Lehrbuch der Grafikprogrammierung

Transkript

1 Klaus Zeppenfeld Lehrbuch der Grafikprogrammierung Grundlagen Programmierung Anwendung unter Mitwirkung von Regine Wolters mit 2 CD-ROMs Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg Berlin

2 LE 1 1 Grundlagen - Licht und visuelle Wahrnehmung Physikalische Grundlagen Licht Fotometrie Geometrische Optik Schatten Farben Visuelle Wahrnehmung - vom Reiz zum Sehen und Erkennen Das Auge Akkomodation und Adaptation Farbensehen Verarbeitung des Sehreizes Augenbewegung, plastisches Sehen und Entfernungssehen Beeinflussung des Sehsinns (Optische Täuschung) Sehen - Bestandteil des Lernens und Einfluss auf andere Sinnesorgane Bedeutung von Physik und Wahrnehmung in der Computergrafik 36 LE 2 2 Grundlagen - 2D Grafik (Teil 1) Punkte, Koordinaten und Koordinatensysteme D-Transformationen Translation Skalierung Rotation Homogene Koordinaten Matrixrepräsentation von 2D-Transformationen Translation Skalierung Rotation Weitere Transformationen und Gesetze 61 LE 3 2 Grundlagen - 2D Grafik (Teil 2) Transformation von Welt- in Bildkoordinaten Transformationen in Java 71 XI

3 2.7 Fallbeispiel: 2D-Baukasten Basisobjekte Elementcontainer Elementtransformationen Window-Viewport-Transformation Anwendung: 2D-Baukasten 85 LE 4 3 Grundlagen - 3D Grafik (Teil 1) Punkte, Koordinaten und Koordinatensysteme Homogene Koordinaten D-Transformationen Translation Skalierung Rotation Rotation um eine beliebige Achse Weitere Transformationen und Effizienz Transformation von Koordinatensystemen 110 LE 5 3 Grundlagen - 3D Grafik (Teil 2) Projektionen Perspektivische Projektion Parallelprojektion Transformation von Welt- in Bildkoordinaten Sicht-Transformation Sichtvolumen-Transformation Projektions-Transformation für perspektivische Projektion Bildschirm-Transformation 138 LE 6 4 Grundlagen - Grafikalgorithmen Zuschneiden (Clipping) Zuschneiden von Punkten Zuschneiden von Linien Zuschneiden von Polygonen Zuschneiden von 3D-Objekten Sichtbarkeit von Flächen Entfernung von Rückseiten (Backface Culling) Tiefenpuffer-Algorithmus (z-buffering) Rasterkonvertierung Rasterung von Linien Rasterung von Kreisen Rasterung von Ellipsen Rasterung von Kurven Füllen von Rechtecken Füllen von Polygonen Antialiasing 171 XII

4 LE 7 5 Grundlagen - Rendering (Teil 1) Realistische 3D-Bilder Farbmodelle Schwarz-Weiß-Modell Graustufen-Modell RGB-Modell CMYK-Modell HSV-Modell HLS-Modell Fallbeispiel: 3D-Baukasten Beleuchtungsmodelle 190 LE 8 5 Grundlagen - Rendering (Teil 2) Schattierungsverfahren Flat-Shading Gouraud-Shading Phong-Shading Fallbeispiel: 3D-Szeneneditor Textur Schatten 213 LE 9 6 Grundlagen - Rendering (Teil 3) 217 LE Strahlverfolgungsverfahren (Ray-Tracing) Lichtenergiekalkül (Radiosity) Berechnung der Strahlungswerte Berechnung der Formfaktoren Darstellung des Bildes Fallbeispiel - Spiegelvitrine 231 Java 2D API (Teil 1) Grundlagen Koordinatensysteme Benutzerkoordinatensystem Gerätekoordinatensystem Darstellung von Objekten Grafikobjekte Geometrische Objekte (Shapes) Punkt Linie Rechteck Abgerundetes Rechteck Quadratische Kurven Kubische Kurven Ellipse 248 XIII

5 LE 11 7 Inhalt Ellipsenausschnitt Zusammenbau komplexer Objekte Pfaditerator Geometrischer Pfad Zusammengesetzte Objekte 254 Java-2D-API (Teil 2) Zeichensätze und Text-Layout Zeichensätze TextLayout Text-Attribute Grafikkontext Pinselstrich (Stroke) Füllung (Paint) Transformationen Bereichsausschnitt (Clipping) Zeichenkontext (Rendering Hint) Komposition (Composition) Farben Monochrome Farben Farbverläufe Texturen Bildbearbeitung Wertetabellen Skalierungsfilter Farbkonvertierungsfilter Umgebungsfilter Transformationsfilter Bandfilter Beispielanwendungen 282 LE 12 8 OpenGL-API Grundlagen Vordefinierte Grundkörper Selbst definierte Körper Erscheinung von Objekten Erscheinung von Polygonen Transparente Objekte Texturen Beleuchtung einer Szene Transformationen Animation und Interaktion 314 XIV

6 LE 13 9 LE 14 9 Java-3D-API (Teil 1) 321 Inhalt 9.1 Grundlagen Primitive Körper Selbst definierte Körper Konstruktion von Objekten mit GeometryArray Erstellen von Objekten mit GeometryInfo Loader Textobjekte Erscheinung von Objekten Transformationen 339 Java-3D-API (Teil 2) Szenengestaltung Hintergrund Beleuchtung einer Szene Verhalten von Objekten Interaktionen Animation Audio Fallbeispiel - Schachspiel 361 LE VRML / X3D Geschichte Grundlagen Die VRML-Syntax Definierte Grundkörper Selbst definierte Körper Text Oberflächeneigenschaften Modellierung Aufbau komplexer Szenen Gruppierung von Elementen Beleuchtung Hintergrund Dynamische Welten Animation Interaktion Fallbeispiel: Spargelsortiermaschine X3D XML-Transformation Fallbeispiel - Modell der FH-Dortmund 397 XV

7 LE Anwendung - 3D-Werkzeuge Einführung ds max Funkwellenanimation Werkstatt Schiffshebewerk VRML und 3ds max Cinema 4D Flaschenabfüllanlage Maya SolidEdge Rasenmäher Mähdrescher 416 LE Anwendung - 3D im Internet Einführung DirectX Scalable Vector Graphics (SVG) FlashPix Fallbeispiel - SVG 437 A Java 441 B Vektor- und Matrizenrechnung 451 C Typographie 457 Stichwortverzeichnis 461 XVI