392113 Einführung in die Computergrafik (V+Ü) (WiSe 2012/2013)

Die Vorlesung gibt eine Einführung in die theoretischen und praktischen Grundlagen der Computergrafik, wobei die Visualisierung dreidimensionaler Szenen aus einer gegebenen Kameraansicht im Mittelpunkt steht. Um dieses Ziel zu erreichen, müssen wir zuerst ein paar Teilprobleme verstehen und lösen, wobei wir uns auf andere Disziplinen (Physik, Kunst, Biologie, Mathematik, Informatik) stützen können: Wie breitet sich Licht in einer Szene aus? Wie interagiert es mit verschiedenen Objekten und Materialien? Wie funktioniert eine Kamera oder das menschliche (Stereo-) Sehen? Was ist überhaupt Licht, was ist Farbe?

Die Vorlesung gliedert sich in vier Teile:

• Globale Beleuchtung beantwortet die obigen Fragen soweit, dass wir foto-realistische Bilder berechnen können, wenn wir nur lange genug rechnen (z.B. für computer-animierte Filme). Mithilfe von Mathematik, effizienten Algorithmen und cleveren Datenstrukturen werden wir es aber auch in Minuten (anstatt Stunden oder Tagen) schaffen.
• Für interaktive Anwendungen vereinfachen wir die Beleuchtungsberechnung und führen alle Berechnungen auf der Grafikkarte durch, welche nichts anderes als eine massiv-parallele und daher extrem effiziente Recheneinheit ist. Mit OpenGL und Shader-Programmen werden wir in der Lage sein, auch komplexe Szenen in Echtzeit darzustellen (z.B. für Spiele).
• Wir beschäftigen uns auch mit der Ein- und Ausgabe des Rendering-Prozesses. Die Eingabe ist eine geometrisches 3D-Objekt oder eine 3D-Szene. Wir werden verschiedene mathematische Repräsentationen und Datenstrukturen für geometrische Objekte sehen, die jeweils ihre eigenen Vor- und Nachteile haven.
• Die Ausgabe des Rendering sind Bilder. Wir werden uns z.B. mit Bild-Filtern, Bild-Kompression und progressiver Übertragung beschäftigen.

Zum besseren Verständnis werden die meisten der in der Vorlesung besprochenen Techniken in den Übungen implementiert. Diese bestehen aus drei Mini-Projekten von jeweils 4-5 Wochen, welche in Gruppen von 2-4 Studierenden bearbeitet werden.

Neu seit letztem diesem Jahr:

• Die Vorlesung ist 4+2 statt 3+1 und gibt 10LP. Dadurch können wir thematisch mehr in die Tiefe und mehr in die Breite gehen.
• Die Vorlesung setzt auf das aktuelle OpenGL 4.x, sodass wir uns mehr mit Shadern befassen können und müssen.
• Die Übungen bestehen aus drei Mini-Projekten anstatt aus zweiwöchentlichen kleinen Programmier-Aufgaben. Das ermöglicht interessante Übungen.

Requirements for participation, required level

• Grundkenntnisse in linearer Algebra werden vorausgesetzt.
• Das Bearbeiten der praktischen Übungsaufgaben erfolgt in C++.

Bibliography

• Foley, van Dam, Feiner, Hughes: Computer Graphics: Principles and Practice, Addison-Wesley Longman, 1996
• Glassner: An Introduction to Ray Tracing, Academic Press, 1989
• Pharr, Humphreys: Physically Based Rendering, Morgan Kaufmann, 2004
• Wright, Haemel, Sellers, Lipchak: OpenGL SuperBible: Comprehensive Tutorial and Reference, Addison-Wesley Longman, 2010
• Rost, Licea-Kane, Ginsburg, Kessenich: OpenGL Shading Language, 3. Edition, Addison-Wesley Longman, 2009
• Munshi, Ginsburg, Shreiner: OpenGL ES 2.0 Programming Guide, Addison-Wesley Longman, 2008
• Farin: Curves and Surfaces for CAGD. A Practical Guide, Morgan Kaufmann, 2001

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