Einführung. Vorlesung Computergraphik I S. Müller KOBLENZ LANDAU

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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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