Graphische Datenverarbeitung I WS 2017/2018
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- Pia Beck
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1 Graphische Datenverarbeitung I WS 2017/2018 Prof. Dr. techn. Dieter Fellner M.Sc. Roman Getto Roman.Getto@gris.informatik.tu-darmstadt.de
2 Übersicht der Einführungsvorlesung Ziele und Organisatorisches Vielfältigkeit der Computergraphik Vorlesungsinhalt im Überblick GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 2
3 Ziele und Voraussetzungen Einführung in die Grundlagen der Computergraphik, insbesondere 3D Graphik-Pipeline (CPU und GPU) Ein- und Ausgabegeräte Rendering mit OpenGL Beleuchtungsmodelle Fotorealismus: Ray Tracing, Radiosity Aktuelle Entwicklungen in der Computergraphik Voraussetzungen Visual Computing (ehemals HCS) Programmierkenntnisse Grundlegende Algorithmen und Datenstrukturen Lineare Algebra GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 3
4 GDV I im Kontext Visual Computing (ehemals Human Computer Systems) Grundlagen aus der Vision und Graphik Graphische Datenverarbeitung I Grundlagen des Rendering, kurzer Einblick in aktuelle Entwicklungen Graphische Datenverarbeitung II Geometrieverarbeitung Oberflächenrepräsentationen und Visualisierung weiterführende Spezialvorlesungen mit aktuelle Themen, z.b GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 4
5 Informationen zur Vorlesung Montags 9:50 11:30 Uhr in Raum 074 im IGD Gebäude (S3 05) V2 Ü2 (4SWS) 6 Credits Alle relevanten Materialien im Informatik Moodle: Weihnachtspause: Letzte Vorlesung 2017: Erste Vorlesung 2018: GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 5
6 Informationen zur Übung Dienstags 9:50 11:30 Uhr in Raum 074 im IGD Gebäude (S3 05) Vorstellung der Übungsaufgaben und der Lösungsvorschläge 4 Theorie- und 4 Praxisaufgaben (Bearbeitungszeit: 2-3 Wochen) Wöchentliche Abgaben Testate der Praxisaufgaben Erste Übung am (Keine Übung in der ersten Woche): OpenGL Einführung Übungsablauf Gruppenbildung GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 6
7 Übungsgruppen Gruppen mit 3-5 Personen Anmeldungen bitte mit Namen und Matrikelnummer an: Gruppenfindung: In der nächsten Übungsstunde ( ) Über das Forum zur Gruppensuche in Moodle GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 7
8 Anlaufstellen Fragen zum Vorlesungsinhalt oder zu Übungsaufgaben Moodle Forum Übungsstunden Organisatorische Fragen Moodle Probleme GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 8
9 Informationen zur Klausur Schriftliche Klausur Keine eingeschränkte Klausurteilnahme Anmeldung je nach Studienordnung erforderlich! (TUCaN,...) Bekanntgabe der Note über TUCaN 90 Minuten, breites Spektrum, Details in der Klausurvorbereitung Voraussichtlich: Donnerstag, der , Uhr, Raum S202/C205 Bonussystem Bonuspunkte auf Theorie- und Praxisaufgaben Kontrolle der Beiträge der einzelnen Gruppenmitglieder (z.b. im Testat) Nur bei rechtzeitiger Abgabe Verbesserung der Klausurnote bis zu 0.7 Nur für diese Vorlesung und dieses Semester GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 9
10 Literatur Real-Time Rendering Tomas Akenine-Möller, Eric Haines, Naty Hoffman A.K. Peters Ltd., 3rd edition ISBN GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 10
11 Literatur Fundamentals of Computer Graphics Peter Shirley A.K. Peters Ltd., 3rd edition ISBN Google Books Link GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 11
12 Literatur Ray Tracing from the Ground Up Kevin Suffern A.K. Peters, 2007 ISBN weitere Literatur wie z.b. Aktuelle Veröffentlichungen werden in der Vorlesung bekanntgegeben und ist verfügbar im Internet, der IGD Bibliothek, GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 12
13 Übersicht der Einführungsvorlesung Ziele und Organisatorisches Vielfältigkeit der Computergraphik Vorlesungsinhalt im Überblick GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 13
14 Wichtige Aspekte der Computergraphik Bildverarbeitung Modellierung Rendering Simulation Visualisierung Graphikhardware Ein- und Ausgabegeräte Benutzerschnittstellen Digitalisierung Nicht alle Aspekte werden in GDV1 behandelt Perception/Wahrnehmung GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 14
15 Bildverarbeitung Kunstfilter GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 15
16 Bildverarbeitung Textursynthese Muster Tiling: wiederholendes Muster Synthese: individuelles Muster GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 16
17 Bildverarbeitung Textursynthese z.b. Patch-based Texture synthesis GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 17
18 Bildverarbeitung - Dehazing Single Image Dehazing, Raanan Fattal, SIGGRAPH GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 18
19 Bildverarbeitung Image Descriptors and Retrieval GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 19 A descriptor for large scale image retrieval based on sketched feature lines Mathias Eitz, EUROGRAPHICS SBIM (2009)
20 Bildverarbeitung - Objekterkennung GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 20
21 Wichtige Aspekte der Computergraphik Bildverarbeitung Modellierung Rendering Simulation Visualisierung Graphikhardware Ein- und Ausgabegeräte Benutzerschnittstellen Digitalisierung Perception/Wahrnehmung GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 21
22 Modellierung GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 22
23 Modellierung - Sketching GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 23
24 Modellierung Prozedurale Modelle (GML) Variierte Wiederholungen Semantische Modelle und Parametrisierungen Trennung von Stil und Struktur Mathematische Modelle GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 24
25 Modellierung - Punktwolken GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 25 Computing and Rendering Point Set Surfaces, Alexa et al., TVCG 9(1) Jan 2003
26 Wichtige Aspekte der Computergraphik Bildverarbeitung Modellierung Rendering Simulation Visualisierung Graphikhardware Ein- und Ausgabegeräte Benutzerschnittstellen Digitalisierung Perception/Wahrnehmung GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 26
27 Rendering GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 27
28 Rendering GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 28
29 Rendering GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 29
30 Ray Tracing GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 30
31 Radiosity, Globale Beleuchtung GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 31
32 Nicht-Photorealistisches Rendering GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 32
33 Real Time Rendering Cel Shading GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 33
34 Real Time Rendering Dynamic Scenes GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 34
35 Real Time Rendering LOD, Subdiv, Bump Mapping Froblins H264 HD AMD DirectX 10.1 Demo GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 35
36 DirectX 11 Demo Heaven Benchmark (Unigine) GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 36
37 Rendering Fake or Photo? GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 37
38 Rendering Fake or Photo? GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 38
39 Rendering Fake or Photo? GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 39
40 Rendering Fake or Photo? GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 40
41 Rendering Fake or Photo? GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 41
42 Rendering Fake or Photo? GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 42
43 Rendering Fake or Photo? GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 43
44 Rendering Fake or Photo? GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 44
45 Rendering Fake or Photo? GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 45
46 Rendering Fake or Photo? GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 46
47 Rendering Fake or Photo? GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 47
48 Rendering Fake or Photo? GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 48
49 Rendering Fake or Photo? GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 49
50 Rendering Fake or Photo? CG CG Photo Photo CG Photo CG Photo CG CG Photo Photo GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 50
51 Wichtige Aspekte der Computergraphik Bildverarbeitung Modellierung Rendering Simulation Visualisierung Graphikhardware Ein- und Ausgabegeräte Benutzerschnittstellen Digitalisierung Perception/Wahrnehmung GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 51
52 Simulation Partikel GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 52
53 Simulation Partikel GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 53
54 Simulation Festkörper GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 54
55 Simulation Festkörper Mesh Deformation: Subspace Self-Collision Culling: GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 55
56 Wichtige Aspekte der Computergraphik Bildverarbeitung Modellierung Rendering Simulation Visualisierung Graphikhardware Ein- und Ausgabegeräte Benutzerschnittstellen Digitalisierung Perception/Wahrnehmung GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 56
57 Visualisierung Volume Rendering GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 57
58 Visualisierung Scientific Visualization GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 58
59 Wichtige Aspekte der Computergraphik Bildverarbeitung Modellierung Rendering Simulation Visualisierung Graphikhardware Ein- und Ausgabegeräte Benutzerschnittstellen Digitalisierung Perception/Wahrnehmung GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 59
60 Graphikhardware historische Hardware UNC PixelFlow-System SGI O2 SGI Onyx GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 60
61 Graphikhardware moderne Hardware (unified shader model) GPU Architektur (Beispiel GF100) PC-Graphikkarten GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 61 GPC: graphics processing cluster (4) SM: shader multiprocessor (16) 512 Cuda Cores Eyefinity
62 Graphikhardware Intel Core i5 750: 774 Mio. Transistoren, 21 GB/s Speicherbandbreite, 70 GFLOPS Intel Core i7 980x: 1.17 Mill. Transistoren, 25 GB/s Speicherbandbreite, 153 GFLOPS NVIDIA GTX 460: 1.95 Mill. Transistoren, bis zu 115 GB/s Speicherbandbreite, 900 GFLOPS NVIDIA GTX 480: 3 Mill. Transistoren, bis zu 177 GB/s Speicherbandbreite, 1344 GFLOPS GPU-Programmiermodelle werden flexibler Vor 2001: register combiners Ab 2001: DirectX8, GeForce3, in assembler programmierbare Graphik-Pipeline Ab 2002: C-ähnliche Hochsprachen für GPUs (HSLS, cg, GLSL), Unterstützung von Kontrollstrukturen, Schleifen, Ab 2007: Nvidia CUDA für general purpose gpu (GPGPU), Anwendungen für Graphic, Biologie, Physik, Chemie, Kryptographie, 2009: angekündigte APIs für Raycasting, NVIDIA PhysX, etc GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 62
63 Wichtige Aspekte der Computergraphik Bildverarbeitung Modellierung Rendering Simulation Visualisierung Graphikhardware Ein- und Ausgabegeräte Benutzerschnittstellen Digitalisierung Perception/Wahrnehmung GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 63
64 Ein- und Ausgabegeräte GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 64
65 Ein- und Ausgabegeräte GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 65
66 Wichtige Aspekte der Computergraphik Bildverarbeitung Modellierung Rendering Simulation Visualisierung Graphikhardware Ein- und Ausgabegeräte Benutzerschnittstellen Digitalisierung Perception/Wahrnehmung GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 66
67 Benutzerschnittstellen IGD Multi-Touch Table GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 67
68 Wichtige Aspekte der Computergraphik Bildverarbeitung Modellierung Rendering Simulation Visualisierung Graphikhardware Ein- und Ausgabegeräte Benutzerschnittstellen Digitalisierung Perception/Wahrnehmung GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 68
69 Digitalisierung GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 69
70 Wichtige Aspekte der Computergraphik Bildverarbeitung Modellierung Rendering Simulation Visualisierung Graphikhardware Ein- und Ausgabegeräte Benutzerschnittstellen Digitalisierung Perception/Wahrnehmung GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 70
71 Perception / Wahrnehmung High Dynamic Range [cd] : Candela Lichtstärke GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 71
72 High Dynamic Range Stanford Memorial Church GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 72
73 Übersicht der Einführungsvorlesung Ziele und Organisatorisches Vielfältigkeit der Computergraphik Vorlesungsinhalt im Überblick GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 73
74 Überblick Vorlesungsinhalt 1. Intro 2. Pipeline 3. Input 4. Transformations 5. Space 6. Projection 7. Clipping und Culling 8. Light 9. Rasterization 10.Texture 11.Raytracing 12.Radiosity 13.Shadows GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 74
75 2. Pipeline Anwendung Geometrie Rasterisierung GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 75
76 3. Input GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 76
77 4. Transformations p 2 p 0 p p GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 77
78 5.Space Beschleunigungsalgorithmen GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 78
79 6.Projection Parallelprojektion perspektivische Projektion GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 79
80 7.Clipping and Culling GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 80
81 8. Light o t s n x i i GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 81
82 9. Rasterization GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 82
83 10. Texture GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 83
84 11.Raytracing GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 84
85 12. Radiosity Globales Beleuchtungsmodel GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 85
86 13. Shadows GDV1 WS 17/18 Fellner, Getto 86
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