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U N I V E R S I T Ä TKOBLENZ · LANDAU
Einführung
Vorlesung„Computergraphik I“
S. Müller
U N I V E R S I T Ä TKOBLENZ · LANDAU S. Müller - 2 -
Wer bin ich? Geboren 1965 in Bayreuth Grundstudium in Erlangen Hauptstudium in Darmstadt (Dipl.-Inform.) Diplomarbeit in Manchester 1991 Danach wissenschaftlicher Mitarbeiter beim
Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung in Darmstadt
Promotion 1996 über Lichtsimulation Leiter der Abteilung „Visualisierung und Virtuelle
Realität“, Fraunhofer-IGD Seit Juli 2002 Leiter der AG Computergraphik
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Computergraphik
Anwendungen
3D InteraktionMixed Reality Continuum
Kollaborative Umgebungen
3D VisualisierungBildsynthese
Echtzeit-Rendering
SimulationObjektverhaltenAutorensysteme
Modellierung
… 3D-Bildsynthese in interaktiven, immersiven und augmentierten Umgebungen…
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Themen
Scientific Visualization Virtual Reality Augmented Reality
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3D Visualisierung
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3D-Visualisierung Viel passiert, speziell durch die enormen
Entwicklungen im Bereich der Graphikkarten Echtzeitdarstellung Beleuchtungssimulation
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Beispiele
FlyTerrainWater.exe WATER.exe
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Polygonales Rendering
+
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Radiosity
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Monte-Carlo Raytracing
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Augenblick (Oliver Abert)
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VR: Simulation Keyframes Partikel Feder-Masse-Systeme
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Interaktion
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Bill Buxton Test: Zeichnen Sie einen Computer in 15 Sek.
Ca. 80% der Fälle Monitor Tastatur Maus
Interessant: kein „Computer“ auf dem
Bild Benutzer nehmen
„Computer“ hauptsächlich über Ein- und Ausgabe wahr
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Moore´s Law Doppelte Performanz
alle 1? Monate
Was es uns wirklich sagt: in der Zukunft sind
Computer schneller leistungsfähiger billiger
als in der Vergangenheit
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aber ...
die Kapazität des menschlichen Gehirns ist konstant!
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Betrachtung 1:Standard User Interface: kaum verändert seit 25 Jahren
Was sich nicht/nur kaum verändert hat: WIMP
Windows Icons Menues Pointer
Bildauflösung (heute: 1280x1024)
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Standard User Interface...Technik für den Menschen mit
einem Auge einem Ohr ohne Mund ohne Körper einer Hand einem Finger
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Betrachtung 2: Mobilität Mobile Endgeräte
Faustformel: Heute auf dem
Desktop in 2 Jahren auf dem
Laptop in 4 Jahren auf dem
wearable Erste Laptops mit 3D-
Graphik bereits verfügbar (GeForce2 Go)
In 2 Jahren auch auf für Wearables?
Mobile Datenanbindung Prognose sagen:
ab dem Jahr 2006 wird es mehr mobile Internetanschüsse geben als über Festnetz
2010 übersteigt die Zahl der mobilen Internetnutzer diejenige der Mobiltelefonierer von heute
In Verbindung mit UMTS wird eine Kamera als Standardkomponente von mobilen Telefonen erwartet
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Betrachtung 3:3D Graphik schlägt Moore‘s Law
Performanz der low-end HW hat aufgeholt
3D Graphik ist Teil der Standardkonfiguration eines PCs
3D Graphik ist damit für die breite Masse verfügbar
Aber: es gibt kaum Anwendungen
1989 1991 1993 1995 1997 1999
30
25
20
15
10
5
0
Workstations PCs
Triangle Throughput Rates (MTri/Sec)
VGX RERE2
iRiR2 iR3
Voodoo1
GF
GF2
GF3
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Virtuelle Realität
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VR Technology
Wird heute kaum mehr benutzt…
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General Trend: IPT (immersive projection technology)
Workbench
Stereo projection
CAVE
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Einbaumontagesimulation (EMS)
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3. Gen.: interaktive Geschichten
Virtuelles Ozeanarium, EXPO 98
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Cultural heritage
Dunhuang caves, China
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Interaktives Planetarium
Hipparcos-Daten: 100.000 Sterne, 1.000.000 Sterne als Hintergrund
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Dom von Siena (EXPO 2000)
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Augmented Reality
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Augmented Reality („Erweiterte Realität“) ... steht für: Präsentation von Informationen
im Sichtfeld des Betrachters und in Überlagerung mit der Realität
Eine Kombination aus: Semi-transparent displays Tracking wearable Computer und
Telekommunikation Interaktion mit realen und
virtuellen Gegenständen und Informationen
eine Technologie, die sich weltweit im Pionierstadium befindet,
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Augmented Reality
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AR-Spiele
Aqua Gauntlet (MRL Japan) AR2 Hockey (MRL Japan)
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Computergraphik
Anwendungen
3D InteraktionMixed Reality Continuum
Kollaborative Umgebungen
3D VisualisierungBildsynthese
Echtzeit-Rendering
SimulationObjektverhaltenAutorensysteme
Modellierung
… 3D-Bildsynthese in interaktiven, immersiven und augmentierten Umgebungen…
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CG-Labor (Mixed Reality)8,48 m x 5,93 m
Fenster
Tür
Fenster
GLA
S-S
chra
nk(1
21x4
5)
Tisch(179x90)
Tisch(179x90)
Tisch(179x90)
Tisch(179x90)
Tisch(179x90)
DVD-PlayerVideo-Rek.
MonitorScanner
413 114 176 114 31
254
114
225
560 19594
19
Fenster
(Raumhöhe: 297)
(Höhe von Boden: 110)
Abgehängte Dec ke
Breite: 159H
öhe von Decke : 43
Maßstab: 1 cm = 0,5 m
Drucker
Kas
ten
(80x
44)
P9 P8 P7 P6 P5
P10
Videoecke
M1
M2
M3
M4
P1
P2
P3
P4
ev. schmälerev. schmäler
(ev. Kühlung)
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Vorlesung (PLAN) Jedes Semester
Eine Pflichtveranstaltung CG1 und CG2/3 jedes Semester im Wechsel
Eine Wahlpflichtveranstaltung• Virtuelle Realität und Augmented Reality V2 (ECTS 3)• Medizinische Visualisierung (ECTS 3)• Animation und Simulation (ECTS 6) • Photorealistische Computergraphik V3+1 (ECTS 6)• Echtzeit-Rendering (ECTS 6)
Ein Seminar (Winter: Bachelor, Sommer: Master) Ein Praktikum (Winter: Master, Sommer: Bachelor)
Programmierbeispiele: C und C++
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Übersicht zur Vorlesung Mathematische Grundlagen der Computergraphik Grundlagen und Algorithmen der Rasterisierung Clipping Scan Konvertierung Transformationsmatrizen Orthographische und perspektivische Transformation Licht, Materialien, Beleuchtung und Texturen Graphik-Pipeline von OpenGL Graphische Datenstrukturen Bézier-Kurven und Splines Raytracing
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18.10.12 1 Einführung OpenGL 10.01.13 15 Texturen (Ü8)25.10.12 2 Mathe Grundlagen C++ 1 (Ü1) 11.01.13 16 Advanced OpenGL25.10.12 3 Rasterisierung C++ 2 (Ü2) 17.01.13 17 Kurven (Ü9)01.11.12 4 Linien C++ 3 (Ü2) 18.01.13 18 Splines (Ü9)01.11.12 (Allerheiligen) 24.01.13 19 Ray Tracing08.11.12 5 Clipping (Ü3) 25.01.13 20 Ray Tracing 208.11.12 6. Poly Clipping (Ü4) 31.01.13 Wiederholung15.11.12 7 Scan Konvertierung 01.02.13 -15.11.12 8 Transformationen (Ü5) 07.02.13 -22.11.12 9 Transform & OpenGL (Ü5) 08.02.13 Klausur22.11.12 10 View (Ü6)29.11.12 11 Perspektive (Ü6)29.11.12 12 OpenGL Pipeline (Ü7)06.12.12 13 Licht & Material (Ü7)06.12.12 14 Beleuchtung (Ü7)07.12.12 Weihnachtsvorlesung
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Organisatorisches Vorlesung
Pflichtfach CV, 7 ECTS Punkte Übungen (2 stündig)
Betreute Übungsgruppen (Fragen und vor allem prakt. Aufgaben)
Papier- und Programmieraufgaben, Beispielprogramme in C/C++
Schein (CG1) Klausur (voraussichtlich 8. Febr. 2013) Voraussetzung: 50% der theoretischen und 50% der
praktischen Punkte der Übungsaufgaben Web-Page http://www.uni-koblenz.de/~cg/
Folien
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Organisatorisches Praktikum CV-Programmierung (3 ECTS)
In den CG1-Übungen sind praktische Aufgaben enthalten Am Ende gibt es einen zusätzlichen Test
(„Programmierführerschein“) Hierbei werden konkrete Programmieraufgaben umzusetzen
sein, mit lauffähiger Implementierung (hierfür wird die Programmierumgebung Eclipse (Linux) während der Klausur zur Verfügung stehen).
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Literatur OpenGL Programming
Guide: The Official Guide to Learning OpenGL, Version 1.2 (3rd Edition) by Mason Woo, Jackie Neider, Tom Davis, Dave Shreiner, Addison-Wesley, 1999
Peter Shirley: Fundamentals of Computer Graphics, A K Peters LTD, Second Edition 2005
J.L. Encarnação, W. Strasser, R. Klein: Graphische Datenverarbeitung 1 und 2
J. Foley, A. van Dam, S. Feiner, J. Hughes: Computer Graphics: Principles and Practice, 2nd Edition
Alan Watt: 3D Computer Graphics, Addison-Wesley, 3rd edition
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Eine lohnende Anschaffung: Peter Shirley: Fundamentals
of Computer Graphics, A K Peters LTD, Second Edition 2005
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Übungen Diana Röttger (droettger@uni-koblenz.de) Dominik Grüntjens (dominik.gruentjens@uni-koblenz.de) Gerrit Lochmann (lochmann@uni-koblenz.de)
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Übungen Übungen
Auf CG1 Webseite: Anleitungen für verschiedene Compiler (Visual Studio 2008, MacOS (Xcode), Linux (Mesa), Eclipse)
Einführung im Rechnerraum: 22.10. 14-16 Uhr (F112, F113)
Morgen 1. Übungsblatt (ohne Abgabe) Sonst: Ausgabe am Freitag, Abgabe immer Freitags
darauf 12:00 Uhr
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Übungen Abgabe der Übungsblätter und Ausgabe neues
Übungsblatt jeweils Freitags (12:00 Uhr) Abgabe Programmieraufgaben (s. Übungen) Abgabe in Gruppen bis 3 Personen