1. Einführung in die Computergraphik Wer braucht Computergraphik Komponenten von Computergraphik-Software 4

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1 Index Einführung in Visual Computing Kapitel 1, Vs.13 emptyvi, informatik-forum.at 1. Einführung in die Computergraphik Wer braucht Computergraphik Komponenten von Computergraphik-Software 4 2. Einführung in Computer Vision Was ist Visual Computing Definition Computer Vision Mensch vs. Computer Vision Plenoptische Funktion Camera Obscura / Lochkamera 8 3. Bildaufnahme Das menschliche Auge Perspektivische Projektion Linsen Tiefenschärfebereich (DOF) Radiometrie Sampling Bildsensoren Farbe auf CCD Sensoren Ideale vs. Reale Kamera Farbe Was ist Farbe Kolorimetrie Farbfehlsichtigkeit Farbmodelle CIE 1931 XYZ-Farbmodell RGB-Farbmodell CMY-Farbmodell HSV- und HLS- Farbmodelle Farbsymbolik Bildcodierung und Kompression Digitales Bild-Dateiformat Raster-Bildformate Vektor-Bildformate Bildkompression Verlustfreie Kompression Verlustbehaftete Kompression JPEG Diskrete Cosinus Transformation Video Kompression Rasterisierung Linienalgorithmen DDA-Verfahren Bresenham-Verfahren Attribute Attribute von (Punkten und) Linien Attribute von Text Attribute von (2D-) Polygonen und Flächen Baryzentrische Koordinaten Dreiecke rasterisieren Berechnung der baryzentrischen Koordinaten Was ist bei einem Polygon innen? 24

2 7. Polygonfüllen Einschub: Verkettete Listen Scannlinien-Flächenfüllen Floodfill-Algorithmus verbunden versus 8-verbunden Rekursive Implementierung Beispiel Behandlung von 3D Polygonen Graphikpipeline, Objektrepräsentationen Graphikpipeline Einschub: Graphen und Bäume Polygon-Listen (B-Reps) Constructive Solid Geometry (CSG) Ray-Casting von CSG-Objekten Quadtrees und Octrees Andere Objektrepräsentationen Szenengraphen Geometrische Transformationen Einfache 2D-Transformationen Translation (Verschiebung) Rotation (Drehung) Skalierung (Vergrößerung oder Verkleinerung) Reflexion (Spiegelung) Homogene Koordinaten D Transformationen Viewing Viewing in der Graphik-Pipeline Viewport-Transformation Projektionstransformation Kamera-Transformation Orthographisches Viewing Perspektive Point Operations Was sind Punktoperationen Identitätsfunktion und Invertierung Schwellwertoperation Kontrast und Helligkeit Histogramm Histogrammnormalisierung Histogrammequalisierung Local Operations Nachbarschaften Was sind lokale Operationen Lineare Filter Tiefpassfilter Differenzfilter Bildrandproblem Formale Eigenschaften linearer Filter Nicht-lineare Filter 48

3 13. Local Operations Edge Filtering Bildschärfung Kanten Gradienten-basierte Kantendetektion Kantendetektionsfilter Kantendetektion mit zweiten Ableitungen Canny Operator Global Operations Bildtransformationen Fourier-Transformation Diskrete Fourier-Transformation (DFT) Hough-Transformation Hough-Transformation für Linien Weitere Hough-Transformationen Image Segmentation Segmentierung Punktorientierte Segmentierungsverfahren Schwellwerte Kantenorientierte Segmentierungsverfahren Regionenorientierte Segmentierungsverfahren Relaxation Labelling Region Growing Split & Merge Multiscale Representations Multiskalenanalyse Abtastung Bildskalierung Bildpyramiden Gaußpyramide Laplacepyramide Image Features Interest Points Bildmerkmale Kantenerkennung Interest Points Eckendetektion Moravec-Eckendetektor Harris Eckendetektor Scale-Invariant Feature Transformation (SIFT) Finden von Interest Points Skalierung Finden von Interest Points Position Finden von Interest Points Orientierung Erstellen einer Beschreibung der Merkmale Stereo and Motion Stereo Vision Stereoskopie Disparität Normalfall Epipolargeometrie Korrespondenzproblem Regionenbasiertes Matching Merkmalbasiertes Matching Structure-from-Motion Bewegungsfeld Bewegungsfeldbestimmung (Optischer Fluss) 72

4 19. Clipping und Antialiasing Linien-Clipping Clippen von Linien: Cohen-Sutherland-Verfahren Polygon-Clipping Clippen von Polygonen: Sutherland-Hodgman-Verfahren Clipping von Dreiecken Clipping in Clipkoordinaten Aliasing und Antialiasing Antialiasing von Linien Antialiasing von Polygonkanten Sichtbarkeitsverfahren Backface Detection (Backface Culling) Z-Puffer-Verfahren (Depth Buffer) Scanline-Methode Depth-Sorting-Methode Area-Subdivision-Methode Octree-Methode Ray-Casting Klassifizierung der Verfahren Beleuchtung und Schattierung Lichtquellen und Oberflächen Lichtquellen Objektoberflächen Ein einfaches Beleuchtungsmodell Hintergrundlicht (Ambientes Licht) Lambert'sches Gesetz Glanzpunkte (Specular Highlights) Schattierung von Polygonen Flat-Shading Gouraud-Schattierung Phong-Schattierung Ray-Tracing Das Ray-Tracing Prinzip Korrekte Sichtbarkeit und Schattierung Schatten Spiegelbilder Transparenz Rekursion Perspektive Ray-Tracing Implementierung Schnitte zwischen Strahlen und Objekten Schnitt Strahl-Kugel Schnitt Strahl-Polygon Ray-Tracing Beschleunigung Objektumgebungen Raumteilungs-Methoden Globale Beleuchtung: Radiosity Die Radiosity Gleichung Berechnung der Formfaktoren Fortschreitende Verfeinerung Aspekte von Radiosity 92

5 24. Texturen Environment Mapping Texture Mapping Erzeugung einer Textur Textur-Objekt-Transformation Viewing und Projektionstransformation Anti-Aliasing für Texturen Texturen auf perspektivisch verzerrten Dreiecken Solid Texturing Bump Mapping und Displacement Mapping Bump-Mapping-Algorithmus Displacement Mapping Kombination mehrerer Mappings Kurven und Flächen Quadratische Flächen Kurven Kubische Spline-Interpolation Hermite-Interpolation Bézier-Kurven B-Spline-Kurven Freiformflächen Bézier- und B-Spline-Flächen Computational Photography Computational Photography Lichtfeld High Dynamic Range (HDR) Fotomontage/Komposition Image Inpainting Warping Bildmosaik Morphing 104