Lehrveranstaltungen in der Informatik

3D-Computergrafik

Prof. Dr. K. Hartmann

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Inhalt

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

Organisation

Vorlesung / Workshop  4-std.

Sprache: deutsch

Präsenzstudium: 60 h, Eigenstudium: 90 h
Gesamtaufwand: 150 h

Leistungspunkte (credit points): 5

Vorbedingungen: Orientierungsprüfung

Prüfung: PL (Klausur)

Lernziele

Sie erlernen die mathematischen Grundlagen, die theoretischen Konzepte sowie die Algorithmen in der Computer­grafik und Sie 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 der Licht­ausbreitung 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 dabei die auf Java basierende Sprache Processing und die Grafik-Bibliothek OpenGL.

Die Veranstaltung liefert die mathematischen Grundlagen der Modellierungs- und Rendering-Werkzeuge, die in der Medien­informatik im Themen­schwerpunkt 3D (3D-Modellierung, 3D-Rendering, 3D-Animation) genutzt werden. Sie legt die Grundlagen für weiterführende Veranstaltungen im Bereich der Grafik-Programmierung (Spiele­programmierung, Wahlpflicht­fächer).

Literatur

G. Farin, D. Hansford: Lineare Algebra - Ein geometrischer Zugang. 2. Auflage, Springer (2003)

G. Farin, D. Hansford: Practical Linear Algebra - A Geometry Toolbox. 3. Auflage, Taylor & Francis (2013)

D. Shiffman: The Nature of Code - Simulating Natural Systems with Processing. Selbstverlag (2012)