobré úrovni, zatížen jen menšími nedostatky.

V textu nejsou patrné překlepy ani chyby a je dodržen technický odborný styl. Jen jednou se nachází v textu zkrácený tvar didn’t, který by bylo lépe rozepsat. V úvodu mohly být použity klikací číselné odkazy na popisované kapitoly a také mohl být zkrácen, aby se vlezl na jednu stranu (přesahuje o 4 řádky). Text na str. 5 a jinde je místy neobvykle zalomen a zdá se být kombinací klasických odstavců a odrážek seznamu. Seznam na str. 16 není uveden větou. Odrážky v seznamu na str. 42 nejsou odděleny interpunkcí. Některé jednovětné odstavce zbytečně fragmentují text (např. str. 22).

Rovnice uvedené větou nejsou správně ohraničeny interpunkcí. Rovnice 2.6 není ani odkazována ani zahrnuta do věty. U rovnice 2.4 a 2.6 je použita funkce vis, která nekonzistentně jednou přijímá jako argument vektor a jindy zase dvě hodnoty souřadnic. Obrázky v textu jsou pěkné, některé převzaté mohly být převedeny do vektorové podoby. Originální obr. 3.2 se zdá být zvláštní kombinací rastrového a vektorového formátu.

85
Práce s literaturou

V práci je citováno 26 relevantních zdrojů na vhodných místech. Většina zdrojů spadá do odborné literatury, 10 spíše ne.

Zdroj [2] je odkazem na interaktivní demo. Zdroje [4, 6, 7] jsou odkazy na popisy jednotlivých funkcí Blenderu. Zdroje [15, 16, 19, 25] jsou programovací tutoriály. Tyto zdroje by bylo lépe uvádět jako poznámky pod čarou. Zdroje [18, 21] jsou odkazy na přednáškové slidy a mohly být nahrazeny odbornou literaturou. Některé citace jsou neúplné, např. chybí DOI.

81
Realizační výstup

Addon je plně funkční a dobře demonstruje vybranou stínovací metodu a její rozšíření.

Vizualizace jsou názorné, hezké a podporují interaktivní změny ve scéně. Nástroje jsou snadno spustitelné a použitelné a obsahují různá nastavení a parametry. Addon selhává při spuštění vizualizace v Blenderu 5.1.2 (Linux). Ve verzi 5.0.1 funguje. Kódy jsou přehledné, mohly snad jen být lépe uspořádány, zejména soubor __init__.py.

Měření bylo provedeno velmi podrobně s 11 účastníky, rozdělenými do 3 skupin podle znalostí v oboru počítačové grafiky. Na základě zjištěných výsledků byly ještě provedeny změny v implementaci a definovány případné budoucí rozšíření.

93
Využitelnost výsledků

Addon se jeví jako velmi dobrý pro výukové účely. Pravděpodobně bude i aktivně využit při výuce počítačové grafiky jako interaktivní demo.

Není uvedena informace o zveřejnění výsledku, bylo by vhodné jej zveřejnit jako open-source software.

Náročnost zadání

Evaluation level: průměrně obtížné zadání

Práce zahrnuje studium existující stínovací metody a programovacího prostředí editoru Blender.

Vizualizace využívá techniky, které nabízí samotný editor. Bylo také nutné klást důraz na dobrý návrh celé vizualizace kvůli zaměření na výuku.

Topics for thesis defence:
  1. Připravte si vysvětlující obrázek k textu v sekci 3.3.3, zejména ohledně věty: „This prevents lit faces – such as the front wall of a cube facing the sun – from incorrectly appearing as shadow points.“
Points proposed by reviewer: 88

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová