Einführung in die Computergraphik (SS 2024)

Modulübersicht

Dozent und
Betreuer

Vorlesung: Prof. Dr. S. Gumhold
Übung:   Ludwig Schmutzler

Zeit&Ort:

 V Do 4. DSBegin:11.04.2024, in Präsenz in HSZ/0004

Ü siehe Übungsseite

SWS:

2/1/1

Module:

 INF-B-420 , INF-LE-MA , INF-LE-PHY , MATH-MA-INFGDV
Voraussetzungen: Grundlagen der lineare Algebra und der Analysis.

Anmeldung

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Organisatorische Hinweise zur Übung finden Sie auf unserer Übungsseite.
Passwörter und zoom-links finden sich im Opal-Kurs unter Mitteilungen.

Termine und Vorlesungsmaterialien

Im SS2020 aufgenommene Vorlesungsvideos finden sich hier.

11.04.24 ... Einführung (Folien), (HSZ/0004)
18.04.24 ... Mathematische Grundlagen der Modellierung (Folien), (HSZ/0004)
25.04.24 ... Einführung in die Modellierung (Folien), (HSZ/0004)
02.05.24 ... Rasterisierung (Folien)
09.05.24 ... entfällt wegen Himmelfahrt
16.05.24 ... Affine Transformationen (Folien), (HSZ/0004)
23.04.24 ... entfällt wegen Pfingsten
30.05.24 ... Perspektivische Transformationen, (HSZ/0004)
06.06.24 ... GPU-Programmierung  (Folien, Tutorialupdate 06.06.2024), (HSZ/0004)
13.06.24 ... entfällt wegen Output.DD, Kurven (Folien), (asynchron Videos anschauen)
20.06.24 ... Splines, (HSZ/0004)
27.06.24 ... Beleuchtungsmodelle (Folien), (HSZ/0004)
04.07.24 ... Raytracing (Folien), (HSZ/0004)
11.07.24 ... Raytracing 2 (HSZ/0004)
18.07.24 ... Klausurvorbereitung und Q&A, (HSZ/0004)

Klausur

Modus: schriftliche Präsenzklausur
Termin: 09.08.2024, 7:30 Uhr
Dauer: 90min
Ort:

erster Buchstabe Nachname Raum
A-K HSZ/AUDI/H
L-R HSZ/0003/H
S-Z HSZ/0002/E

Registrierung: jExam
Klausureinsicht: tba (Anmeldung Jana Bohl)

  • Die Klausur wird 7:30 Uhr beginnen. Wir bitten alle Teilnehmer spätestens 10 Minuten vor Beginn an den Plätzen zu sein.
  • Wir werden mögliche Sitzplätze ausweisen. (Vermutlich durch herunterklappen der Tische.) Bitte setzen Sie sich nur an diese Plätze. Idealerweise sollten die Reihen von innen nach außen gefüllt werden.
  • Zu dieser Klausur sind keine Hilfsmittel zugelassen.
  • Am Platz dürfen sich nur Schreibwerkzeug (Stifte (dokumentenecht, kein rot), Lineal/Geodreieck), falls notwendig Essen/Trinken, sowie für nicht Muttersprachler:innen ein Wörterbuch befinden.
  • Zudem muss der Studentenausweis bereit liegen.
  • Eigene Blätter sind nicht zugelassen, können also gleich zu Hause gelassen werden.

Vorbereitung

  • Vorlesungsbesuch und Rechenbeispiele dort
  • Übungsteilnahme und Rechenaufgaben mit Musterlösungen
  • Fragenkatalog (pdf)
  • Bearbeitung von Beispielklausuren (2011, 2013, 2015)
  • Besprechung einzelner Fragen in 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
      • 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 (im Internet-Archiv). Applet zu affinen Transformationen (erfordert Java)
  • 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 (im Internet-Archiv). 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 (im Internet-Archiv). 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.
    • Universität Tübingen, GRIS/ILO, Beziér Curve/Spline (im Internet-Archiv). 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 (im Internet-Archiv). 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
Last modified: Aug 06, 2024