Michael Bender Martin Brill. Computergrafik. Ein anwendungsorientiertes Lehrbuch. 2., überarbeitete Auflage HANSER

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1 Michael Bender Martin Brill Computergrafik Ein anwendungsorientiertes Lehrbuch 2., überarbeitete Auflage HANSER

2 Inhaltsverzeichnis Vorwort XI 1 Einleitung Die Entwicklung der Computergrafik Computergrafik-Architekturen Wegweiser durch das Buch 8 2 Grundlegende Verfahren und Techniken Transformationen und Koordinatensysteme Punkte und Vektoren Affine Kombinationen Homogene Koordinaten und affine Abbildungen Hierarchien und Szenengraphen Projektionen und Kameramodelle Parallelprojektion Zentralprojektion Die virtuelle Kamera Clipping und Rasterung Pixel und mehr Die Window-Viewport-Transformation Clipping und Culling Rasterung und Scan Conversion Sichtbarkeit Zusammenfassung - Die Computergrafik-Pipeline 71

3 VI Inhaltsverzeichnis 2.6 Fallstudien Affine Transformationen und Hierarchien in OpenGL Hierarchien in VRML und Alias MAYA Die virtuelle Kamera in OpenGL Clipping in OpenGL 87 3 Geometrisches Modellieren mit Kurven und Flächen Modellieren geometrischer Objekte Parameterkurven Polynomiale Kurven Bezier-Kurven und -Kurvensegmente Bernstein-Basis und Bernstein-Polynome Der de Casteljau-Algorithmus Eigenschaften von Bezier-Kurven(segmenten) Interpolation und Splines Das Interpolationsproblem Parametrisierungen Polynomiale Interpolation Hermite-Interpolation Spline-Kurven Catmull-Rom-und Kochanek-Bartels-(TCB-)Splines Gewöhnliche kubische Splines B-Spline-Kurven B-Spline-Basisfunktionen Der de Boor-Algorithmus Eigenschaften von B-Spline-Kurven Rationale Darstellungen - NURBS Parametrische Flächendarstellungen Häufig verwendete Typen von Flächen Tensorproduktflächen Getrimmte Parameterflächen Freiformvolumen und FFDs Zusammenfassung Fallstudien Freiformgeometrie in OpenGL 180

4 Inhaltsverzeichnis VII NURBS-Geometrie in Alias MAYA Interpolation mit Kurven Polygonale Netze Polygone und Polyeder Datenstrukturen für polygonale Netze Ecken- und Kantenlisten Die doppelt verkettete Kantenliste Normalenvektoren Dreiecksnetze Triangle Strips und Fans Konstruktion von Triangle Strips Konstruktion von Generalized Triangle Meshes Modellieren mit Netzen Tesselation von Objekten Globale Deformationen Extrusions- und Rotationskörper Subdivision Modeling für polygonale Netze Level-of-Detail und Vereinfachen von Netzen Vereinfachen von polygonalen Netzen Ausdünnen von Netzen Progressive Meshes Zusammenfassung Fallstudien Polygonale Netze in OpenGL Platonische und archimedische Körper Netze und Subdivision in Alias MAYA Bildsynthese Wahrnehmung, Licht und Farbe Licht und Farbe Die menschliche Wahrnehmung Farbmodelle Beleuchtung, Reflexion, Transmission, Die Strahlenoptik Das Reflexionsgesetz 272

5 VIII Inhaltsverzeichnis Das Brechungsgesetz Weitere Einflussfaktoren Beleuchtung und Schattierung Das Lambert-Beleuchtungsmodell Das Phong-Beleuchtungsmodell Weiterführende Modellbetrachtungen Schattierungsverfahren für polygonale Netze Flat-Shading Gouraud-Shading Phong-Shading Programmierbare Shader Mapping-Techniken Texture-Mapping Weiterführende Verfahren (Anti-)Aliasing Ein wenig Signaltheorie Signale und Computergrafik Zusammenfassung Fallstudien Beleuchtung, Materialien und Schattierung in OpenGL Cg Vertex-Shader in OpenGL GLSL Vertex-und Fragment-Shader Mapping in OpenGL Visualisierung Wissenschaftliches Rechnen und Visualisierung Datenstrukturen Algorithmen für skalare Attribute Farbtabellen Höhenfelder, Konturlinien und Konturflächen Der Marching Cubes-Algorithmus Direkte Volumen-Visualisierung Rekonstruktion Transferfunktionen Ein Beleuchtungsmodell für das Volume-Rendering Compositing Ray-Casting 387

6 Inhaltsverzeichnis IX 6.5 Visualisierung von Vektorfeldern Modellieren von Vektorfeldern Visualisierung von Trajektorien und Stromlinien Line Integral Convolution Visualisierung von Vektorfeldern mit Flächen Zusammenfassung Fallstudien Die Visualisierungs-Pipeline in VTK Volumen-Visualisierung mit VTK Visualisierung von Vektorfeldern mit VTK Computer-Animation Computer-Animation Basistechnologien und Interpolation Key Frames Rotationen und Key Framing Pfad-Animation Animation von Deformationen Animation hierarchischer Objekte Beschreibung hierarchischer Objekte Inverse Kinematik Prozedurale Animationstechniken Partikelsysteme Schwärme und Boids Zusammenfassung Fallstudien Key-Framing und Pfad-Animation in Alias MAYA Expressions in Alias MAYA Partikelsysteme in Alias MAYA 489 Literaturverzeichnis 495 Stichwortverzeichnis 503