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Computergrafik

2406, Vorlesung mit Übungen, Bachelor, 5.0 ECTS Punkte

Ort: Engehaldenstrasse 8, Raum 001
Zeit: Freitags, 14:15-17:00

Einleitung

Diese Vorlesung bietet eine Einführung in die 3D Computergrafik. Der Stoff umfasst die Grundlagen der 3D Bildgenerierung und Modellierung, wobei der Schwerpunkt auf interaktiven Anwendungen liegt. Wir behandeln unter anderem die Repräsentation von 3D Geometrie, 3D Transformationen, Projektionen, Rasterisierung, Grundlagen zur Texturierung und zu Beleuchtungsmodellen, sowie die Programmierung moderner Graphics Processing Units (GPUs). Die Übungen zur Vorlesung vertiefen den Stoff mit Programmierprojekten basierend auf Java und OpenGL.

Voraussetzungen

Diese Vorlesung setzt den Stoff der ersten zwei Studienjahres voraus. Als Programmiersprache kommt Java zum Einsatz. Kenntnisse in Grafikprogrammierung wie z.B. OpenGL sind keine Voraussetzung.

Lernziele

In dieser Vorlesung erwerben Studierende folgende Kenntnisse und Fähigkeiten:

  • die mathematischen Grundlagen der 3D Grafik beschreiben und anwenden (Koordinatensysteme, Koordinatenwechsel, homogene Koordinaten, Matrixoperationen, Transformationsmatrizen für Rotation, Translation und Projektion)
  • Grundlagen der Verarbeitung und Darstellung von Farbinformation und deren Zusammenhänge mit dem menschlichen Sehsystem beschreiben (Tristimulustheorie, Farbräume, Farbtransformationen, Gammakorrektur und Tone Mapping)
  • Grundbegriffe der Radiometrie und des Lichttransports beschreiben und anwenden (Radianz, Irradianz, Bidirectional Reflectance Distribution Function (BRDF) und verschiedene Beleuchtungsmodelle)
  • Hardware Architektur von 3D Grafikprozessoren beschreiben (Graphikpipeline, Framebuffer, Graphics Processing Unit (GPU), Data Parallelism, Single Instruction Multiple Threads (SIMT) Programmiermodell)
  • die Software Architektur von 3D Grafikprogrammen beschreiben
  • Datenstrukturen für 3D Grafikanwendungen beschreiben und anwenden (Mesh Datenstrukturen und hierarchische Szenengraphen)
  • spezielle Techniken der Grafikprogrammierung beschreiben und  anwenden (Shaderprogrammierung, Texture Mapping, Bump Mapping, Shadow Mapping)
  • 3D Grafik Programmierschnittstellen wie OpenGL und GLSL zusammen mit einer objektorientierten Programmiersprache wie Java anwenden, um eigene 3D Applikationen zu entwickeln

Übersicht

Die folgende Tabelle gibt eine Übersicht über den Inhalt der Vorlesung. Änderungen sind vorbehalten. Wir empfehlen weiter das Buch "Fundamentals of Computer Graphics" von Peter Shirley als begleitende Unterlagen. Wir vermerken die Kapitel aus diesem Buch zu den einzelnen Vorlesungen. Das Buch ist bei der Studentischen Buchgenossenschaft und elektronisch auf der Ilias-Seite der Vorlesung verfügbar.

Datum    
Inhalt Lesematerial  
23.09. Einführung Shirley Ch. 1, Sec. 2.3, 2.4
30.09. Homogene Koordinaten, Transformationen   
Shirley Sec. 5.2, 5.2.1, 5.2.2, 6.1-6.5
07.10. Projektion
Shirley Ch. 7
14.10. Rasterisierung
Shirley Sec. 2.10, 2.11, 3.1, 3.6, 8.2, 11.2, 11.3, 11.4, Homogeneous rasterization
21.10. Farbtheorie
Shirley Ch. 20
28.10. Beleuchtungsmodelle
Shirley Ch. 9
04.10. Shader Programmierung

11.11. Szenenverwaltung Shirley Sec. 13.3
18.11. Kurven Shirley Ch. 15
25.11. Oberflächen
29.11.
Beleuchtungseffekte
09.12. Bump mapping, shadow mapping

16.12.
Advanced Topics
23.12.
Reserve
Jan. '17 schriftliche Prüfung
10:00-12:00, Raum ExWi A6

 

Vorlesungsunterlagen auf Ilias

Wir stellen alle Vorlesungsunterlagen, inklusive der Powerpoint Slides der Vorlesungen und Übungsunterlagen, auf der Ilias Plattform zur Verfügung.

Übungen

Die Übungen sind Voraussetzung für die Anmeldung zur Prüfung. Es wird sechs Programmierübungen (Java) in einem Rythmus von zwei Wochen und zwei theoretische Übungen geben. In jeder Übung können zehn Punkte erreicht werden. Es ergibt sich ein Total von 80 Punkten. Zur Zulassung zur Prüfung müssen 60 Punkte erreicht werden. Die Beschreibung der Übungsaufgaben ist jeweils auf Ilias zu finden.

Programmierübungen

Die Programmierübungen werden jeweils auf Ilias publiziert. Die Abgabe der Programmierübungen wird jeweils im Poolraum im ExWi Gebäude direkt an die Assistenten erfolgen. Mehr Informationen dazu gibt es in der ersten Vorlesungsstunde.

Theorieübungen

Es wird zwei Theorieübungen zum Vorlesungsstoff geben. Diese Übungen sollen zur Prüfungsvorbereitung dienen.

Prüfung

Die Prüfung findet im Januar 2017 statt. Die Prüfung wird schriftlich sein. Als Hilfsmittel sind zwei A4 Blätter (vier Seiten) mit handschriftlichen Notizen erlaubt. Andere Hilfsmittel sind nicht erlaubt.

 

 

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