Einführung. Vorlesung Computergraphik I S. Müller KOBLENZ LANDAU
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- Melanie Gudrun Otto
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1 Einführung Vorlesung Computergraphik I S. Müller
2 Wer bin ich? Geboren 1965 in Bayreuth Grundstudium in Erlangen Hauptstudium in Darmstadt (Dipl.-Inform.) Diplomarbeit in Manchester 1991 Danach wissenschaftlicher Mitarbeiter beim Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung in Darmstadt Promotion 1996 über Lichtsimulation Leiter der Abteilung Visualisierung und Virtuelle Realität, Fraunhofer-IGD Seit Juli 2002 Leiter der AG Computergraphik S. Müller - 2 -
3 Computergraphik 3D Interaktion Mixed Reality Continuum Kollaborative Umgebungen Modellierung 3D Visualisierung Bildsynthese Echtzeit-Rendering Simulation Objektverhalten Autorensysteme Anwendungen 3D-Bildsynthese in interaktiven, immersiven und augmentierten Umgebungen S. Müller - 3 -
4 Themen Scientific Visualization Virtual Reality Augmented Reality S. Müller - 4 -
5 3D Visualisierung
6 3D-Visualisierung Viel passiert, speziell durch die enormen Entwicklungen im Bereich der Graphikkarten Echtzeitdarstellung Beleuchtungssimulation S. Müller - 6 -
7 Beispiele FlyTerrainWater.exe WATER.exe S. Müller - 7 -
8 Polygonales Rendering + S. Müller - 8 -
9 Jensen, Lightscape S. Müller - 9 -
10 Radiosity S. Müller
11 Monte-Carlo Raytracing S. Müller
12 Augenblick (Oliver Abert) S. Müller
13 VR: Simulation Keyframes Partikel Feder-Masse-Systeme S. Müller
14 Interaktion
15 Bill Buxton Test: Zeichnen Sie einen Computer in 15 Sek. Ca. 80% der Fälle Monitor Tastatur Maus Interessant: kein Computer auf dem Bild Benutzer nehmen Computer hauptsächlich über Ein- und Ausgabe wahr S. Müller
16 Moore s Law Doppelte Performanz alle 1? Monate Was es uns wirklich sagt: in der Zukunft sind Computer schneller leistungsfähiger billiger als in der Vergangenheit S. Müller
17 aber... die Kapazität des menschlichen Gehirns ist konstant! S. Müller
18 Betrachtung 1: Standard User Interface: kaum verändert seit 25 Jahren Was sich nicht/nur kaum verändert hat: WIMP Windows Icons Menues Pointer Bildauflösung (heute: 1280x1024) S. Müller
19 Standard User Interface... Technik für den Menschen mit einem Auge einem Ohr ohne Mund ohne Körper einer Hand einem Finger S. Müller
20 Betrachtung 2: Mobilität Mobile Endgeräte Faustformel: Heute auf dem Desktop in 2 Jahren auf dem Laptop in 4 Jahren auf dem wearable Erste Laptops mit 3DGraphik bereits verfügbar (GeForce2 Go) In 2 Jahren auch auf für Wearables? Mobile Datenanbindung Prognose sagen: ab dem Jahr 2006 wird es mehr mobile Internetanschüsse geben als über Festnetz 2010 übersteigt die Zahl der mobilen Internetnutzer diejenige der Mobiltelefonierer von heute In Verbindung mit UMTS wird eine Kamera als Standardkomponente von mobilen Telefonen erwartet S. Müller
21 Betrachtung 3: 3D Graphik schlägt Moore s Law 30 Triangle Throughput Rates (MTri/Sec) GF3 25 GF2 20 ir2 15 Workstations VGX 0 ir3 ir GF RE2 RE 1993 Voodoo PCs Performanz der lowend HW hat aufgeholt 3D Graphik ist Teil der Standardkonfiguration eines PCs 3D Graphik ist damit für die breite Masse verfügbar Aber: es gibt kaum Anwendungen S. Müller
22 Virtuelle Realität
23 VR Technology Wird heute kaum mehr benutzt S. Müller
24 General Trend: IPT (immersive projection technology) Stereo projection Workbench CAVE S. Müller
25 Einbaumontagesimulation (EMS) S. Müller
26 3. Gen.: interaktive Geschichten Virtuelles Ozeanarium, EXPO 98 S. Müller
27 Cultural heritage Dunhuang caves, China S. Müller
28 S. Müller
29 Interaktives Planetarium Hipparcos-Daten: Sterne, Sterne als Hintergrund KOBLENZ LANDAU S. Müller
30 Dom von Siena (EXPO 2000) S. Müller
31 S. Müller
32 Augmented Reality
33 Augmented Reality ( Erweiterte Realität )... steht für: Präsentation von Informationen im Sichtfeld des Betrachters und in Überlagerung mit der Realität Eine Kombination aus: Semi-transparent displays Tracking wearable Computer und Telekommunikation Interaktion mit realen und virtuellen Gegenständen und Informationen eine Technologie, die sich weltweit im Pionierstadium befindet, S. Müller
34 Augmented Reality S. Müller
35 S. Müller
36 S. Müller
37 AR-Spiele Aqua Gauntlet (MRL Japan) AR2 Hockey (MRL Japan) S. Müller
38 Computergraphik 3D Interaktion Mixed Reality Continuum Kollaborative Umgebungen Modellierung 3D Visualisierung Bildsynthese Echtzeit-Rendering Simulation Objektverhalten Autorensysteme Anwendungen 3D-Bildsynthese in interaktiven, immersiven und augmentierten Umgebungen S. Müller
39 P1Fenster GLAS-Schrank (121x45) r et s ne F M1 Tisch (179x90) Tisch (179x90) P2 M2 P3 M3 P4 M4 Drucker (Raumhöhe: 297) 225 P9 P8 Tisch (179x90) ev. schmäler P7 P6 DVD-Player Video-Rek. Monitor Scanner P5 Video ecke Abgehängte Decke Breite: 159 Höhe von Decke: 43 P10 ev. schmäler Fenster Tisch (179x90) Tisch (179x90) Kasten (80x44) (ev. Kühlung) (Höhe von Boden: 110) Tür 560 Maßstab: 1 cm = 0,5 m 94 CG-Labor (Mixed Reality) 8,48 m x 5,93 m 195 S. Müller
40 Vorlesung (PLAN) Jedes Semester Eine Pflichtveranstaltung CG1 und CG2/3 jedes Semester im Wechsel Eine Wahlpflichtveranstaltung Virtuelle Realität und Augmented Reality V2 (ECTS 3) Medizinische Visualisierung (ECTS 3) Animation und Simulation (ECTS 6) Photorealistische Computergraphik V3+1 (ECTS 6) Echtzeit-Rendering (ECTS 6) Ein Seminar (Winter: Bachelor, Sommer: Master) Ein Praktikum (Winter: Master, Sommer: Bachelor) Programmierbeispiele: C und C++ S. Müller
41 S. Müller
42 S. Müller
43 S. Müller
44 Übersicht zur Vorlesung Mathematische Grundlagen der Computergraphik Grundlagen und Algorithmen der Rasterisierung Clipping Scan Konvertierung Transformationsmatrizen Orthographische und perspektivische Transformation Licht, Materialien, Beleuchtung und Texturen Graphik-Pipeline von OpenGL Graphische Datenstrukturen Bézier-Kurven und Splines Raytracing S. Müller
45 Einführung OpenGL 2 Mathe Grundlagen C++ 1 (Ü1) 3 Rasterisierung C++ 2 (Ü2) 4 Linien C++ 3 (Ü2) (Allerheiligen) 5 Clipping (Ü3) 6. Poly Clipping (Ü4) 7 Scan Konvertierung 8 Transformationen (Ü5) 9 Transform & OpenGL (Ü5) 10 View (Ü6) 11 Perspektive (Ü6) 12 OpenGL Pipeline (Ü7) 13 Licht & Material (Ü7) 14 Beleuchtung (Ü7) Weihnachtsvorlesung Texturen (Ü8) 16 Advanced OpenGL 17 Kurven (Ü9) 18 Splines (Ü9) 19 Ray Tracing 20 Ray Tracing 2 Wiederholung Klausur S. Müller
46 Organisatorisches Vorlesung Übungen (2 stündig) Betreute Übungsgruppen (Fragen und vor allem prakt. Aufgaben) Papier- und Programmieraufgaben, Beispielprogramme in C/C++ Schein (CG1) Pflichtfach CV, 7 ECTS Punkte Klausur (voraussichtlich 8. Febr. 2013) Voraussetzung: 50% der theoretischen und 50% der praktischen Punkte der Übungsaufgaben Web-Page UFolien NIVERSITÄT S. Müller
47 Organisatorisches Praktikum CV-Programmierung (3 ECTS) In den CG1-Übungen sind praktische Aufgaben enthalten Am Ende gibt es einen zusätzlichen Test ( Programmierführerschein ) Hierbei werden konkrete Programmieraufgaben umzusetzen sein, mit lauffähiger Implementierung (hierfür wird die Programmierumgebung Eclipse (Linux) während der Klausur zur Verfügung stehen). S. Müller
48 Literatur OpenGL Programming Guide: The Official Guide to Learning OpenGL, Version 1.2 (3rd Edition) by Mason Woo, Jackie Neider, Tom Davis, Dave Shreiner, Addison-Wesley, 1999 Peter Shirley: Fundamentals of Computer Graphics, A K Peters LTD, Second Edition 2005 J.L. Encarnação, W. Strasser, R. Klein: Graphische Datenverarbeitung 1 und 2 J. Foley, A. van Dam, S. Feiner, J. Hughes: Computer Graphics: Principles and Practice, 2nd Edition Alan Watt: 3D Computer Graphics, Addison-Wesley, 3rd edition S. Müller
49 Eine lohnende Anschaffung: Peter Shirley: Fundamentals of Computer Graphics, A K Peters LTD, Second Edition 2005 S. Müller
50 Übungen Diana Röttger Dominik Grüntjens Gerrit Lochmann S. Müller
51 Übungen Übungen Auf CG1 Webseite: Anleitungen für verschiedene Compiler (Visual Studio 2008, MacOS (Xcode), Linux (Mesa), Eclipse) Einführung im Rechnerraum: Uhr (F112, F113) Morgen 1. Übungsblatt (ohne Abgabe) Sonst: Ausgabe am Freitag, Abgabe immer Freitags darauf 12:00 Uhr S. Müller
52 Übungen Abgabe der Übungsblätter und Ausgabe neues Übungsblatt jeweils Freitags (12:00 Uhr) Abgabe Programmieraufgaben (s. Übungen) Abgabe in Gruppen bis 3 Personen S. Müller
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