Computergrafik und Bildverarbeitung

Transkript

1 Computergrafik und Bildverarbeitung Einleitung 1

2 Organisation Gemeinsame Veranstaltung der Dozenten Prof. Dr. Michael Bender (i.d.r. Montags) Prof. Dr. Uwe Tronnier (Mittwochs) 4 SWS VL: Mo. und Mi. März bis Mai ÜB: Mo. und Mi. Juni / Juli ECTS 5 ECTS Punkte entspricht 150 Arbeitsstunden 150 4*16 (VL+ÜB) 3*8 (Prüf.) = 62 Eigenarbeit 2

3 Organisatorisches Dozent VL Ü / P Bender Tronnier Montag Mittwoch Thema Montag Mittwoch Thema Einführung Einführung Optik, Aliasing HW, Rastergrafik, Aliasing Kamara, Grabber, Aliasing Koordinatensysteme, Koordinatentransf Koordinatensysteme, Koordinatentransf Rasterkoordinaten, TF Projektion, Windowing, Clipping, Culling Rasterkoordinaten, TF Repäsentation, Modellierung, polygonale DS Morphing / Interpolation Repäsentation, Modellierung, polygonale DS Punkt Op's Repäsentation, Modellierung, polygonale DS Punkt Op's Visibilität, Beleuchtung, Schattierung Farbbilder / Bildformate Histogramme Visibilität, Beleuchtung, Schattierung Beleuchtung Visibilität, Beleuchtung, Schattierung Hintergrundkompensation Einführung in OpenGL Optik / Bildaufn Erste Schritte in OpenGL Bildaufn. / Beleucht Geometrische Primitive in OpenGL Punkt Op's Transformationen und Hierarchien in OpenGL Histogramme / Hintergund Beleuchtung in OpenGL Koordinatentransf. 3

4 Prüfungsleistung Die Prüfung wird durch erfolgreiche Teilnahme an der Klausur erbracht. Teilnahmevoraussetzung für die Klausur ist eine Prüfungsvorleistung. Die Prüfungsvorleistung ist erbracht ist erbracht wenn folgende Kriterien erfüllt sind: Teilnahme an 100% der Übungstermine. Versäumte Termine müssen beim Dozenten oder Assistenten nachgeholt werden. Die Bearbeitung der Übungsaufgaben erfolgt in 2er Teams. Alle Übungsaufgaben eines Übungsblatts müssen sinnvoll bearbeitet werden. Die Übungsblätter werden in den letzten 5 Wochen der Veranstaltung bearbeitet. Die Ausgabe erfolgt mit 14-tägigem Vorlauf. Die Abgaben erfolgen im Wochenturnus jeweils ein Blatt Schwerpunkt CG und ein Blatt Schwerpunkt BV. Die erfolgreiche Bearbeitung einer Übungsaufgabe setzt eine Vorbereitung der Teams voraus! Die Vorbereitung der Teams auf die jeweilige Aufgabe wird durch Stichproben während der Übung überprüft! Jedes Team kann im Verlauf des Semesters genau ein Übungsblatt in einem Nachtermin nachholen. 4

5 Lernziele Grundlegendes Verständnis grafikbasierter Computerund Anwendungssysteme. Wie? Einordnen grafikbasierter Systeme durch Betrachtung der Gemeinsamkeiten und Unterschiede generative und bildbasierte Verfahren Was? Physikalische Aspekte, Hardwarekomponenten Mathematischen Verfahren Womit? Theoretisch in der VL behandelt Vertiefung in abschließenden Laborübungen 5

6 Grafik mit dem Computer Rendering Visualisierung Animation Bildanalyse Bildbearbeitung Hardware Grafikkarten DigiCams Video Film effects Koordinaten 2D / 3D Vektorrechnung Matrixmultiplikation Abtastproblem Optik Auflösung Filterung Fouriertransformation Farbe Licht und Beleuchtung Bildformate / Kompression Interaktivität 6

7 Literatur Bildverarbeitung Steinbrecher; Bildverarbeitung in der Praxis; Oldenbourg Abmayr; Einführung in die Bildverarbeitung; Teubner Hermes; Digitale Bildverarbeitung; Hanser Kopp; Bildverarbeitung interaktiv; Teubner Bässmann, Kreyss; Bildverarbeitung Ad Oculos; 3. Auflage; Springer Tönnies; Grundlagen der Bildverarbeitung; Pearson Gonzales / Woods; Digital Image Processing; Addison Wesley Jähne; Digitale Bildverarbeitung; Springer : Bibliothek; : Gut; : Wichtig; : Gibt einen schnellen Überblick; : Vergriffen; : online verfügbar; : Schwierigkeitsgrad 7

8 Literatur Computergrafik Bender M., Brill M.: Computergrafik, Ein anwendungsorientiertes Lehrbuch, 2. Auflage, Hanser Watt A.: 3D Computer Graphics, Addison-Wesley, third edition, Watt A., Watt M.: Advanced Animation and Rendering Techniques, Addison- Wesley, Angel E.: Interactive Computer Graphics A top-down approach with OpenGL, Addison-Wesley, Wolfe R.: 3D Graphics A Visual Approach, Oxford University Press, Watt A.: 3D-Computergrafik, Addison-Wesley, Übersetzung der dritten Auflage, Foley J., van Dam A., Feiner S., Hughes J.: Computer Graphics Principles and Practice, Addison-Wesley, second edition, : Bibliothek; : Gut; : Wichtig; : Gibt einen schnellen Überblick; : Vergriffen; : online verfügbar; : Schwierigkeitsgrad 8

9 CG versus BV Computergrafik Macht (hoffentlich schöne) Bilder auf Basis von (rechnerinternen) Modellen Bildverarbeitung Hat die Bilder schon Eigentlich genau das Gegenteil von CG Analysiert Bilder Kann auch Bilder aufpeppen Auch Videobearbeitung nutzt BV Verfahren verändern Repräsentation im Rechner "Modell" Realität Visualisierung CG-Algorithmus EBV Bild verändern Repräsentation im Rechner "Modell" 9

10 Bildbearbeitung, Bildverarbeitung 10

11 Foto / Video Funktionen zur Bildbearbeitung Z.B. Zauberstab zur Objektfreistellung Videobearbeitung Z.B. Filter zur Überblendung 11

12 Anwendung Automatisierung / QM Füllkontrolle von Medikamentenpackungen Qualitätskontrolle in der Platinenfertigung 12

13 Erkennung von Bildinhalten Inhaltsbasierte Bilddatenbanken im Web Z.B. Fire - Flexible Image Retrival Engine Gestenerkennung 13

14 Weitere Anwendungsfelder Zeichen- / Schrifterkennung Computertomografische Verfahren 14

15 Suche nach Bedeutung = Natur? = Karibik? Notizen: 15

16 Suche nach Bedeutung Notizen: 16

17 Reduktion Notizen: 17

18 Bildbearbeitung / Bildverarbeitung Bildbearbeitung Meist interaktive Manipulation von Bildinformation mit dem Ziel der medientechnischen Nutzung Bildverarbeitung 1. Automatische Verarbeitung von Bildern mit dem Ziel der Informationsgewinnung 2. Bezeichnung der wissenschaftlichen Disziplin zur Methodik der Verarbeitung digitaler Bildinformation (Umfasst insb. Methoden und Algorithmen der Bildbearbeitung) Fazit: 18

19 Computergrafik grobe Einordnung der Begriffe Computergrafik, Graphische Datenverarbeitung, computer graphics: - Synthese von Bildern mit Hilfe des Rechners - Erzeugung eines Bildes (einer Bitmap) aus einer (geometrischen) Beschreibung einer Szene - bei zeitabhängigen Szenenbeschreibungen: Animation - Ausgabemedien: Bildschirm, Drucker, Plotter, Fräser, Projektor(en),... 19

20 Computergrafik (cont.) Die Disziplin der Computergrafik beschäftigt sich u. a. mit: Repräsentation (Datenstrukturen!) und Verarbeitung (Algorithmen!) geometrischer, dreidimensionaler Objekte im Rechner Berechnung von Bilddarstellungen aufgrund solcher Datenstrukturen (bis hin zu foto-realistischen Bildern), das sog. Rendern Grafik-Hardware, Grafik-Software grafisch-interaktive Systeme 20

21 Computergrafik (cont.) Jim Blinn, SIGGRAPH98 Keynote Address, Computer Graphics 33(1), pp Modeling is figuring out the shape of it - Rendering is how to make a picture of it - Animation is figuring out how it moves with time 21

22 Computergrafik (cont.) Hinzu kommen Anwendungsgebiete, insbesondere: - Visualisierung von Informationen (scientific/information visualization) - Konstruktion, CAD (Computer Aided Design) - Fertigung, CAM (Computer Aided Manufacturing) - Benutzeroberflächen - virtuelle Umgebungen - Computerspiele 22

23 Computergrafik (cont.) Software-Architekturen: 3D-Anwendung Anwendungsumgebung high-level 3D-API low-level 3D-API Hardware 23

24 Computergrafik (cont.) Software-Architekturen (cont.): Hardware: z. B. Grafikbeschleuniger, Maus low-level 3D-API: z. B. OpenGL, Direct3D high-level 3D-API: z. B. OpenInventor, Java3D Anwendungsumgebung: z. B. 3D Studio Max, Maya 24

25 Computergrafik (cont.) 3D Studio MAX 25

26 Computergrafik (cont.) Lightscape professioneller Radiosity-Renderer 26

27 Computergrafik (cont.) OpenGL void display() { glclear(gl_color_buffer_bit GL_DEPTH_BUFFER_BIT); // clear buffers glloadidentity(); // reset modelview matrix // define light, light model, set headlight... // viewing transformations... // modelling and viewing transformations // define and assign material... gltranslatef(25.0, 0.0, 0.0); glutsolidsphere(25.0, 20, 20); // main cell, 50m gltranslatef(25.0, 0.0, 0.0); for(int i=1; i<=11; i++) // 11 segments, 11*28m=308m { drawssdsegment(); if(i==7) // // push, translate, rotate, draw disk, pop... } drawssdengine(); // engine, 60m drawssdboosters(); // boosters, 20m glutswapbuffers(); // swap framebuffers } 27