Computergrafik II (Wintersemester 2011)

Modulbeschreibung

Die Studierenden erlernen die Grundlagen der modernen 3D-Computergrafik mit den Schwerpunkten Bilderzeugung (Rendering) und hierarchischer Szenenaufbau (Szenegraphen).

Sie können die Möglichkeiten und Grenzen der vermittelten Techniken einschätzen und diese praktisch anwenden. Sie sind damit in der Lage, sowohl existierende 3D-Softwareschnittstellen zu bewerten und in Multimedia-Projekten einzusetzen, als auch neue oder ergänzende Bilderzeugungslösungen zu realisieren.

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Grundlegende Rendering-Techniken

  • Raytracing und Schnittberechnung
  • Grafikhardware und die Rasterisierung-Pipeline
  • Shader-Programmierung

Transformationen und Szenegraph

  • Transformation
  • Koordinatensysteme
  • Traversierungsbäume
  • Animation im Szenegraph
  • Szenegraph-Design
  • Beschleunigungsansätze

Beleuchtung und Schattierung

  • Lokale Beleuchtungsmodelle
  • Globale Beleuchtungsberechnung
  • Reflexion und Refraktion
  • Texture-Mapping
  • Schattenwurf und weitere Effekte

Geometrische Modellierung

  • Implizite Repräsentierung von Flächen
  • Repräsentation und Manipulation von Polygonen
  • Polygonnetze, Bezierkurven, Freiformflächen
  • Oberflächenattribute, Normale, Tangente
  • Prozedurale Methoden, Fraktale

Voraussetzungen

Die Teilnahme an Computergrafik II erfordert grundlegende Kenntnisse der Computergrafik, Programmierung und Vektoralgebra.

Ergebnisse Wintersemester 2011/2012

Die Ergebnisse von Klausur und Übungen sind der folgenden Liste zu entnehmen: CG2 Ergebnisse (PDF).

Bitte beachten Sie, dass sämtliche Zwischenergebnisse für die Mittelwertbildung als echte 1/3-Noten verechnet werden (d.h. 1.3 bedeutet 1 1/3); die Zahlen werden in der Tabelle nur gerundet dargestellt.

Seminaristischer Unterricht im WS 2011

Im Unterricht werden die im Modulhandbuch beschriebenen Themengebiete theoretisch erarbeitet und durch praktische Anwendungsbeispiele motiviert. Die dem Seminar zugrunde liegenden Foliensätze werden kurz vor oder nach der jeweiligen Unterrichtseinheit auf dieser Seite zum Download verfügbar gemacht.

Zeitlich und räumlich ist der Unterricht wie folgt angesiedelt:

MB4 Zug 1Montag 10:00-11:30 UhrRaum B 301
MB4 Zug 2Montag 16:00-17:30 UhrRaum B 325

Die Inhalte der Vorlesung können sich während des Semesters noch etwas verschieben bzw. verändern, je nach aktuellem Status der Veranstaltung und ihrer Teilnehmer. Der derzeitige Plan sieht folgende Unterrichtseinheiten von:

DatumThemenMaterial
03.10.2011 (entfällt – Feiertag)
10.10.2011 Einführung und Organisation Handout (PDF)
17.10.2011 Raytracing Teil I – Einführung und Schnittberechnung Raytracing und Schnittpunktberechnung (PDF)
24.10.2011 Raytracing Teil II – Beleuchtungsberechnung Implementierungshinweise (PDF)
Beleuchtungsberechnung (PDF)
31.10.2011 Raytracing Teil III – Rekursives Raytracing Rekursives Raytracing (PDF)
07.11.2011 Transformationen und Szenengraphen Transformationen und Szenegraphen (PDF)
14.11.2011 Rasterisierungs-Pipeline und GPU Rasterisierungs-Pipeline (PDF)
21.11.2011 Einführung in WebGL und Javascript Einführung in WebGL und Javascript (PDF)
WebGL Beispielcode (.zip)
28.11.2011 (ausgefallen wegen Probevorlesung)
05.12.2011 Shader-Programmierung Shader-Programmierung mit GLSL (PDF)
12.12.2011 (ausgefallen wegen Krankheit)
19.12.2011 Beleuchtungsberechnung im Shader Beleuchtungsberechnung im Shader (PDF)
26.12.2011 (entfällt – Feiertag)
02.01.2012 Beleuchtungsberechnung / Einführung Texturen (siehe Übungsaufgabe)
09.01.2012 Texturen Shader und Texturen (PDF)
16.01.2012 Fortgeschrittene Rendering-Techniken Advanced Rendering (PDF)
23.01.2012 Wiederholung / Klausurvorbereitung Lernziele / Hinweise zur Vorbereitung (PDF)
30.01.2012 Klausur
06.02.2012 Klausurrückgabe / Nachbesprechung

Übungen im Wintersemester 2011

In den Übungen werden ausgewählte Themen der Vorlesung in eigenen Implementierungen umgesetzt. Die ersten Aufgaben beschäftigen sich mit der grundlegenden Umsetzung eines Raytracers sowie mit den Prinzipien eines Szenegraphen; in der zweiten Hälfte der Übungen werden dann Renderingtechniken und animierte Szenegraphen basierend auf der OpenGL-Rasterisierungspipeline umgesetzt.

Zeitlich und räumlich sind die Übungen wie folgt angesiedelt:

MB4 Zug 1 Gruppe AMittwoch17:45-19:15 UhrRaum B 332 L
ACHTUNG: die Übung Mittwoch 17:45 Uhr wurde gestrichen; die Studierenden wurden von der Studiengangsleitung umverteilt.

MB4 Zug 1 Gruppe BMittwoch16:00-17:30 UhrRaum B 332 L
MB4 Zug 2 Gruppe AMontag12:15-13:45 UhrRaum B 332 L
MB4 Zug 2 Gruppe BMontag14:15-15:45 UhrRaum B 332 L

AufgabeAbgabeterminThemaMaterial
1 (kein) Raytracing – Warm-Up Aufgabe 1 (PDF)
CG2 Warmup Java Code (.zip)
CG2 Warmup C++ Code (.zip)
2 07.11. (Montags-Übung)
09.11. (Mittwochs-Übung)
Raytracing – Schnittberechnung Aufgabe 2 (PDF)
3 28.11. (Montags-Übung)
30.11. (Mittwochs-Übung)
Raytracing – Beleuchtung Aufgabe 3 (PDF)
4 19.12. (Montags-Übung)
21.12. (Mittwochs-Übung)
OpenGL ES / WebGL – Geometrie und Transformation Aufgabe 4 (PDF)
WebGL Code (.zip)
Hinweise (PDF)
5 23.01. (Montags-Übung)
25.01. (Mittwochs-Übung)
OpenGL ES / WebGL – Beleuchtung und Texturierung Aufgabe 5 (PDF)
WebGL-Framework und Texturen (.zip)
Hinweise (PDF)

Accounts im CGA-Labor

Für die Rechner im CGA-Labor benötigen Sie einen persönlichen Account. Dieser wird zu Beginn des Semesters aus den Beleglisten erzeugt. Der Benutzername ist dabei Ihre Matrikelnummer. Das Passwort muss bei der ersten Anmeldung gesetzt werden.

Literatur

  • Peter Shirley, Fundamentals of Computer Graphics, A K Peters, 2005, ISBN: 978-1568812694
  • Tomas Akenine-Möller, Real-Time Rendering, B&T, 2002, ISBN: 978-1568811826, Companion Website
  • Gerald Farin, Dianne Hansford, The Essentials of CAGD, AK Peters Ltd., 2000, ISBN: 1-56881-123-3, Website
  • Alan Watt, 3D Computer Graphics, Addison-Wesley Longman, 1999 ISBN: 978-0201398557
    Munshi, Ginsburg, Shreiner, OpenGL ES 2.0 Programming Guide, Addison-Wesley Longman, 2008, ISBN-13: 978-0321502797
  • Dave Shreiner, OpenGL Programming Guide: The Official Guide to Learning OpenGL, Version 2.1, Addison-Wesley Longman, 6. Auflage, 2007, ISBN-13: 978-0321481009
  • The Redbook – OpenGL Programming Guide (online)

Gallerie

Einige Ergebnisse erfolgreich bearbeiteter Projektaufgaben aus den letzten Semestern finden sich auf der Seite von Prof. Tramberend.

OpenGL ES 2.0

Weitere Frameworks / OpenGL-Anbindung

Tutorials

Wichtige Hinweise


Erster Vorlesungstermin:
Montag, 10.10.2011

Erste Übung MB4 Zug 1:
Mittwoch 5.10.2011

Erste Übung MB4 Zug 2:
Montag 10.10.2011

Unbedingt zu beachten:
es gelten meine allgemeinen
Bedingungen
für die Lehre!