3D-Computergraphik

Prüfungsordnung:  MI-BA-2011

Studienorganisation

Studiensemester:  4

Turnus:  Sommersemester, jährlich

Modultyp:  Pflichtveranstaltung

Lehrform:  Vorlesung/Labor

Sprache:  Deutsch

Kompetenzen/Lernziele 

Sie erlernen die mathematischen Grundlagen, die theoretische Konzepte sowie Algorithmen zur Repräsentation der Oberflächen von geometrischen Körpern in der Computergraphik (Modellierung) sowie der Bildsynthese (Rendern) und wenden diese Kenntnisse bei der Entwicklung von interaktiven Anwendungen an.

Sie erkennen, wie mathematischer Konzepte und physikalischer Modelle des Lichttransports in der Graphik-Pipeline umgesetzt werden und erlangen Grundkenntnisse der Programmierung moderner Graphikkarten mit Shadersprachen. Sie können die Plattform-übergreifende Graphik-Bibliotheken OpenGL und WebGL nutzen, um interaktive 3D-Inhalte darzustellen.

Im vorlesungsbegleitenden Projekt entwickeln Sie Anwendungsprogramme, welche die Funktionsweise der einzelnen Verfahren der Graphik-Pipeline demonstrieren. Dabei werden alle Parameter der zugrunde liegenden Algorithmen über interaktive Elemente einer graphischen Benutzerschnittstelle zugänglich gemacht, um so deren Einfluss verdeutlichen. 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 Graphikprogrammierung (Spieleprogrammierung, Wahlpflichtfächer). Für Studierende, welche den Studienschwerpunkt Medienprogrammierung wählen, bildet die Veranstaltung die Grundlage zur Verknüpfung von Bildanalyse und -syntheseverfahren in interaktiven Anwendungen. Diese Kompetenzen werden in der Veranstaltung Virtuelle und erweiterte Realität zusammengeführt.

Inhalte 

Vorlesung

  • 3D-Computergraphik: Vorgehen, Anwendungen
  • Modellierung geometrischer Körper
  • Software-Architektur graphischer Anwendungen
    • Graphik-Pipeline
    • Graphikbibliotheken (OpenGL) und programmierbare Graphik-Hardware
  • Mathematische Grundlagen der 3D Computergrafik
    • Vektoren, Matrizen, Vektor- und Matrix-Operationen
    • homogene Koordinaten
    • affine Tansformationen
    • Koordinatensysteme und Koordinaten-Transformationen
  • Algorithmen der graphischen Datenverarbeitung
    • verwendete Koordinatensysteme und Transformationen in der Graphik-Pipeline
    • Projektionen
    • lokale Beleuchtungsmodelle und Schattierungsverfahren
    • Texture-Mapping
  • Shader-Sprachen (OpenGL Shading Language)

Labor / Programmier-Tutorium

  • Definition geometrischer Primitive
  • Vektoren, Matrizen, Vektor- und Matrix-Operationen
  • Transformationen / Animationen
  • Texturen
  • OpenGL Shader
  • Beleuchtung
  • Kamera-Steuerung
  • Interaktion / Hit-Tests
  • Integration von OpenGL-Views in graphische Benutzeroberflächen

Arbeitsaufwand

4 SWS, 5,0 Creditpoints (CP)

60 h Präsenzstudium, 90 h Eigenstudium

Prüfung

Art der Prüfung:  Prüfungsleistung

Prüfungsform:  K(2) oder SP(HA, Arb)

Literatur 

  • M. Apetri: 3D-Grafik mit OpenGL: Das umfassende Praxis-Handbuch. mitp Verlag. 2010
  • R.S. Wright, N. Haemel, G. Sellers, B. Lipchak: OpenGL SuperBible: Comprehensive Tutorial and Reference. Addison-Wesley Longman. 5. Auflage. 2010
  • A. Munshi, D. Ginsberg und D. Shreiner: OpenGL ES 2.0 Programming Guide. Addison-Wesley 2009

Voraussetzungen

Voraussetzungen lt. Prüfungs- und Studienordnung 

Orientierungsprüfung

Empfohlene Veranstaltungen 

Verantwortliche Dozierende

Modulverantwortliche(r):  Prof. Dr.-Ing. Knut Hartmann

Dozent(in):  Prof. Dr.-Ing. Knut Hartmann