Einführung in die Computergraphik (SS 2019)

SWS 2/2/0
INF-B-420 (Einführung in die Computergraphik) Modulbeschreibung
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Dozent und Betreuer

Vorlesung: Prof. Dr. Gumhold
Übung:  Ludwig Schmutzler, Benjamin Russig

Klausur

Termin: 22.07.19 14:50 Uhr
Inhalt: Vorlesung und Theorieaufgaben (ca. zur Hälfte Rechenaufgaben)
Dauer: 90min
Hilfsmittel: nur Schreibzeug und evtl. Wörterbuch
Erfolgskriterium: mindestens 38 von 76 Punkten
Bonussystemneu: max. 15 Bonuspunkte aus praktischen Aufgaben
Klausureinsicht: tba

Vorbereitung

  • Vorlesungsbesuch und Rechenbeispiele dort
  • Übungsteilnahme und Rechenaufgaben mit Musterlösungen
  • Fragenkatalog (pdf, letztes Update am 19.7.2018)
  • Bearbeitung von Beispielklausuren (2011, 2013, 2015)
  • Klausurvorbereitung in letzter Vorlesung
  • Lernraum: 14:50-16:20 12.7.19 im APB E008

Termine

Vorlesung: Do 4. DS, HSZ/04
Ausweichtermin (09.05.): Do 5. DS, HSZ/04

Vorlesungstermine 2019

04.04. ... Einführung
11.04. ... Mathematische Grundlagen der Modellierung
18.04. ... Einführung in die Modellierung
25.04. ... Rasterisierung (4. DS) und Affine Transformationen (5. DS)
02.05. ... vorverlegt auf 25.04.
09.05. ... Ansichtstransformationen (4. DS) und GPU-Programmierung (5. DS)
16.05. ... Kurven
23.05. ... Splines
30.05. ... entfällt wegen Himmelfahrt
06.06. ... Beleuchtungsmodelle
13.06. ... entfällt wegen Pfingsten
20.06. ... entfällt wegen Output.DD
27.06. ... Raytracing I
04.07. ... Raytracing II
11.07. ... Abschlussveranstaltung (Lehrevaluation und Klausurvorbereitung)

MATERIALIEN

Folien und Materialien zur Vorlesung

Einführung (Folien pdf04.04.19)
Mathematische Grundlagen der Modellierung (Folien pdf25.04.19)
Einführung in die Modellierung (Folien pdf25.04.19)
Rasterisierung (Folien pdf25.04.19)
Transformationen (Folien pdf09.05.19)
GPU-Programmierung (Folien pdf09.05.19)
        Tutorial (Quellcode zip)
Kurven (Folien pdf27.06.19)
Beleuchtung (Folien pdf27.06.19, Tafelanschrieb pdf)
Raytracing (Folien pdf04.07.19)
Abschlussveranstaltung

Weiterführende Literatur und 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: 12.07.2019