Einführung in die Computergraphik (SS 2017)

SWS 2/1/1
INF-B-420 (Einführung in die Computergraphik) Modulbeschreibung

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Dozent und Betreuer

Vorlesung: Prof. Dr. Gumhold
Übung: Dipl.-Medieninf. Ludwig Schmutzler

Klausur

Inhalt: Vorlesung und Theorieaufgaben (ca. zur Hälfte Rechenaufgaben)
Dauer: 90min
Hilfsmittel: nur Schreibzeug und evtl. Wörterbuch
Erfolgskriterium: mindestens 37 von 75 Punkten
Bonussystemneu: max. 15 Bonuspunkte aus praktischen Aufgaben
Klausureinsicht: Mittwoch 11.10.2017 9-10 Uhr Raum 2105

Vorbereitung

  • Vorlesungsbesuch und Rechenbeispiele dort
  • Übungsteilnahme und Rechenaufgaben mit Musterlösungen
  • Fragenkatalog am Anfang jeder Vorlesung (v1)
  • Bearbeitung von Beispielklausuren (2011, 2013)
  • Klausurvorbereitung in letzter Vorlesung
  • Lernraum eine Woche vor Klausur

Termine

Vorlesung: Do 4. DS, HSZ/02
Zusatztermine: Do 5. DS, HSZ/04

Vorlesung

  • 06.04.17 ... Einführung (Folien v1),
                        Mathematische Grundlagen der Modellierung (Folien v1)
  • 13.04.16 ... Einführung in die Modellierung (Folien v1)
  • 20.04.16 ... Rasterisierung (Folien v1)
  • 27.04.16 ... Affine Transformationen (Folien v1)
  • 04.05.16 ... Ansichtstransformationen
  • 11.05.16 ... GPU-Programmierung (Folien v1, v2, tutorial, tutorial2)
  • 18.05.16 ... Polynomkurven (Folien v1)
  • 25.05.16 ... Himmelfahrt
  • 01.06.16 ... Spline-Kurven
  • 08.06.16 ... Pfingsten
  • 15.06.16 ... Output
  • 22.06.16 ... Beleuchtungsmodelle (Folien v1)
  • 29.06.16 ... Raytracing-Verfahren (Folien v1, v2)
  • 06.07.16 ... Raytracing Schnittberechnungen
  • 13.07.16 ... Abschlussveranstaltung mit Klausurvorbereitung

WEITERFÜHRENDE MATERIALIEN

  • Programmierung
    • eBooks:
      • Eckel, Bruce, Thinking in C++. Sehr gutes, englisch sprachiges Buch zu allen Aspekten von C++. Für Einsteiger geeignet.
    • Vererbung
      • Soulie, Juan (2009), C++ Language Tutorial. Ausführliches, englischsprachiges Tutorial zu vielen Aspekten der C++-Programmiersprache und OO-Programmierung.
      • Stroustrup, Bjarne (1999), Multiple Inheritance for C++. Paper zur Mehrfachvererbung in C++.
    • Templateprogrammierung
      • cplusplus.com (2009), STL-Containers. Übersicht über die Klassentemplate Container-Typen der STL.
      • Scheler, Fabian, Ulbrich, Peter und Böhm, Niko (2008), C++ Templates - eine kleine Einführung. Foliensatz zur Einführung in Templateprogrammierung, enthält das Fakultätberechnungs-Beispiel.
      • Meyers, Scott (2008), Effektiv C++ programmieren. 3. Auflage. München u.a.: Addison-Wesley. Kapitel 7.8, "Tipp 48: Beachten Sie die Template-Metaprogrammierung" gibt eine kurze und prägnante Übersicht über die Funktionsweise und mögliche Anwendungsfelder der TMP, leider keine Codebeispiele außer Fakultätberechnung.
    • Speicherverwaltung
    • Kommunikation
      • Wikipedia (2009), Event Loop. Das Event-Loop Konstrukt wird erklärt und in verschiedenen APIs dargestellt.
      • MSDN (2009), Entering the Message Loop. Der Message Loop der Win32 API.
    • Plugins
  • Modellierung
    • Bloomenthal, Jules, Implicit Surfaces. Umfangreiches, englisches PDF zu impliziten Oberflächen.
    • Lorensen, Cline (1987), Marching Cubes. Paper von W.Lorensen und H. Cline zum Marching Cubes Algorithmus.
    • Newman et al. (2006), Marching Cubes. Umfangreiche Betrachtung (engl.) der Entwicklung des Marching Cubes Algorithmus seit der Veröffentlichung des Papers von Lorensen und Cline (s.o.).
    • Wikipedia (2009), Marching Squares.Kurze Beschreibung des Marching Squares Algorithmus
    • Foley et al. (1997), Computer Graphics: Principles and Practice (2nd Edition), Kapitel 12.7 Constructive Solid Geometry
  • Transformationen
    • Starrkörpertransformationen
      • VisWiki (2009), Rotation, Gimbal Lock, Eulerwinkel, Quaternion. VisualWikipedia enthält umfangreiche Beschreibungen und Videos u.a. zu den Themen Rotation, Gimbal Lock, Eulerwinkel und Quaternionen.
      • Foley et al. (1997), Computer Graphics: Principles and Practice (2nd Edition), Kapitel 5 zu geometrischen Transformationen sowie Anhang F zu homogenen Koordinaten und Transformationsmatrizen.
    • Affine Transformationen
      • Wolfram Demonstrations Project, Affine Transform.Applet zu affinen Transformationen. Erfordert Mathematica Player
      • Universität Tübingen, GRIS/ILO, Affine Transformation. Applet zu affinen Transformationen
  • Graphikprogrammierung
    • Rendering Pipeline in der Übersicht
    • Clipping
      • Bender, M. und Brill, M. (2006), Computergrafik: Ein anwendungsorientiertes Lehrbuch. Hanser-Verlag.
    • Z-Buffer
      • Bender, M. und Brill, M. (2006), Computergrafik: Ein anwendungsorientiertes Lehrbuch. Hanser-Verlag.
      • The Codermind Team (2008a), Depth Buffer - The gritty details. Geht ausführlich auf die Finessen des Tiefen-Puffers ein.
  • Rasterisierung
    • Rastern von Linien, Kreisen und Polygonen
      • Foley, James (1994), Einführung in die [o. Grundlagen der] Computergrafik: Einführung, Methoden, Prinzipien. Bonn, Paris, Massachusetts u.a.: Addison-Wesley. Interessant in diesem Zusammenhang sind Kapitel 3.2-3.11 (pp. 80-136) und eventuell Kapitel 3.14-3.15 (pp. 140-148). Enthält gute Beispiele und C-ähnlichen Code, deutsche Übersetzung etwas holprig.
      • Harrington, Steven (1988), Computergrafik - Einführung durch Programmierung. Hamburg, New York u.a.: McGraw-Hill. Sehr ausführliche Diskussion der mathematischen Grundlagen und viele Listings. Leider merkt man dem Buch das Alter an, die Programmbeispiele sind in Algol-ähnlichem Pseudocode.
    • Füllen von Flächen
      • Foley, James (1994) (s.o.) Kapitel 19.5 geht auf Grundlagen ein (Konnektivität, FloodFill, BoundaryFill) zeigt Grundlagen eines Stack-basierten Algorithmus.
      • Monkey Blaster Entertainment (2006), Flood-Fill Algorithm in Flash ActionScript. Bietet Floodfill-Pseudocode und Flash-Applet zur Demonstration (4-Nachbarschaft).
      • Vandevenne, Lode (2004), Lode’s Computer Graphics Tutorial: Flood Fill. Demonstriert Flood Fill in Code und Bildern.
      • Henrich, Dominik (1996), Space-efficient region filling in raster graphics. The visual computer. International journal of computer graphics, 10:4, S. 205–215. Diskutiert weitere Füll-Ansätze mit konstantem Speicherbedarf.
      • Glassner, Andrew (2001), Fill ’Er Up! IEEE Comput. Graph. Appl. 21:1, S. 78–85, ISSN 0272–1716. Gibt einen Überblick über verschiedene Füll-Ansätze und deren Anwendungen.
    • Texturierung und Aliasing-Probleme
      • Bender, M. und Brill, M. (2006), Computergrafik: Ein anwendungsorientiertes Lehrbuch. Hanser-Verlag. Mapping-Techniken (Kapitel 5.6, S. 297ff.).
      • Ebd. (Anti-)Aliasing (Kapitel 5.7, S.309ff.), geht auch auf signaltheoretische Grundlagen ein. Sowohl spatiales als auch temporales Aliasing werden besprochen.
      • Foley (1994) Kapitel 14.10. zu Aliasing und Antialiasing.
    • Frequenzanalyse und Mipmapping
  • Kurven
    • Demidov, Evgeny (2004), Interactive Introduction to Splines. Beschreibung von Beziérkurven, B-Splines und NURBS mit Hilfe von 2D Java Applets.
    • Wolfram Demonstrations Project, De Casteljau Algorithmus.Dieses Applet erleutert den De Casteljau Algorithmus zur Beschreribung von Beziérkurven. Zum Abspielen benötigt man den frei erhältlichen Mathematica Player.
    • Brown University, Exploratories, Bezier Splines.Java Applet zu Bezier Splines.
    • Universität Tübingen, GRIS/ILO, Beziér Curve/Spline.GRIS/ILO ist eine Sammlung von Applets der Uni Tübingen, u.a. zum Thema Beziérkurven und Splines.
    • Foley et al. (1997), Computer Graphics: Principles and Practice (2nd Edition), Kapitel 11 zu Kurven und Flächen.
  • Beleuchtung
    • Farbräume (RGB,HLS,Lab), Farbpaletten
      • Wikipedia (2009), Farbraum bzw. color space. Farbräume im Allgemeinen werden erklärt, mit Links zu verschieden Farbmodellen (RGB, HLS etc.).
      • Eugene Vishnevsky, Color Space Conversion Applet. Java Applet zum Vergleich der Position einer Farbe in verschiedenen Farbmodellen.
      • Foley et al. (1997), Computer Graphics: Principles and Practice, Kapitel 13.3 Color models for raster graphics. Verschiedene Farbmodelle (RGB, CMY, HLS etc.) werden beschrieben.
      • Woo et al. (2006), OpenGL Programming Guide (Red Book)(5th Edition),Kapitel 4 Color Kapitel 13.3 Color models for raster graphics. Verschiedene Farbmodelle (RGB, CMY, HLS etc.) werden beschrieben.
      • Adobe Technical Guides (2000), Color Models. Detailierter Überblick über verschiedene Farbmodelle (Englisch).
    • Lichtquellen
      • Woo et al. (2006), OpenGL Programming Guide (Red Book)(5th Edition), Kapitel 5 zu Beleuchtung
    • Materialien
      • The Guerrilla CG Project, Displacement vs. Bump Mapping. Englisches Video-Tutorial über Displacement und Bump Mapping.
      • Woo et al. (2006), OpenGL Programming Guide (Red Book)(5th Edition),Kapitel 9 Texture Mapping
    • Beleuchtungsmodelle
      • Wikipedia (2009), Beleuchtungsmodell. Überblick über lokale und globale Beleuchtungsmodelle.
      • Foley et al (1997), Computer Graphics: Principles and Practice (2nd Edition),Kapitel 16 zu lokalen und globalen Beleuchtungsmodellen.
  • Raytracing

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Stefan Gumhold
Letzte Änderung: 09.10.2017