hier wird wissen wirklichkeit modul: b-cg grundlagen der computergraphik begrüßung und einführung...
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Hier wird Wissen Wirklichkeit
Modul: B-CG Grundlagen der Computergraphik
Begrüßung und Einführung
Prof. Dr. Detlef KrömkerProfessur für Graphische DatenverarbeitungInstitut für InformatikFachbereich Informatik und Mathematik (12)
Prof. Dr. Detlef Krömker2 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Das Ziel der heutigen Veranstaltung
Übersicht zur Veranstaltung und deren Einordnung:
‣ im Allgemeinen und‣ an der Goethe-Universität.
Wie lernt man Computergraphik?
Welche Materialen stehen für Sie zur Verfügung?
Scheine und Prüfungen
Einige „Specials“
Prof. Dr. Detlef Krömker3 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Übersicht
1. Was ist Computergrafik?
2. Computergrafik an der Goethe-Universität
3. Wie lernt man CG? Vorlesung und Übung
4. Themenübersicht
5. Literatur, bereitgestellte Materialien
6. Scheine und Prüfungen
7. Specials: Fachzeitschriften, Konferenzen, Web-Quellen
8. Readings
9. Fragen und Antworten
10.Ausblick – Nächste Schritte
Prof. Dr. Detlef Krömker4 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
1. Was ist Computergrafik?
‣ Der Begriff Computergraphik: Technologien und Anwendungen
‣ Einordnung in den Wissenschaftskanon: Die fachliche Breite der CG
‣ Etwas Geschichte
‣ Wichtige Fachgesellschaften und Normungsgremien
Prof. Dr. Detlef Krömker5 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Eine etwas „sperrige“ Definition (GI-FB GDV)
„Unter Graphischer Datenverarbeitung (GDV) versteht man die Technologie, mit der Bilder im allgemeinen Sinn des Wortes (Graphiken, Grau- und Farbbilder) mit Hilfe von Rechnern erfasst bzw. erzeugt, verwaltet, dargestellt, manipuliert, in einer für die jeweilige Anwendung geeigneten Form verarbeitet und mit sonstigen, auch nicht-graphischen Anwendungsdaten in Wechselbeziehungen gebracht werden können. Dazu gehören auch die rechnergestützte Integration und Verknüpfung dieser Bilder mit anderen Kommunikationsmedien, wie Audio, Sprache und Video, zur Realisierung komplexer multisensorischer Dialogtechniken.“
Fachbereich „Graphische Datenverarbeitung“ ist einer von 13 Fachbereichen der Gesellschaft für Informatik, siehehttp://www.gi-ev.de/gliederungen/fachbereiche/
Prof. Dr. Detlef Krömker6 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Einfacher in Englisch?
“Computer graphics (CG) is the field of visual computing, where one utilizes computers both to generate visual images synthetically and to integrate or alter visual and spatial information sampled from the real world. … This field can be divided into several areas: real-time 3D rendering (often used in video games), computer animation, video capture and video creation rendering, special effects editing (often used for movies and television), image editing, and modeling (often used for engineering and medical purposes). from: http://en.wikipedia.org/wiki/Computer_graphics
„The pictorial representation and manipulation of data by a computer“ from: http://wordnet.princeton.edu/perl/webwn?s=computer%20graphics ???
Prof. Dr. Detlef Krömker7 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
CG
GDV
Technologien und Anwendungen
Animation
Kunst
Training(CGI)
SpieleComputergrafik CG oder Computergraphik oder Graphische Daten- verarbeitung GDV
war und ist oft Enabling Technology•Training (Sichtsimulation, CGI Systeme)• Computer-Spiele• Computer-Animation + Special Effects• Computer-Kunst• Ingenieuranwendungen CAx
• GUI = „Gesicht“ jeder modernen Computeranwendung
GUIsCAM
CADCAE
Prof. Dr. Detlef Krömker8 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Computergraphik CGAnwendungen und Technologien
CG
CAD
Games Entertainment
Kunst
CAECAM
Virtual Reality
Virtual Factory
Special Effects in Film und Video
Training CGISichtsimulatoren
Geographische Informationssystem GIS
Printing &Publishing
Bildverarbeitung GUI
Human Computer Interaction (HCI)
Animation
Multimedia
Augmented Reality
Mixed Reality
Visualisierung
Prof. Dr. Detlef Krömker9 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
SchalenmodellCAD
Games Entertainment
Kunst
CAE
CAM
2D GUIs
ProduktentwicklungVirtual Factory
BildverbesserungObjekterkennungAufklärungQualitätssicherung
Special Effectsin Film und Video
MedizinChemieBiologieE-Learning
Training CGI
Geographische Informationssystem GISGeologie
Printing &Publishing
3D GUIs
E-CommerceWeb-Kataloge
Robotics
CGBV
Bild-analyse
HCI
Animation
Visualisierung
MR MM
Prof. Dr. Detlef Krömker10 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Kerntechnologien
‣ HCI Human Computer Interface‣ Multimedia
‣ Animation‣ Visualisierung‣ Mixed Reality (Virtual Reality, Augmented Reality)
(Virtuelle Realität, Erweiterte Realität)
Problemorientierte (spezielle) Technologien
‣ Computergrafik‣ Digitale Bildverarbeitung
Basisvorlesungen für Visual Computing
Spezialvorlesungen
Prof. Dr. Detlef Krömker11 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Die Relation CG und BildverarbeitungDas klassische Schema nach Rosenfeld ´75
Eingabe Ausgabe
Bild Beschreibung
Bild Bild- verarbeitung
Generative Computer-Graphik
Beschreibung Bildanalyse „alles andere“
Historisch: Strenge Trennung zwischen Computergraphik und Bild-verarbeitung: HW, SW, Systeme, Methoden, ..., Personen, Konferenzen, ...
Heute: Integrierte Betrachtung
Prof. Dr. Detlef Krömker12 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Computergraphik und Bildverarbeitung
• Symbolische Ebene:
• Merkmalsebene
• Abtastebene
• Reiz- & Aktionsebene
Text, Tabellen (Noten, .. Modelle (Kinematik, Dynamik, Verhalten)
Geometrie & (visuelle) Merkmale
Animation Festbild
Digitalvideo
Grafik- undMerkmals-Primitive
Digitales Bild
optisch
beliebige Datenstruktur
optisch (haptisch, akustisch)
Prof. Dr. Detlef Krömker13 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Die wichtigsten Transformationsschritte 1
• Symbolische Ebene:
• Merkmalsebene
• Abtastebene
• Reiz- & Aktionsebene
Grafik- undMerkmals-Primitive
Digitales Bild
beliebige Datenstruktur
Visualisierung
Rendering
Anzeige (Display) Aufnahme
Merkmalsextraktion
Bildanalyse, -verstehen
Prof. Dr. Detlef Krömker14 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Die wichtigsten Transformationsschritte 2
• Symbolische Ebene:
• Merkmalsebene
• Abtastebene
• Reiz- & Aktionsebene
Grafik- undMerkmals-Primitive
Digitales Bild
beliebige Datenstruktur
Graphikbearbeitung
Bildbearbeitung: u.a.Compositing
d.h. der Schwerpunkt in CGist Bildsynthese
Rendering
Anzeige (Display)
Prof. Dr. Detlef Krömker15 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Rendering
Photorealismus ist keine wirkliche Herausforderung mehr!
Klassische Beleuchtungsmodelle reichen weitgehend!
Ggf spezielle Modellierungsmethoden
BRDFs und BTFs verbessern Realitätstreue weiter und lösen „Problemobjekte“: z.B. Haut und Haare
Prof. Dr. Detlef Krömker16 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
ProzeduraleFraktale Modellierung
Prof. Dr. Detlef Krömker17 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Prozedurale Fraktale Modellierung
Prof. Dr. Detlef Krömker18 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Fraktale Modellierung
Prof. Dr. Detlef Krömker19 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Graphikbearbeitung – Rendering – ggf. Compositing und Anzeige
sind Grundoperationen der Computergraphik
und Basis jeder graphischen Anwendung und Spezialisierung:
‣ Multimedia‣ HCI Human Computer Interface
‣ Visualisierung‣ Mixed Reality (Virtual Reality, Augmented Reality)
(Virtuelle Realität, Erweiterte Realität)‣ Animation
Prinzipien und Beispiele aus unserer Arbeit!
Prof. Dr. Detlef Krömker20 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Zu viele Definitionen, aber:
Interaktion macht den Unterschied!
Ivan Sutherland (1965)„The screen is a window through which one sees a virtual world. The challenge is to make that world
look real, act real, sound real, feel real”
Multimedia
MM >TextBildGraphikTonVideo
Prof. Dr. Detlef Krömker21 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Der Gläserne Reaktorfür Axiva 2000-2002
VRML-AnwendungChristian Seiler
High-End Content – Produktionen fürs eLearning
Prof. Dr. Detlef Krömker22 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Trainingssimulatoren
Der Trainingssimulator ausETOILE (EU-Projekt)
Prof. Dr. Detlef Krömker23 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Antikörper
ca. 16.000 Atome
Wechsel zwischenverschiedenenAbstraktionen
Prof. Dr. Detlef Krömker24 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
High-End Content – Produktionen fürs eLearning
Pixel Explorerfür Merck(2004/2005)
Michaela MümpferDennis Bayer
siehe:http://www.merck.de/servlet/PB/menu/1235790/index.html
Prof. Dr. Detlef Krömker25 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Pigment-Explorerfür Merck
2005/2006
noch nicht freigegeben
Michaela MümpferAshraf Abu Baker
Prof. Dr. Detlef Krömker26 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Human Computer Interface (HCI)
H. Fuchs 2001
nicht Benutzerschnittstellesondern Benutzungsschnittstelle
„Gesicht“ eines interaktiven Programms
State-of-the-ArtWIMP-Schnittstellen
WindowsIcons MenuesPointing Devices
Prof. Dr. Detlef Krömker27 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
HCI und Interaktion
Sutherland’s Sketchpad (1963)
Engelbart’s Mouse (1963-64)
Herausforderungen:
Werkzeugmetapher Assistentenmetapher
Integration von Mixed Reality
UI auf Mobile Devices ...
Prof. Dr. Detlef Krömker28 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Definition „Visualisierung“Grundsätzliches‣ Visualisierung bezeichnet den Vorgang der Sichtbarmachung von Materie,
Energie, Information oder Prozessen.
‣ In der Informatik reduziert sich dieses auf die Visualisierung von Daten, Informationen, Modellen, ...
‣ „In der Tat ist der Mensch ein Augentier.“ Herbert W. Franke
Etwas Altbekanntes:
„Imagination oder Visualisierung und besonders die Benutzung von Diagrammen haben einen entscheidenden Anteil an der wissenschaftlichen Forschung.“ Rene Descartes, 1637
Prof. Dr. Detlef Krömker29 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
VisualisierungModerne Definition(-sversuche)Zwei Aspekte:
‣ “making visible, especially to one’s mind (things not visible to the eye)” modernes Mikroskop, Teleskop, ... Bsp. Molekül; Imaging in der Medizin
‣ “forming a mental image of something (thing not present to the sight, an abstraction, etc.)”... Informationsvisualisierung ...
the use of computers or techniques for comprehending data or to extract knowledge from the results of simulations, computations, or measurements Mc Cormick, De Fanti, Brown 1987
Prof. Dr. Detlef Krömker30 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Das Visualisierungsproblem8 1E-09 0,39269908 0,78539816 1,17809725 1,57079633 1,96349541
-6,28318531 -3,8998E-17 -3,8003E-17 -3,511E-17 -3,0583E-17 -2,4827E-17 -1,835E-17-5,89048623 -0,06496636 -0,06330941 -0,05849027 -0,05094748 -0,04135887 -0,03056849-5,49778714 -0,12861662 -0,1253363 -0,11579564 -0,10086286 -0,08187988 -0,06051772-5,10508806 -0,1809723 -0,17635667 -0,16293232 -0,14192089 -0,11521054 -0,08515253-4,71238898 -0,21220659 -0,20679434 -0,19105306 -0,16641523 -0,13509491 -0,09984914-4,3196899 -0,21387636 -0,20842152 -0,19255637 -0,16772468 -0,13615792 -0,10063481
-3,92699082 -0,18006326 -0,17547081 -0,16211389 -0,14120801 -0,11463183 -0,0847248-3,53429174 -0,10827726 -0,10551569 -0,09748379 -0,08491247 -0,06893145 -0,05094748-3,14159265 7,4579E-16 7,2677E-16 6,7144E-16 5,8486E-16 4,7478E-16 3,5091E-16-2,74889357 0,13921362 0,13566303 0,1253363 0,10917317 0,08862614 0,0655039-2,35619449 0,30010544 0,29245136 0,27018982 0,23534668 0,19105306 0,14120801-1,96349541 0,47052798 0,45852733 0,42362402 0,3689943 0,29954742 0,22139658-1,57079633 0,63661977 0,62038301 0,57315917 0,49924569 0,40528473 0,29954742-1,17809725 0,7842133 0,76421222 0,70604003 0,61499051 0,49924569 0,3689943-0,78539816 0,90031632 0,87735407 0,81056947 0,70604003 0,57315917 0,42362402-0,39269908 0,97449536 0,9496412 0,87735407 0,76421222 0,62038301 0,458527332,2204E-15 1 0,97449536 0,90031632 0,7842133 0,63661977 0,470527980,39269908 0,97449536 0,9496412 0,87735407 0,76421222 0,62038301 0,458527330,78539816 0,90031632 0,87735407 0,81056947 0,70604003 0,57315917 0,423624021,17809725 0,7842133 0,76421222 0,70604003 0,61499051 0,49924569 0,36899431,57079633 0,63661977 0,62038301 0,57315917 0,49924569 0,40528473 0,299547421,96349541 0,47052798 0,45852733 0,42362402 0,3689943 0,29954742 0,221396582,35619449 0,30010544 0,29245136 0,27018982 0,23534668 0,19105306 0,14120801
Prof. Dr. Detlef Krömker31 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Was ist dies?
0,000000001 -6,283185307
-5,890486225
-5,497787144
-5,105088062
-4,71238898
-4,319689899
-3,926990817
-3,534291735
-3,141592654-2,748893572
-2,35619449
-1,963495408
-1,570796327
-1,178097245
-0,785398163
-0,392699082
2,22045E-15
0,392699082
0,785398163
1,178097245
1,570796327
Prof. Dr. Detlef Krömker32 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
oder dies?
-0,4
-0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
-6,2
8318
53
-5,1
0508
81
-3,9
2699
08
-2,7
4889
36
-1,5
7079
63
-0,3
9269
91
0,78
5398
2
1,96
3495
4
3,14
1592
7
4,31
9689
9
5,49
7787
1
6,67
5884
4
7,85
3981
6
9,03
2078
9
10,2
1017
6
11,3
8827
3
12,5
6637
1
0,000000001
0,392699083
0,785398164
1,178097246
1,570796328
1,963495409
2,356194491
2,748893573
3,1415926553,534291736
3,926990818
4,3196899
4,712388981
5,105088063
5,497787145
5,890486226
6,283185308
6,67588439
7,068583472
7,461282553
7,853981635
Prof. Dr. Detlef Krömker33 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Die 2D-sinc Funktion-6
,283
-4,7
12
-3,1
42
-1,5
71
0,00
0
1,57
1
3,14
2
4,71
2
6,28
3
7,85
4
9,42
5
10,9
96
12,5
66
0,0001,571
3,1424,712
6,2837,854
9,425
-0,3-0,2-0,1
00,10,20,30,40,50,60,70,80,9
10,9-1
0,8-0,9
0,7-0,8
0,6-0,7
0,5-0,6
0,4-0,5
0,3-0,4
0,2-0,3
0,1-0,2
0-0,1
-0,1-0
-0,2--0,1
-0,3--0,2
Prof. Dr. Detlef Krömker34 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Visualisierung von Messdaten
Aufbereitung und Visualisierungvon Messergebnissen aus der Biologie: Ultraschallmikrosskopie
Dr. Christian Seiler
Prof. Dr. Detlef Krömker35 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Visualisierung von Simulationsergebnissen
3D-Reaktions- / Diffusionssystem
Dr. Christian Seiler
Prof. Dr. Detlef Krömker36 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Mixed Reality
= VR +AR
VR: Begriff von Jaron Lanier, 1987geht aber zurück aufArtifical Reality von Myron Krueger, 1982 alsHauptziel: Immersion (Vermittlung des Gefühls, Teil des Geschehens zu sein – eingetaucht zu sein)
AR: Augmented Reality(erweiterte Realität)
Prof. Dr. Detlef Krömker37 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Animation – zur Terminologie
(1) Animation bezeichnet die Gesamtheit der Methoden zur Erzeugung synthetischer Bewegtbilder
(2) Animation nennt man ein vermittels (1) erzeugtes Produkt (auf Bewegtbildmedien)
Ursprünge: animus: Lufthauch, Atem animos: beleben anemos): Wind, AtemZeitvariante Computergraphik
Prof. Dr. Detlef Krömker38 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Luxo Jr. by John Lasseter (1986)
Ein paar Pixar-Animations:
Prof. Dr. Detlef Krömker39 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Toy Story (1995)
Prof. Dr. Detlef Krömker40 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Gerrys Game (short) (1997)
A Bug’s Life (short) (1998)
Prof. Dr. Detlef Krömker41 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
For the Birds (short) 2000
Prof. Dr. Detlef Krömker42 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Finding Nemo 2003
wenn Sie mehr sehenwollen, kommen Sie zu den Filmabenden:
The History of Computer Graphics 11.5. 18.00 UhrBest of SIGGRAPH Video Review 22.6. 18.00 Uhr
Prof. Dr. Detlef Krömker43 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Die fachliche Breite der CG
‣ Hardware und Systeme‣ Psychophysik des Visuellen Systems und Bildwahrnehmung: Form,
Farbe, Bewegung, ...‣ Geometrische Probleme, numerische Probleme‣ physikalische Modellbildung,
z.B. Licht-Materie-Interaktion‣ algorithmische Probleme und Optimierungen‣ Systemtheorie‣ Design- und Gestaltungsfragen, ... ‣ Softwareergonomie, SW-Engineering, ...
Prof. Dr. Detlef Krömker44 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Relationen zu anderen Technologie- und Wissensgebieten
‣ Hardware (Technische Informatik)‣ Wahrnehmungs- und Kognitions-Psychologie‣ Ergonomie Arbeitswissenschaften‣ Semiologie (Zeichenlehre) Philosophie‣ Farbenlehre Physik und Kunst‣ Physik ... Simulation
‣ Systemtheorie‣ Mathematik
‣ Geometrie CAGM (Computer Aided Geometric Modeling)‣ Numerik
‣ Networking (Internet)‣ SW-Engineering, u.v.a.m.
Prof. Dr. Detlef Krömker45 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Entwicklung der Gerätetechnik war oft entscheidend für die Entwicklung der Computergraphik
Erste Schritte bis 196550er
1959
1961
1961
Kathodenstrahlröhre wird zur Bildausgabe unter Computersteuerung eingesetzt: OszilloskopKalligraphische (Vektor-) Displays = (x,y)-Schreiber
Lichtgriffel (Light-Pen) um Punkte auf dem Bildschirm anzusprechen
Erstes computergestütztes Zeichensystem DAC-1 (Design Augmented by Computers) bei General Motors /IBM
Sketchpad-System (Sutherland, PhD 1963, MIT )
Datenstrukturen / BildhierarchienBildkomposition aus graphischen StandardelementenInteraktionstechniken (Tastatur, Lichtgriffel)
Steve Russel (MIT) entwickelte erstes video game (Spacewar) auf einer DEC PDP-1
Prof. Dr. Detlef Krömker46 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Sturm und Drang1965 - 1975
1969
1969
1971
1971
1970 – 1975
1974
Alan Kay (Xerox Parc) entwickelt die Desk-Top-Methapher des graphischen User Interfaces Apple (Lisa, MAC, …)
Begriff “Informatik” für “Computerwissenschaft” in Deutschland
Bézierkurven (Bézier) werden bei Renault eingesetzt, CAD-Systeme
Erstes Computer-Rasterdisplay
GINO (van Dam) Geräteunabhängiges Ein-Ausgabesystem
(Logische Ein-Ausgabegeräte, normalisierte Gerätekoordinaten) Seillac 1 und Seillac 2 WorkshopBasis für Internationale Normen (Standards):
(CORE 1977), GKS 1985, PHIGS 1989, CGI, … )Hunger„ von Peter Foldes :
Erster voll animierter Film mit Hilfe vonComputer Techniken( Interpolation und Inbetweening). Die erste Morphing Technik
Prof. Dr. Detlef Krömker47 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
HardwareentwicklungSchlüsseltechnologie
Mitte 70er
Ende 70er
Anfang 80er
Raster-Displays werden als Textterminal eingesetzt, damit auch Blockgraphik möglich
CRT-Controller (Bildspeicher auslesen und auf den Schirm ausgeben)
Hardwareunterstützung von 2D-Operationen BitBLT
Weitere Details siehe Doc Computer Graphics History
Prof. Dr. Detlef Krömker48 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Rolle und Struktur dieser Veranstaltung (1)Grundlagen der Computergrafik
Modul-Nr.:B-CG
Credit Points:6
Rhythmus:jährlich SS
Dauer:einsemestrigVertiefungs-modul
Zuordnung:Angewandte Informatik ANIPT 3 / PTBI
Veranstaltungen: Vorlesung und Übung 2V+2Ü
Zulassungsvoraussetzungen: Erfolgreicher Abschluss des Moduls B-PRG oder des Moduls B-HW oder der beiden Module B-MOD und B-DS
Modulabschlussprüfung: Im SS 05 / WS 06/07 mündlich
Prof. Dr. Detlef Krömker49 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Ziele dieser Veranstaltung‣ Anwendungskompetenz: Die Studierenden haben die
grundlegenden Problemstellungen, Methoden, Verfahren und Algorithmen der Computergraphik kennen gelernt. Die Studierenden sollen im Stande sein, für konkrete Problemstellungen systematisch brauchbare Lösungen zu entwickeln und diese zu validieren. Sie sollen problemorientiert geeignete Verfahren und (Basis-) Systeme auswählen und anwenden können.
Prof. Dr. Detlef Krömker50 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Ziele dieser Veranstaltung
‣ Theoretische Kompetenz: CG nutzt neben informatischen Modellen auch spezielle grundlegende Verfahren aus der Mathematik, der Physik, der Signaltheorie und Elemente der subjektiven Wahrnehmung. Elementare Kenntnisse dieser „Theorien“ soll es den Studierenden ermöglichen, nicht nur aktuelle Lösungen und Systeme zu beherrschen, sondern theoretisch untermauerte grundlegende Konzepte und Methoden zu kennen, die über aktuelle Trends hinweg Bestand haben.
Prof. Dr. Detlef Krömker51 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Ziele dieser Veranstaltung
‣ Gestaltungskompetenz: Die Studierenden haben die Grundlagen und Prinzipien der Programmierung Graphischer Systeme kennen gelernt und können Probleme brauchbar lösen.
‣ Autodidaktische Kompetenz: Die Studierenden sind durch die Grundlagenorientierung dieses Moduls gut auf lebenslanges Lernen vorbereitet. Sie sollen die erlernten Konzepte und Methoden auf zukünftige Entwicklungen übertragen können. Die Studierenden haben gelernt, die Entwicklungen auf dem Gebiet Computergraphik so zu beurteilen, dass sie daraus ihren eigenen Weiterbildungsbedarf ableiten können.
Prof. Dr. Detlef Krömker52 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Bachelor - Master Diplom
B-Basismodule PRG 1
B-Vertiefung Angewandte Informatik ANI
M-Vertiefung VC(Planung)
PRG-PR
B-Ergänzung
OGL 6 CP 2V+2Ü
CG6 CP 2V+2Ü
DBV 6 CP 2V+2Ü
HCI4 CP 2V+1Ü
MMS3CP 2V
BVC-PR8 CP 4PR
ANI-BS3 CP 2S
PM
EDGI
NMG
ANIM 4 CP 2V+1Ü
VIS (E)6 CP 2V+2Ü
ADR 3 CP 2V
MR 4 CP 2V+1Ü
BK 4 CP 2V+1Ü
ROB 3 CP 2V
ROB-PR 4 CP 2V+1Ü
Zyklus Vorlesungen / Übungen Praktika Seminare
MVC-PR8 CP 4PR
SS
SS
WS
WS
WS
WSGrund-studium
Haupt-studium
PT 3PTBI
P5/P6
Prof. Dr. Detlef Krömker53 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Veranstalter (in 2006/2007)
WS SS
Prof. Dr Detlef Krömker PRG 1 HCI NMG CG MRVC-PR PRG-PR MVC-PR ANI-BS (S/P)
Prof. Dr. Rudolf Mester EDGI ROB DBV MRVC-PR MVC-PR ROB-PR ANI-BS (S/P)
Dr. Tobias Breiner AR VIS ANIM
Dr. Hans Joseph LB OGL ADR
Dr. Anh Vuong LB PM MMS BK
Prof. Dr. Detlef Krömker54 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Empfehlungen für die Diplomstudiengänge
Informatik Diplom PT3 CG DBV VIS 12 SWSCG OGL VIS 12 SWSCG MMS HCI BK 12 SWSDBV ROB HCI BK 12 SWS
dazu MR-PR + ROB-PR + MMR-PR 4 SWS
Bioinformatik DiplomPraktisch/Technische CG /+ DBV /+ VIS /+ HCI 12 SWSBioinformatik: /+ MMS /+ BK /+ „Visualisierung“ durchaus in Kombination mit „Digitale Medien“ Veranstaltungen von Schneider „Modellbildung+Simulation“ möglich
MR-PR + Seminar
Prof. Dr. Detlef Krömker55 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Empfehlungen für den Bachelor-Studiengang
16 – 24 CPs: CG DBV HCI 16 CPCG DBV OGL 18 CPCG DBV MMS 15 CPCG OGL HCI 16 CPdazu B-VC-PR 8 CPoder Seminar 3 CP sehr gute Voraussetzung für BA-Arbeit
8 - 12 CPs CG oder DBV MMS 9 CPCG oder DBV HCI 10 CPCG DBV 12 CP CG OGL 12 CPCG oder DBV Seminar 9 CP Mindestvoraussetzung für BA-Arbeit
Prof. Dr. Detlef Krömker56 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Themenübersicht und Terminplanung (Vorlesung)0. Prolog und Einführung 20.4.1. Grundlagen des digitalen Bildes 27.4. 2. Geometrierepräsentationen in 2D und 3D: 4.5.
Punkte, Linien, Flächen, Körper.3. Geometrische Transformationen R 1 11.5.
The History of Computer Graphics Filmabend 11.5. 18.00
4. Bildwahrnehmung 18.5.Feiertag 25.5.
5. Farbmetrik und Farbrepräsentationen R 2 1.6.
Prof. Dr. Detlef Krömker57 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Themenübersicht und Terminplanung (Vorlesung)
6. Klipping + Visibilitätsrechnung 8.6.Feiertag 15.6.
7. Rastern + Antialiasing R 3 22.6.Best of SIGGRAPH Video Review Filmabend 22.6. 18.00
8. Shading + Beleuchtungsrechnung 29.6.
9. Texturen 6.7.
10. Graphische Systeme 13.7.
11. Ray Tracing und Radiosity – Ausblick 20.7.
Prof. Dr. Detlef Krömker58 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Themenübersicht und Terminplanung (Übung)1. Einführung in VRML - Ausgabe der VRML-Aufgabe P1 25.4.2. Einführung in die CGpedia 2.5.3. Abgabe der VRML-Aufgabe P1 – Ausgabe Ü1(Transf.) 9.5.4. Einführung in JAVA 2D/Piccolo - Ausgabe der Aufgabe P2 16.5.5. Abgabe / Besprechung der Ü1 23.5
Ausgabe des Ü 2 (Farbe) (in der Vorlesung) (1.6.)6. Abgabe der Aufgabe P2 6.6.7. Abgabe / Besprechung der Ü 2 – Ausgabe Ü3 (Klipping,Vis-R) 13. 6.8. Einführung in JAVA 3D - Ausgabe der Aufgabe P3 20.6.9. Abgabe / Besprechung der Ü 3 – Ausgabe Ü4 (Rastern, Antia) 27. 6.10. Abgabe / Besprechung der Ü 4 – Ausgabe Ü5 (Shading, Bel-R) 4.7.11. Abgabe / Besprechung der Ü 5 11.7.12. Abgabe der P3 18.7.
Prof. Dr. Detlef Krömker59 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Literatur, Unterlagen zur Vorlesung, Bücher, Weitere Quellen ‣ Folien auf WWW Server www.gdv.cs.uni-frankfurt.de‣ in ca. 2 Wochen (fast ) vollständig
Ergänzungen Zug um Zug
Lehrbücher‣ Watt, Alan: 3D Computer Graphics, ADDISON WESLEY LONGMAN
‣ Möller, Haines: Real-Time RenderingAK Peters Ltd.
‣ Shirley: Fundamentals of Computer Graphics, 2006
Prof. Dr. Detlef Krömker60 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Weitere Lehrbücher
‣ Zeppenfeld: Lehrbuch der Graphikprogrammierung, Spektrum, 2004
‣ Foley, James D et.al : Introduction to Computer Graphics, ADDISON WESLEY LONGMAN
‣ Encarnacao, Strasser, Klein: Graphische Datenverarbeitung I+II, Oldenbourg
‣ Schuhmann, Müller: VisualisierungSpringer 2000
Prof. Dr. Detlef Krömker61 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Wie lernt man CG? – Drei Zugänge
‣ Übersicht (Survey) Vorlesung(alles erscheint einfach ... aber können Sie es umsetzen, eigene Lösungen finden?)
‣ Algorithmisch VorlesungDetails, Details, Details, ... schnelles Vergessen garantiert!
‣ Programmieren, Aufgaben lösen Übung„I do and I understand“
Prof. Dr. Detlef Krömker62 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Leistungsschein?
‣ Mindestens 3 Testate (d.h. > 50% richtig gelöst) aus Ü1 – Ü5
‣ Mindestens 2 Testate (lauffähige und korrekte Szenenbeschreibung resp. Programm) aus P1 – P3
‣ Mindestens 2 Wiki-Beiträge im der CGpedia mit Testat
... das ist schon alles!
aber Anmeldung erforderlich, siehe http://www.gdv.informatik.uni-frankfurt.de/index.php?m=2&sm=2
Sprechzeiten der Übungsgruppenleiter: nach der Übung vereinbaren!
Prof. Dr. Detlef Krömker63 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Zu viel verlangt? Eine kleine Rechnung
Im Bachelor-Studiengang erhalten Sie für diese Veranstaltung 6 CPs,
d.h. es wird ein Bearbeitungsaufwand von durchschnittlich 6*30 Stunden = 180 Stunden zugrunde gelegt:
‣ Vorlesung (Vorbereitung, Teilnahme und Nachbereitung) 4h * 12 = 48 h.‣ Readings: 3*4 h ... daraus Fragen in den Übungsblättern und Beiträge in der CGpedia (mindestens 2) = 12 h‣ Übungen Teilnahme 12*2 Stunden = 24 h‣ Lösen der Übungsaufgaben 5*4 Stunden = 20 h‣ Lösen der Programmieraufgaben 3*16 Stunden = 48 h‣ Zeitlicher Aufwand: Zwischensumme =152 h‣ Prüfungsvorbereitung (Bachelor) = 28 h
Prof. Dr. Detlef Krömker64 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Zwischenruf
Früher war die Veranstaltung doch 4V+2Ü. Müssen wir das gleiche jetzt in 2V+2Ü machen?
NEIN! Umfangreiche Teile wurden in andere Veranstaltungen verlagert, z.B. in Grundlagen der Digitalen Bildverarbeitung (DBV) in Human Computer Interface (HCI) und allgemein wurde die Veranstaltung entschlackt: Subjektive Bildwahrnehmung, Farbe, ...
ABER: Der Umfang der Übungen bleibt gleich 2 SWS ... und wird intensiver; siehe: Wie lernt man CG? Einige neue Elemente:‣ Readings‣ CGpedia
Prof. Dr. Detlef Krömker65 Hier wird Wissen Wirklichkeit Grundlagen der Computergrafik – SS 06Modul CG
Wo findet man uns?Prof. Dr.-Ing. Detlef KrömkerVarrentrappstraße 40-42, 2. OG60486 FrankfurtTel. .: 49 (0)69 979 95-0140Email: [email protected]: http://www.agc.fhg.deSprechstunde: Dienstag 13 –15 Uhr
nach VereinbarungSekr. Frau Goinar, Frau Quasten
Fraunhofer-AnwendungszentrumComputergraphik in Chemie und Pharmazie (AGC)
Johann Wolfgang Goethe-UniversitätFachbereich Biologie und InformatikGraphische Datenverarbeitung
Rob
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ntra
ppst
raße
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Fragen und (hoffentlich) Antworten
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Ausblick ... am nächsten Donnerstag
Das Digitale Bild
... und, danke für Ihre Aufmerksamkeit!