3D-Computergrafik

Dieses Modul besteht aus einer Lehrveranstaltung.

Prüfungsordnung:  MI-BA-2017

Studienorganisation

Studiensemester:  3

Turnus:  Wintersemester, jährlich

Modultyp:  Pflichtveranstaltung

Lehrform:  Vorlesung/Labor

Sprache:  Deutsch

Kompetenzen/Lernziele 

Sie erlernen die mathematischen Grundlagen, die theoretische Konzepte sowie Algorithmen in der Computergrafik und wenden diese Kenntnisse bei der Entwicklung von interaktiven Anwendungen an.

Sie beherrschen Verfahren zur Repräsentation der Oberflächen von geometrischen Körpern(Modellierung) sowie der Bildsynthese (Rendern) und können diese hinsichtlich der Komplexität und der Effizienz beurteilen. Sie erkennen, wie physikalische Modelle des Lichttransports in der Grafik-Pipeline umgesetzt werden. Sie können die plattformübergreifende Grafik-Bibliothek OpenGL 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 und die Grafik-Bibliothek OpenGL.

Die Veranstaltung zeigt die mathematischen Grundlagen und die Umsetzung der in den Veranstaltungen des Themenschwerpunktes 3D (3D-Modellierung, 3D-Rendering, 3D-Animation) genutzten Modellierungs- und Rendering-Werkzeuge. Sie legt die Grundlagen für weiterführende Veranstaltungen im Bereich der Grafik-Programmierung (Spieleprogrammierung, Wahlpflichtfächer).

Studierende, welche den Studienschwerpunkt Medienprogrammierung wählen, lernen in den Veranstaltungen Signalverarbeitung und Mustererkennung sowie Bild- und Videoverarbeitung fundamentale Algorithmen der Bildanalyse kennen. Die Veranstaltung Virtual and Augmented Reality verknüpft Bildanalyse und Bildsynthese und führt die in genannten Veranstaltungen erworbenen Kompetenzen beim Entwurf und der Umsetzung von interaktiven Anwendungen zusammen.

Inhalte 

Vorlesung

  • 3D-Computergrafik: Themen und Herausforderungen
  • Grafik-Pipeline
  • Modellierung einfacher geometrischer Körper
  • Trigonometrie und Lineare Algebra: Mathematische Grundlagen der 3D-Computergrafik
    • Vektoren, Matrizen, Vektor- und Matrix-Operationen
    • Homogene Koordinaten
    • Koordinatensysteme und Koordinaten-Transformationen
  • Algorithmen der grafischen Datenverarbeitung
    • Koordinatensysteme und Transformationen in der Grafik-Pipeline
    • Projektionen
    • lokale Beleuchtungsmodelle und Schattierungsverfahren
    • Textur-Mapping
  • Computergenerierte Landschaften
  • Umsetzung von Beleuchtungsmodellen in GLSL-Shadern

Labor / Programmier-Tutorium

  • Einführung in Processing
  • Nutzung geometrischer Primitive / Definition komplexerer geometrischer Körper
  • 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 

  • G. Farin & D. Hansford: Lineare Algebra: Ein geometrischer Zugang. Springer Verlag, 2003 bzw. G. Farin & D. Hansford. Practical Linear Algebra: A Geometry Toolbox, 3rd Edition, 2014 (eBook)
  • D. Shiffman. The Nature of Code. Selbstverlag (2012). (Hinweis: Sehr gutes Processing-Buch mit Anwendung von Konzepten der Linearen Algebra)

Voraussetzungen

Voraussetzungen lt. Prüfungs- und Studienordnung 

keine

Empfohlene Veranstaltungen 

Verantwortliche Dozierende

Modulverantwortliche(r):  Prof. Dr. Knut Hartmann

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