Einführung in Visual Computing 186.822 eine gemeinsame Lehrveranstaltung von Werner Purgathofer Computergraphik Robert Sablatnig Computer Vision
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
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
Informationen zu EVC www.cg.tuwien.ac.at/courses/einfviscomp zuständige Assistenten: Michael Hecher Sebastian Zambanini evc@cg.tuwien.ac.at Favoritenstraße 9-11 und/oder TISS 186.822 W. Purgathofer, R. Sablatnig 4
Organisatorische oder inhaltliche Fragen? Zur Lösung bieten sich an (in dieser Reihenfolge!) 1. Web LVA-Seite, wikipedia oder google oder 2. KollegInnen 3. TutorInnen www.informatik-forum.at Sprechstunden im Pac-Man-Labor 4. zuständige Assistenten: Michael Hecher, Sebastian Zambanini: evc@cg.tuwien.ac.at W. Purgathofer, R. Sablatnig 5
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
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
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
Weiterführende Unterlagen Buch in Deutsch: Mischwitz, Fischer, Haberäcker, Socher: Computergrafik und Bildverarbeitung. 3. Auflage link.springer.com/book/10.1007/978-3-8348-8323-0 W. Purgathofer, R. Sablatnig 9
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
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
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 12 21 April 16 Juni
Einführung in Visual Computing 186.822 Übungsteil Michael Hecher Sebastian Zambanini
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
Matlab www.sss.tuwien.ac.at/sss/ Wird im Informatiklabor verfügbar sein M. Hecher, S. Zambanini
Blender www.blender.org/download/ M. Hecher, S. Zambanini
Gimp www.gimp.org/downloads/ M. Hecher, S. Zambanini
Kommunikation Kommunikation über das informatik-forum.at TISS-Forum wird nicht betreut!
Betreuung Pac-Man Raum TutorInnen bieten Sprechstunden nach der Vorlesung an An welchen Tagen kann man auf der LVA-Seite nachlesen: www.cg.tuwien.ac.at/courses/einfviscomp Keine Anmeldung nötig M. Hecher, S. Zambanini
Termine Wichtige Termine wie Abgabefristen, Abgabegespräche und Tests befinden sich auf den LVA-Seiten: www.cg.tuwien.ac.at/courses/einfviscomp/ lva.cg.tuwien.ac.at/evc/ M. Hecher, S. Zambanini
Eingangsbeispiel Bildbearbeitung (verpflichtend) Foto mit einem Bildbearbeitungsprogramm bearbeiten Matrikelnummer im Bild! K. Krösl
Eingangsbeispiel Bildbearbeitung (verpflichtend) Foto mit einem Bildbearbeitungsprogramm bearbeiten Deadline: 15. März 2015 23:59 = verbindliche Anmeldung zur LVA! (d.h. Sie bekommen ein Zeugnis) K. Krösl
Beispiel 1: Matlab Dient der Einführung in Matlab Verwenden der eingebauten Hilfe Code debuggen Simple Bildverarbeitung Dient der Wiederholung von Vektorrechnung Matrizenrechnung K. Krösl
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 2015 2. Triangles 3. Images 4. Transformations K. Krösl
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
Einführung in Visual Computing 186.822 Introduction to Computer Graphics Werner Purgathofer
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
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
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
Color what is color? how can color be described? color on monitor/printer Werner Purgathofer 30
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
Graphics Primitives rasterization: which pixels form a line, a circle, any primitive triangle filling: how to interpolate inside a triangle Werner Purgathofer 32 46 x = 10, y = 3 45 44 43 42 41 40 20 1.2-1.4 1.2 1.2-1.2 1.0 1.2-1.0 0.8 1.2-0.8 0.6 1.2-0.6 0.4 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 1.0-1.2 1.2 1.0-1.0 1.0 1.0-0.8 0.8 1.0-0.6 0.6 1.0-0.4 0.4 0.8-1.0 1.2 0.8-0.8 1.0 0.8-0.6 0.8 0.8-0.4 0.6 0.8-0.2 0.4 0.6-0.8 1.2 0.6-0.6 1.0 0.6-0.4 0.8 0.6-0.2 0.6 0.6 0.0 0.4 0.4-0.6 1.2 0.4-0.4 1.0 0.4-0.2 0.8 0.4 0.0 0.6 0.4 0.2 0.4 0.2-0.4 1.2 0.2-0.2 1.0 0.2 0.0 0.8 0.2 0.2 0.6 0.2 0.4 0.4 0.0-0.2 1.2 0.0 0.0 1.0 0.0 0.2 0.8 0.0 0.4 0.6 0.0 0.6 0.4-0.2 0.0 1.2-0.2 0.2 1.0-0.2 0.4 0.8-0.2 0.6 0.6-0.2 0.8 0.4
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
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
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
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
Camera Definition similar to taking a photograph involves selection of camera position camera direction camera orientation window (aperture) of camera Werner Purgathofer 37
Data Structures and Models polygon surfaces: general data structure CSG-tree, octree, : special data structures Werner Purgathofer 38
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
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
Anti-Aliasing reduce discretization artifacts Werner Purgathofer 41
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
Visibility Testing remove hidden parts of a model 2 1 5 3 DOS Spatial 2 2 4 1 1 many algorithms 3 3 5 4 Werner Purgathofer 43 4
Lighting & Shading lightsource definition reflection properties smooth shading Werner Purgathofer 44
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
Ray Tracing generates realistic images by following viewing rays T 1 T 2 R 3 R 2 R 1 P Werner Purgathofer 46
Global Illumination describes the physical process of light distribution in a diffuse reflecting environment Werner Purgathofer 47
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
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
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
Curves and Surfaces smooth modeling with interpolating and approximating curves and surfaces Werner Purgathofer 51
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