Einführung in Visual Computing

Transkript

1 Einführung in Visual Computing eine gemeinsame Lehrveranstaltung von Werner Purgathofer Computergraphik Robert Sablatnig Computer Vision

2 Für wen ist diese Lehrveranstaltung? Pflicht in den Bachelorstudien Medieninformatik & Visual Computing Software & Information Engineering Medizinische Informatik Freifach für alle anderen Vertiefende Übungen im Winter-Semester: Einführung in die Computergraphik UE Einführung in die digitale Bildverarbeitung UE (Pflicht nur für Medieninformatik & Visual Computing) W. Purgathofer, R. Sablatnig 2

3 Was ist Visual Computing? Datenverarbeitung mit Bildern Computergraphik: Beschreibung Bilder Bildverarbeitung: schlechtes besseres Bild Computer Vision: Bilder Beschreibung I/O PROGRAM Beispiel (i:in VAR x,y: REAL; BEGIN open(file); READ FOR I:=1 TO n DO x:=x*12-y; y:=3+x Beschreibung, Information I/O Bild(er) CG + BV + CV = Visual Computing W. Purgathofer, R. Sablatnig 3

4 Informationen zu EVC zuständige Assistenten: Michael Hecher Sebastian Zambanini Favoritenstraße 9-11 und/oder TISS W. Purgathofer, R. Sablatnig 4

5 Organisatorische oder inhaltliche Fragen? Zur Lösung bieten sich an (in dieser Reihenfolge!) 1. Web LVA-Seite, wikipedia oder google oder 2. KollegInnen 3. TutorInnen Sprechstunden im Pac-Man-Labor 4. zuständige Assistenten: Michael Hecher, Sebastian Zambanini: W. Purgathofer, R. Sablatnig 5

6 Vorlesungsteil AudiMax: Mo, Di, Mi 13:15 14:45 geplanter Service: Streaming (ohne Gewähr) Aufzeichnung (ohne Gewähr) abwechselnd Robert Sablatnig und Werner Purgathofer (je ~50%) letzter Vorlesungstermin (voraussichtlich): 8. Juni inkl. 4 Wiederholungseinheiten W. Purgathofer, R. Sablatnig 6

7 Unterlagen zu EVC Kopien der Slides (Folien) geringfügig veränderte Slides (Copyright!) in Englisch reichen zum Lernen alleine nicht aus! Wie, Wo, Wann? als PDF online zum Herunterladen zeitnah zur jeweiligen Vorlesungseinheit W. Purgathofer, R. Sablatnig 7

8 Unterlagen zu EVC Skriptum - Textblätter Kurzfassung des Wesentlichen in Deutsch ~4 Seiten / Doppelstunde Wie, Wo, Wann? als PDF online zum Herunterladen zeitnah zur jeweiligen Vorlesungseinheit W. Purgathofer, R. Sablatnig 8

9 Weiterführende Unterlagen Buch in Deutsch: Mischwitz, Fischer, Haberäcker, Socher: Computergrafik und Bildverarbeitung. 3. Auflage link.springer.com/book/ / W. Purgathofer, R. Sablatnig 9

10 Weiterführende Unterlagen Engl. Buch zu Computergraphik: Shirley, Marschner: Fundamentals of Computer Graphics 3 rd Edition Engl. Buch zu Computer Vision: Richard Szeliski: Computer Vision: A Modern Approach szeliski.org/book W. Purgathofer, R. Sablatnig 10

11 Übungsbeispiele Details werden heute präsentiert. ANMELDUNG zur Lehrveranstaltung: bis 4. März in TISS + Eingangsbeispiel bis 15. März abgeben. Ohne Anmeldung keine Teilnahme! W. Purgathofer, R. Sablatnig 11

12 Leistungsbeurteilung der VU Übungserfordernisse: 1+5 Beispiele abgeben (insgesamt 160 Punkte) +20 Bonuspunkte erreichbar! 60 Punkte (ohne Bonus) mindestens erforderlich Tests: 2 Tests mit je 120 Punkten: 100 Punkte mindestens erforderlich Ersatztest Anfang Oktober ersetzt einen Test Note: ab 200 Punkte (ohne Bonus) = positiv 340 bis 420 Punkte = sehr gut W. Purgathofer, R. Sablatnig April 16 Juni

13 Einführung in Visual Computing Übungsteil Michael Hecher Sebastian Zambanini

14 Aufbau des Übungsteils Eingangsbeispiel Abgabe 1: Matlab Einführung Kamerasensoren Computergraphik in der Praxis Bonusbeispiel (optional) Abgabe 2: Bildverarbeitungseffekte Vision und Beleuchtung M. Hecher, S. Zambanini

15 Matlab Wird im Informatiklabor verfügbar sein M. Hecher, S. Zambanini

16 Blender M. Hecher, S. Zambanini

17 Gimp M. Hecher, S. Zambanini

18 Kommunikation Kommunikation über das informatik-forum.at TISS-Forum wird nicht betreut!

19 Betreuung Pac-Man Raum TutorInnen bieten Sprechstunden nach der Vorlesung an An welchen Tagen kann man auf der LVA-Seite nachlesen: Keine Anmeldung nötig M. Hecher, S. Zambanini

20 Termine Wichtige Termine wie Abgabefristen, Abgabegespräche und Tests befinden sich auf den LVA-Seiten: lva.cg.tuwien.ac.at/evc/ M. Hecher, S. Zambanini

21 Eingangsbeispiel Bildbearbeitung (verpflichtend) Foto mit einem Bildbearbeitungsprogramm bearbeiten Matrikelnummer im Bild! K. Krösl

22 Eingangsbeispiel Bildbearbeitung (verpflichtend) Foto mit einem Bildbearbeitungsprogramm bearbeiten Deadline: 15. März :59 = verbindliche Anmeldung zur LVA! (d.h. Sie bekommen ein Zeugnis) K. Krösl

23 Beispiel 1: Matlab Dient der Einführung in Matlab Verwenden der eingebauten Hilfe Code debuggen Simple Bildverarbeitung Dient der Wiederholung von Vektorrechnung Matrizenrechnung K. Krösl

24 Beispiel 1: Matlab Dient der Vorbereitung auf den Test Berechnungen v. Normalen (für Beleuchtung) Filter anwenden Transformationsmatrizen Besteht aus 4 Teilen: 1. Basics Matlab-Einführung 7. März Triangles 3. Images 4. Transformations K. Krösl

25 EVC - Abgabesystem lva.cg.tuwien.ac.at/evc/ Login über TISS-Account Man muss in TISS zur LVA angemeldet sein Enthält alle Angaben zu den Beispielen Angaben werden während des Semesters freigeschaltet K. Krösl

26 Einführung in Visual Computing Introduction to Computer Graphics Werner Purgathofer

27 Was ist Visual Computing? Datenverarbeitung mit Bildern Computergraphik: Beschreibung Bilder Bildverarbeitung: schlechtes besseres Bild Computer Vision: Bilder Beschreibung I/O PROGRAM Beispiel (i:in VAR x,y: REAL; BEGIN open(file); READ FOR I:=1 TO n DO x:=x*12-y; y:=3+x Beschreibung, Information I/O Bild(er) CG + BV + CV = Visual Computing W. Purgathofer, R. Sablatnig 27

28 Who needs Computer Graphics? entertainment: games, film, tv industrial design, architecture, landscape arch. marketing, advertisements simulators (training): cars, aircraft, spacecraft... perceptual rendering: security issues, design,... cultural heritage, museums, learning science, medical visualisation... MigMan SILICON VALLEY TU amnesia Wien Qixing Huang PICTOGRAPHICS infomedia Werner Purgathofer 28

29 Contents of Computer Graphics Part color graphics primitives, rasterization graphics pipeline, projections, transformations camera definition, data structures and models clipping, anti-aliasing visibility testing, lighting + shading ray-tracing, global illumination texture maps, surface structure curves and surfaces Werner Purgathofer 29

30 Color what is color? how can color be described? color on monitor/printer Werner Purgathofer 30

31 Contents of Computer Graphics Part color graphics primitives, rasterization graphics pipeline, projections, transformations camera definition, data structures and models clipping, anti-aliasing visibility testing, lighting + shading ray-tracing, global illumination texture maps, surface structure curves and surfaces Werner Purgathofer 31

32 Graphics Primitives rasterization: which pixels form a line, a circle, any primitive triangle filling: how to interpolate inside a triangle Werner Purgathofer x = 10, y =

33 Contents of Computer Graphics Part color graphics primitives, rasterization graphics pipeline, projections, transformations camera definition, data structures and models clipping, anti-aliasing visibility testing, lighting + shading ray-tracing, global illumination texture maps, surface structure curves and surfaces Werner Purgathofer 33

34 Projections in the Graphics Pipeline modeling transformation camera transformation view frustum object space world space camera space projection transformation viewport transformation clip space Werner Purgathofer 34 pixel space

35 Transformations translation, rotation, scaling, simple formulas for simple transformations: e.g. scaling x = s x x y = s y y general notation for all transformations: matrices x y = s x 0 0 sy x y Werner Purgathofer 35

36 Contents of Computer Graphics Part color graphics primitives, rasterization graphics pipeline, projections, transformations camera definition, data structures and models clipping, anti-aliasing visibility testing, lighting + shading ray-tracing, global illumination texture maps, surface structure curves and surfaces Werner Purgathofer 36

37 Camera Definition similar to taking a photograph involves selection of camera position camera direction camera orientation window (aperture) of camera Werner Purgathofer 37

38 Data Structures and Models polygon surfaces: general data structure CSG-tree, octree, : special data structures Werner Purgathofer 38

39 Contents of Computer Graphics Part color graphics primitives, rasterization graphics pipeline, projections, transformations camera definition, data structures and models clipping, anti-aliasing visibility testing, lighting + shading ray-tracing, global illumination texture maps, surface structure curves and surfaces Werner Purgathofer 39

40 Clipping cutting off parts that are outside window clipping lines = easy clipping polygons: clipping in clip-space [0..1, 0..1, 0..1] Werner Purgathofer 40

41 Anti-Aliasing reduce discretization artifacts Werner Purgathofer 41

42 Contents of Computer Graphics Part color graphics primitives, rasterization graphics pipeline, projections, transformations camera definition, data structures and models clipping, anti-aliasing visibility testing, lighting + shading ray-tracing, global illumination texture maps, surface structure curves and surfaces Werner Purgathofer 42

43 Visibility Testing remove hidden parts of a model DOS Spatial many algorithms Werner Purgathofer 43 4

44 Lighting & Shading lightsource definition reflection properties smooth shading Werner Purgathofer 44

45 Contents of Computer Graphics Part color graphics primitives, rasterization graphics pipeline, projections, transformations camera definition, data structures and models clipping, anti-aliasing visibility testing, lighting + shading ray-tracing, global illumination texture maps, surface structure curves and surfaces Werner Purgathofer 45

46 Ray Tracing generates realistic images by following viewing rays T 1 T 2 R 3 R 2 R 1 P Werner Purgathofer 46

47 Global Illumination describes the physical process of light distribution in a diffuse reflecting environment Werner Purgathofer 47

48 Contents of Computer Graphics Part color graphics primitives, rasterization graphics pipeline, projections, transformations camera definition, data structures and models clipping, anti-aliasing visibility testing, lighting + shading ray-tracing, global illumination texture maps, surface structure curves and surfaces Werner Purgathofer 48

49 Texture Maps & Surface Structure adds surface details to simple models texture in (u,v)-space parametrization (mapping texture object) render objects with texture information Skyraider v Werner Purgathofer u 49

50 Contents of Computer Graphics Part color graphics primitives, rasterization graphics pipeline, projections, transformations camera definition, data structures and models clipping, anti-aliasing visibility testing, lighting + shading ray-tracing, global illumination texture maps, surface structure curves and surfaces Werner Purgathofer 50

51 Curves and Surfaces smooth modeling with interpolating and approximating curves and surfaces Werner Purgathofer 51

52 Some Topics of Related Lectures visualization visual analysis computer animation virtual and augmented reality advanced modeling fractals, particle systems, realtime algorithms for graphics user interface design Werner Purgathofer 52