3D-Computergrafik

Studienorganisation

Studiensemester:  2

Turnus:  Sommersemester, jährlich

Modultyp:  Pflichtveranstaltung

Lehrform:  Vorlesung/Labor

Sprache:  Deutsch

Kompetenzen/Lernziele 

Sie erlernen die mathematischen Grundlagen, die theoretischen Konzepte sowie die in der Computergrafik genutzten Algorithmen und wenden diese Kenntnisse bei der Entwicklung von interaktiven Anwendungen an. Nach Abschluss dieses Moduls kennen Sie wichtige Verfahren zur Repräsentation der Oberflächen geometrischer Körper (Modellierung) sowie der Bildsynthese (Rendern) und können diese hinsichtlich Komplexität und Effizienz beurteilen.

Sie verstehen die Aufgaben und Prozesse innerhalb der einzelnen Stufen der Grafik-Pipeline sowie die Konventionen der Koordinatensysteme in den verschiedenen Stufen der Grafik-Pipeline. Sie beherrschen die zur Transformation der einzelnen Stufen der Grafikpipeline angewandten mathematischen Operationen. Sie erkennen, wie physikalische Modelle des Lichttransports in Beleuchtungsverfahren umgesetzt werden. Sie können die plattformübergreifende Grafik-Bibliotheken nutzen, um interaktive 3D-Inhalte darzustellen.

Im vorlesungsbegleitenden Labor entwickeln Sie Anwendungsprogramme, welche die Funktionsweise der einzelnen Verfahren der Grafik-Pipeline demonstrieren. Sie nutzen die auf Java basierende Sprache Processing.

Das Modul zeigt die mathematischen Grundlagen von Modellierungs-, Animations- und Rendering-Werkzeugen der Medienproduktion und die darin genutzten Algorithmen. Sie legt die Grundlagen für weiterführende Module im Bereich der Medienprogrammierung (Spiele-Programmierung, Virtuelle und Erweiterte Realität, Wahlpflichtbereich).

Inhalte 

Vorlesung

• Aufgaben und Herausforderungen interaktiver 3D-Computergrafik
• Graphik-Programmierung in Processing
• Farbmodelle RGB und HSB & Nutzung in Processing
• geometrische Modellierung zweidimensionaler Formen
• Koordinatensysteme der Grafik-Pipeline
• mathematische Grundlagen der 3D-Computergrafik
  • Koordinatensysteme
  • Vektoren, Matrizen, Vektor- und Matrix-Operationen
  • Transformationen in 2D und 3D: Verschiebung, Skalierung, Rotation, Skalierung
  • Kombination von Transformationen
  • Homogene Koordinaten
• Algorithmen der 3D-Computergrafik
  • Koordinatensysteme und Transformationen in der Grafik-Pipeline
  • Projektionen: Konzepte und mathematische Umsetzung
  • lokale Beleuchtungsmodelle und Schattierungsverfahren
• geometrische Modellierung: Repräsentation komplexer 3D-Objekte

Labor / Programmier-Tutorium

• Einführung in Processing
• Nutzung geometrischer Primitive / Definition komplexerer geometrischer Körper
• trigonometrische Funktionen
• Vektoren, Matrizen, Vektor- und Matrix-Operationen
• Transformationen / Animation / Interaktion
• Beleuchtung
• Kamera-Steuerung

Arbeitsaufwand

4 SWS, 5,0 Creditpoints (CP)

60 h Präsenzstudium, 90 h Eigenstudium

Prüfung

Art der Prüfung:  Prüfungsleistung

Prüfungsform:  K(2)

Zweistündige Klausur.

Labor zur Anerkennung des Moduls nötig: 

Literatur 

• Daniel Shiffman. The Nature of Code. Selbstverlag (2012). (Hinweis: Sehr gutes Processing-Buch mit Anwendung von Konzepten der Linearen Algebra)
• Gerald Farin & Dianna Hansford. Practical Linear Algebra: A Geometry Toolbox. Chapman & Hall. 4rd Edition, 2021
• Eric Lengyel. Foundations of Game Engine Development, Volume 1: Mathematics, Terathon Software LLC, 2021
• Eric Lengyel. Foundations of Game Engine Development, Volume 2: Rendering, Terathon Software LLC, 2021

Voraussetzungen

Voraussetzungen lt. Prüfungs- und Studienordnung 

keine

Verantwortliche Dozierende

Modulverantwortliche(r):  Prof. Dr. Knut Hartmann

Dozent(in):  Prof. Dr. Knut Hartmann B.Sc. Torben Haase