CG - Graphische Datenverarbeitung - Goethe
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Modul: B-CG Grundlagen der Computergraphik Begrüßung und Einführung Prof. Dr. Detlef Krömker Professur für Graphische Datenverarbeitung Institut für Informatik Fachbereich Informatik und Mathematik (12) Hier wird Wissen Wirklichkeit Das Ziel der heutigen Veranstaltung Übersicht zur Veranstaltung und deren Einordnung: ‣ ‣ im Allgemeinen und an der Goethe-Universität. Wie lernt man Computergraphik? Welche Materialen stehen für Sie zur Verfügung? Scheine und Prüfungen Einige „Specials“ 2 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Übersicht 1. Was ist Computergrafik? 6. Scheine und Prüfungen 2. Computergrafik an der GoetheUniversität 7. Specials: Fachzeitschriften, Konferenzen, Web-Quellen 3. Wie lernt man CG? Vorlesung und Übung 8. Readings 9. Fragen und Antworten 4. Themenübersicht 10. Ausblick – Nächste Schritte 5. Literatur, bereitgestellte Materialien 3 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit 1. Was ist Computergrafik? ‣ Der Begriff Computergraphik: Technologien und Anwendungen ‣ Einordnung in den Wissenschaftskanon: Die fachliche Breite der CG ‣ Etwas Geschichte ‣ Wichtige Fachgesellschaften und Normungsgremien 4 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Eine etwas „sperrige“ Definition (GI-FB GDV) „Unter Graphischer Datenverarbeitung (GDV) versteht man die Technologie, mit der Bilder im allgemeinen Sinn des Wortes (Graphiken, Grau- und Farbbilder) mit Hilfe von Rechnern erfasst bzw. erzeugt, verwaltet, dargestellt, manipuliert, in einer für die jeweilige Anwendung geeigneten Form verarbeitet und mit sonstigen, auch nicht-graphischen Anwendungsdaten in Wechselbeziehungen gebracht werden können. Dazu gehören auch die rechnergestützte Integration und Verknüpfung dieser Bilder mit anderen Kommunikationsmedien, wie Audio, Sprache und Video, zur Realisierung komplexer multisensorischer Dialogtechniken.“ Fachbereich „Graphische Datenverarbeitung“ ist einer von 13 Fachbereichen der Gesellschaft für Informatik, siehe http://www.gi-ev.de/gliederungen/fachbereiche/ 5 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Einfacher in Englisch? “Computer graphics (CG) is the field of visual computing, where one utilizes computers both to generate visual images synthetically and to integrate or alter visual and spatial information sampled from the real world. … This field can be divided into several areas: real-time 3D rendering (often used in video games), computer animation, video capture and video creation rendering, special effects editing (often used for movies and television), image editing, and modeling (often used for engineering and medical purposes). from: http://en.wikipedia.org/wiki/Computer_graphics „The pictorial representation and manipulation of data by a computer“ from: http://wordnet.princeton.edu/perl/webwn?s=computer%20graphics ??? 6 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Technologien und Anwendungen CAD CAE Computergrafik CG oder Computergraphik oder Graphische Datenverarbeitung GDV Spiele war und ist oft Enabling Technology •Training (Sichtsimulation, CGI Systeme) • Computer-Spiele • Computer-Animation + Special Effects • Computer-Kunst • Ingenieuranwendungen CAx Training (CGI) Animatio n CG GDV CAM GUIs Kunst • GUI = „Gesicht“ jeder modernen Computeranwendung 7 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Computergraphik CG Anwendungen und Technologien CAE Special Effects in Film und Video Bildverarbeitung Human Computer Interaction (HCI) Printing & Publishing GUI CG CAD CAM Augmented Reality Virtual Reality Mixed Reality Multimedia Kunst Animation Visualisierung Training CGI Sichtsimulatoren 8 Virtual Factory Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Games Entertainment Geographische Informationssystem GIS Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Schalenmodell Special Effects in Film und Video Bildverbesserung Objekterkennung Aufklärung Qualitätssicherung Printing & Publishing CAD CAM Animation 2D GUIs Bildanalyse HCI CG BV MM MR E-Commerce Web-Kataloge E-Learning Training CGI 9 Produktentwicklung Virtual Factory Robotics CAE Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Visualisierung Medizin Chemie Biologie Prof. Dr. Detlef Krömker 3D GUIs Kunst Games Entertainment Geographische Informationssystem GIS Geologie Hier wird Wissen Wirklichkeit Kerntechnologien ‣ ‣ Computergrafik Digitale Bildverarbeitung Basisvorlesungen für Visual Computing Problemorientierte (spezielle) Technologien ‣ ‣ HCI Human Computer Interface Multimedia ‣ ‣ ‣ Animation Visualisierung Mixed Reality (Virtual Reality, Augmented Reality) (Virtuelle Realität, Erweiterte Realität) 10 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Spezialvorlesungen Hier wird Wissen Wirklichkeit Die Relation CG und Bildverarbeitung Das klassische Schema nach Rosenfeld ´75 Eingabe Bild Beschreibung Bild Bildverarbeitung Generative Computer-Graphik Beschreibung Bildanalyse „alles andere“ Ausgabe Historisch: Strenge Trennung zwischen Computergraphik und Bildverarbeitung: HW, SW, Systeme, Methoden, ..., Personen, Konferenzen, ... Heute: Integrierte Betrachtung 11 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Computergraphik und Bildverarbeitung • Symbolische Ebene: beliebige Datenstruktur • Merkmalsebene Grafik- und Merkmals-Primitive • Abtastebene Digitales Bild Text, Tabellen (Noten, .. Modelle (Kinematik, Dynamik, Verhalten) Geometrie & (visuelle) Merkmale Animation Festbild Digitalvideo • Reiz- & Aktionsebene optisch 12 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker optisch (haptisch, akustisch) Hier wird Wissen Wirklichkeit Die wichtigsten Transformationsschritte 1 • Symbolische Ebene: beliebige Datenstruktur Visualisierung • Merkmalsebene Bildanalyse, -verstehen Grafik- und Merkmals-Primitive Rendering • Abtastebene Merkmalsextraktion Digitales Bild Anzeige (Display) Aufnahme • Reiz- & Aktionsebene 13 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Die wichtigsten Transformationsschritte 2 • Symbolische Ebene: beliebige Datenstruktur Graphikbearbeitung • Merkmalsebene Grafik- und Merkmals-Primitive Rendering • Abtastebene Bildbearbeitung: u.a.Compositing Digitales Bild d.h. der Schwerpunkt in CG ist Bildsynthese Anzeige (Display) • Reiz- & Aktionsebene 14 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Rendering Photorealismus ist keine wirkliche Herausforderung mehr! Klassische Beleuchtungsmodelle reichen weitgehend! Ggf spezielle Modellierungsmethoden BRDFs und BTFs verbessern Realitätstreue weiter und lösen „Problemobjekte“: z.B. Haut und Haare 15 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Prozedurale Fraktale Modellierung 16 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Prozedurale Fraktale Modellierung 17 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Fraktale Modellierung 18 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Graphikbearbeitung – Rendering – ggf. Compositing und Anzeige sind Grundoperationen der Computergraphik und Basis jeder graphischen Anwendung und Spezialisierung: ‣ ‣ Multimedia HCI Human Computer Interface ‣ ‣ Visualisierung Mixed Reality (Virtual Reality, Augmented Reality) (Virtuelle Realität, Erweiterte Realität) Animation ‣ Prinzipien und Beispiele aus unserer Arbeit! 19 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Multimedia Zu viele Definitionen, aber: MM > S Text Bild Graphik Ton Video Interaktion macht den Unterschied! Ivan Sutherland (1965) „The screen is a window through which one sees a virtual world. The challenge is to make that world look real, act real, sound real, feel real” 20 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit High-End Content – Produktionen fürs eLearning Der Gläserne Reaktor für Axiva 2000-2002 VRML-Anwendung Christian Seiler 21 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Trainingssimulatoren Der Trainingssimulator aus ETOILE (EU-Projekt) 22 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Antikörper ca. 16.000 Atome Wechsel zwischen verschiedenen Abstraktionen 23 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit High-End Content – Produktionen fürs eLearning Pixel Explorer für Merck (2004/2005) Michaela Mümpfer Dennis Bayer siehe: http://www.merck.de/ servlet/PB/menu/ 1235790/index.html 24 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Pigment-Explorer für Merck 2005/2006 noch nicht freigegeben Michaela Mümpfer Ashraf Abu Baker 25 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Human Computer Interface (HCI) nicht Benutzerschnittstelle sondern Benutzungsschnittstelle „Gesicht“ eines interaktiven Programms State-of-the-Art WIMP-Schnittstellen Windows Icons Menues Pointing Devices H. Fuchs 2001 26 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit HCI und Interaktion Herausforderungen: Werkzeugmetapher Assistentenmetapher Sutherland’s Sketchpad (1963) Integration von Mixed Reality UI auf Mobile Devices ... Engelbart’s Mouse (1963-64) 27 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Definition „Visualisierung“ Grundsätzliches ‣ Visualisierung bezeichnet den Vorgang der Sichtbarmachung von Materie, Energie, Information oder Prozessen. ‣ In der Informatik reduziert sich dieses auf die Visualisierung von Daten, Informationen, Modellen, ... ‣ „In der Tat ist der Mensch ein Augentier.“ Herbert W. Franke Etwas Altbekanntes: „Imagination oder Visualisierung und besonders die Benutzung von Diagrammen haben einen entscheidenden Anteil an der wissenschaftlichen Forschung.“ Rene Descartes, 1637 28 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Visualisierung Moderne Definition(-sversuche) Zwei Aspekte: ‣ “making visible, especially to one’s mind (things not visible to the eye)” modernes Mikroskop, Teleskop, ... Bsp. Molekül; Imaging in der Medizin ‣ “forming a mental image of something (thing not present to the sight, an abstraction, etc.)” ... Informationsvisualisierung ... the use of computers or techniques for comprehending data or to extract knowledge from the results of simulations, computations, or measurements Mc Cormick, De Fanti, Brown 1987 29 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Das Visualisierungsproblem 8 -6,28318531 -5,89048623 -5,49778714 -5,10508806 -4,71238898 -4,3196899 -3,92699082 -3,53429174 -3,14159265 -2,74889357 -2,35619449 -1,96349541 -1,57079633 -1,17809725 -0,78539816 -0,39269908 2,2204E-15 0,39269908 0,78539816 1,17809725 1,57079633 1,96349541 2,35619449 30 1E-09 -3,8998E-17 -0,06496636 -0,12861662 -0,1809723 -0,21220659 -0,21387636 -0,18006326 -0,10827726 7,4579E-16 0,13921362 0,30010544 0,47052798 0,63661977 0,7842133 0,90031632 0,97449536 1 0,97449536 0,90031632 0,7842133 0,63661977 0,47052798 0,30010544 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG 0,39269908 -3,8003E-17 -0,06330941 -0,1253363 -0,17635667 -0,20679434 -0,20842152 -0,17547081 -0,10551569 7,2677E-16 0,13566303 0,29245136 0,45852733 0,62038301 0,76421222 0,87735407 0,9496412 0,97449536 0,9496412 0,87735407 0,76421222 0,62038301 0,45852733 0,29245136 0,78539816 -3,511E-17 -0,05849027 -0,11579564 -0,16293232 -0,19105306 -0,19255637 -0,16211389 -0,09748379 6,7144E-16 0,1253363 0,27018982 0,42362402 0,57315917 0,70604003 0,81056947 0,87735407 0,90031632 0,87735407 0,81056947 0,70604003 0,57315917 0,42362402 0,27018982 Prof. Dr. Detlef Krömker 1,17809725 -3,0583E-17 -0,05094748 -0,10086286 -0,14192089 -0,16641523 -0,16772468 -0,14120801 -0,08491247 5,8486E-16 0,10917317 0,23534668 0,3689943 0,49924569 0,61499051 0,70604003 0,76421222 0,7842133 0,76421222 0,70604003 0,61499051 0,49924569 0,3689943 0,23534668 1,57079633 -2,4827E-17 -0,04135887 -0,08187988 -0,11521054 -0,13509491 -0,13615792 -0,11463183 -0,06893145 4,7478E-16 0,08862614 0,19105306 0,29954742 0,40528473 0,49924569 0,57315917 0,62038301 0,63661977 0,62038301 0,57315917 0,49924569 0,40528473 0,29954742 0,19105306 1,96349541 -1,835E-17 -0,03056849 -0,06051772 -0,08515253 -0,09984914 -0,10063481 -0,0847248 -0,05094748 3,5091E-16 0,0655039 0,14120801 0,22139658 0,29954742 0,3689943 0,42362402 0,45852733 0,47052798 0,45852733 0,42362402 0,3689943 0,29954742 0,22139658 0,14120801 Hier wird Wissen Wirklichkeit Was ist dies? 0,000000001 -6,283185307 -5,890486225 -5,497787144 -5,105088062 -4,71238898 -4,319689899 -3,926990817 -3,534291735 -3,141592654 -2,748893572 -2,35619449 -1,963495408 -1,570796327 -1,178097245 -0,785398163 -0,392699082 2,22045E-15 0,392699082 0,785398163 1,178097245 1,570796327 31 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit oder dies? 0,000000001 1 0,392699083 0,785398164 0,8 1,178097246 1,570796328 1,963495409 0,6 2,356194491 2,748893573 3,141592655 0,4 3,534291736 3,926990818 0,2 4,3196899 4,712388981 5,105088063 12,566371 11,388273 10,210176 9,0320789 7,8539816 6,6758844 5,4977871 4,3196899 3,1415927 1,9634954 0,7853982 -0,3926991 -1,5707963 -2,7488936 -3,9269908 -5,1050881 -0,2 -6,2831853 0 5,497787145 5,890486226 6,283185308 6,67588439 7,068583472 -0,4 7,461282553 7,853981635 32 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Die 2D-sinc Funktion 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 -0,1 -0,2 -0,3 0,9-1 0,8-0,9 0,7-0,8 0,6-0,7 0,5-0,6 0,4-0,5 0,3-0,4 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker 9,425 7,854 6,283 4,712 3,142 1,571 0,000 0,1-0,2 0-0,1 -0,1-0 -0,2--0,1 -0,3--0,2 12,566 10,996 9,425 7,854 6,283 4,712 3,142 0,000 1,571 -1,571 -3,142 -6,283 33 -4,712 0,2-0,3 Hier wird Wissen Wirklichkeit Visualisierung von Messdaten Aufbereitung und Visualisierung von Messergebnissen aus der Biologie: Ultraschallmikrosskopie Dr. Christian Seiler 34 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Visualisierung von Simulationsergebnissen 3D-Reaktions- / Diffusionssystem Dr. Christian Seiler 35 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Mixed Reality = VR +AR VR: Begriff von Jaron Lanier, 1987 geht aber zurück auf Artifical Reality von Myron Krueger, 1982 als Hauptziel: Immersion (Vermittlung des Gefühls, Teil des Geschehens zu sein – eingetaucht zu sein) AR: Augmented Reality (erweiterte Realität) 36 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Animation – zur Terminologie (1) Animation bezeichnet die Gesamtheit der Methoden zur Erzeugung synthetischer Bewegtbilder (2) Animation nennt man ein vermittels (1) erzeugtes Produkt (auf Bewegtbildmedien) Ursprünge: 37 animus: Lufthauch, Atem animos: beleben anemos (anemos): Wind, Atem Zeitvariante Computergraphik Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Ein paar Pixar-Animations: Luxo Jr. by John Lasseter (1986) 38 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Toy Story (1995) 39 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Gerrys Game (short) (1997) A Bug’s Life (short) (1998) 40 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit For the Birds (short) 2000 41 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Finding Nemo 2003 wenn Sie mehr sehen wollen, kommen Sie zu den Filmabenden: The History of Computer Graphics Best of SIGGRAPH Video Review 42 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker 11.5. 18.00 Uhr 22.6. 18.00 Uhr Hier wird Wissen Wirklichkeit Die fachliche Breite der CG ‣ ‣ ‣ ‣ ‣ ‣ ‣ ‣ 43 Hardware und Systeme Psychophysik des Visuellen Systems und Bildwahrnehmung: Form, Farbe, Bewegung, ... Geometrische Probleme, numerische Probleme physikalische Modellbildung, z.B. Licht-Materie-Interaktion algorithmische Probleme und Optimierungen Systemtheorie Design- und Gestaltungsfragen, ... Softwareergonomie, SW-Engineering, ... Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Relationen zu anderen Technologie- und Wissensgebieten ‣ ‣ ‣ ‣ ‣ ‣ ‣ ‣ ‣ 44 Hardware (Technische Informatik) Wahrnehmungs- und Kognitions-Psychologie Ergonomie Arbeitswissenschaften Semiologie (Zeichenlehre) Philosophie Farbenlehre Physik und Kunst Physik ... Simulation ‣ Systemtheorie Mathematik ‣ Geometrie CAGM (Computer Aided Geometric Modeling) ‣ Numerik Networking (Internet) SW-Engineering, u.v.a.m. Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Entwicklung der Gerätetechnik war oft entscheidend für die Entwicklung der Computergraphik Erste Schritte bis 1965 Kathodenstrahlröhre wird zur Bildausgabe unter 50er Computersteuerung eingesetzt: Oszilloskop Kalligraphische (Vektor-) Displays = (x,y)-Schreiber Lichtgriffel (Light-Pen) um Punkte auf dem Bildschirm anzusprechen 1959 Erstes computergestütztes Zeichensystem DAC-1 (Design Augmented by Computers) bei General Motors /IBM 1961 Sketchpad-System (Sutherland, PhD 1963, MIT ) Datenstrukturen / Bildhierarchien Bildkomposition aus graphischen Standardelementen Interaktionstechniken (Tastatur, Lichtgriffel) Steve Russel (MIT) entwickelte erstes video game (Spacewar) auf einer DEC PDP-1 1961 45 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Sturm und Drang 1965 - 1975 1969 Alan Kay (Xerox Parc) entwickelt die Desk-Top-Methapher des graphischen User Interfaces Apple (Lisa, MAC, …) 1969 Begriff “Informatik” für “Computerwissenschaft” in Deutschland 1971 Bézierkurven (Bézier) werden bei Renault eingesetzt, CAD-Systeme 1971 Erstes Computer-Rasterdisplay 1970 – 1975 GINO (van Dam) Geräteunabhängiges Ein-Ausgabesystem (Logische Ein-Ausgabegeräte, normalisierte Gerätekoordinaten) Seillac 1 und Seillac 2 Workshop Basis für Internationale Normen (Standards): (CORE 1977), GKS 1985, PHIGS 1989, CGI, … ) Hunger„ von Peter Foldes : Erster voll animierter Film mit Hilfe von Computer Techniken( Interpolation und Inbetweening). Die erste Morphing Technik 1974 46 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Hardwareentwicklung Schlüsseltechnologie Mitte 70er Raster-Displays werden als Textterminal eingesetzt, damit auch Blockgraphik möglich Ende 70er CRT-Controller (Bildspeicher auslesen und auf den Schirm ausgeben) Anfang 80er Hardwareunterstützung von 2D-Operationen BitBLT Weitere Details siehe Doc Computer Graphics History 47 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Rolle und Struktur dieser Veranstaltung (1) Grundlagen der Computergrafik Modul-Nr.: B-CG Credit Points: 6 Rhythmus: jährlich SS Dauer: einsemestrig Vertiefungsmodul Zuordnung: Angewandte Informatik ANI PT 3 / PTBI Veranstaltungen: Vorlesung und Übung 2V+2Ü Zulassungsvoraussetzungen: Erfolgreicher Abschluss des Moduls B-PRG oder des Moduls B-HW oder der beiden Module B-MOD und B-DS Modulabschlussprüfung: Im SS 05 / WS 06/07 mündlich 48 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Ziele dieser Veranstaltung ‣ Anwendungskompetenz: Die Studierenden haben die grundlegenden Problemstellungen, Methoden, Verfahren und Algorithmen der Computergraphik kennen gelernt. Die Studierenden sollen im Stande sein, für konkrete Problemstellungen systematisch brauchbare Lösungen zu entwickeln und diese zu validieren. Sie sollen problemorientiert geeignete Verfahren und (Basis-) Systeme auswählen und anwenden können. 49 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Ziele dieser Veranstaltung ‣ Theoretische Kompetenz: CG nutzt neben informatischen Modellen auch spezielle grundlegende Verfahren aus der Mathematik, der Physik, der Signaltheorie und Elemente der subjektiven Wahrnehmung. Elementare Kenntnisse dieser „Theorien“ soll es den Studierenden ermöglichen, nicht nur aktuelle Lösungen und Systeme zu beherrschen, sondern theoretisch untermauerte grundlegende Konzepte und Methoden zu kennen, die über aktuelle Trends hinweg Bestand haben. 50 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Ziele dieser Veranstaltung ‣ Gestaltungskompetenz: Die Studierenden haben die Grundlagen und Prinzipien der Programmierung Graphischer Systeme kennen gelernt und können Probleme brauchbar lösen. ‣ Autodidaktische Kompetenz: Die Studierenden sind durch die Grundlagenorientierung dieses Moduls gut auf lebenslanges Lernen vorbereitet. Sie sollen die erlernten Konzepte und Methoden auf zukünftige Entwicklungen übertragen können. Die Studierenden haben gelernt, die Entwicklungen auf dem Gebiet Computergraphik so zu beurteilen, dass sie daraus ihren eigenen Weiterbildungsbedarf ableiten können. 51 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Zyklus Vorlesungen / Übungen Bachelor - Master BK ROB WS VIS (E) 6 CP 2V+2Ü 4 CP 2V+1Ü 3 CP M-Vertiefung VC (Planung) SS B-Vertiefung WS Angewandte Informatik ANI SS B-Ergänzung WS B-Basismodule 52 WS ADR 3 CP ANIM 2V OGL MVC-PR ROB-PR MMS Hauptstudium 4PR 4 CP 2V+1Ü PT 3 PTBI BVC-PR 2V 8 CP CG DBV 6 CP 2V+2Ü 6 CP 2V+2Ü 4PR ANI-BS 3 CP P5/P6 2S NMG PRG 1 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Diplom 4 CP 2V+1Ü 4 CP 2V+1Ü 8 CP HCI Seminare 2V MR 6 CP 2V+2Ü 4 CP 2V+1Ü 3CP PM Praktika EDGI Prof. Dr. Detlef Krömker PRG-PR Grundstudium Hier wird Wissen Wirklichkeit Veranstalter (in 2006/2007) WS SS Prof. Dr Detlef Krömker PRG 1 HCI NMG VC-PR PRG-PR Prof. Dr. Rudolf Mester EDGI ROB VC-PR CG MR MVC-PR ANI-BS (S/P) DBV MR MVC-PR ROB-PR ANI-BS (S/P) Dr. Tobias Breiner AR VIS ANIM Dr. Hans Joseph LB OGL ADR Dr. Anh Vuong LB 53 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG PM Prof. Dr. Detlef Krömker MMS BK Hier wird Wissen Wirklichkeit Empfehlungen für die Diplomstudiengänge Informatik Diplom PT3 dazu CG DBV VIS CG OGL VIS CG MMS HCI BK DBV ROB HCI BK MR-PR + ROB-PR + MMR-PR Bioinformatik Diplom Praktisch/Technische CG /+ DBV /+ VIS /+ HCI Bioinformatik: /+ MMS /+ BK /+ „Visualisierung“ durchaus in Kombination mit „Digitale Medien“ Veranstaltungen von Schneider „Modellbildung+Simulation“ möglich MR-PR + Seminar 54 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker 12 SWS 12 SWS 12 SWS 12 SWS 4 SWS 12 SWS Hier wird Wissen Wirklichkeit Empfehlungen für den Bachelor-Studiengang CG DBV HCI CG DBV OGL CG DBV MMS CG OGL HCI dazu B-VC-PR oder Seminar sehr gute Voraussetzung für BA-Arbeit 8 - 12 CPs CG oder DBV MMS CG oder DBV HCI CG DBV CG OGL CG oder DBV Seminar Mindestvoraussetzung für BA-Arbeit 16 – 24 CPs: 55 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker 16 CP 18 CP 15 CP 16 CP 8 CP 3 CP 9 CP 10 CP 12 CP 12 CP 9 CP Hier wird Wissen Wirklichkeit Themenübersicht und Terminplanung (Vorlesung) 0. 1. 2. 3. 4. 5. 56 Prolog und Einführung 20.4. Grundlagen des digitalen Bildes 27.4. Geometrierepräsentationen in 2D und 3D: 4.5. Punkte, Linien, Flächen, Körper. Geometrische Transformationen R 1 11.5. The History of Computer Graphics Filmabend Bildwahrnehmung 18.5. Feiertag 25.5. Farbmetrik und Farbrepräsentationen R 2 1.6. Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker 11.5. 18.00 Hier wird Wissen Wirklichkeit Themenübersicht und Terminplanung (Vorlesung) 6. Klipping + Visibilitätsrechnung 7. 8. Rastern + Antialiasing R 3 Best of SIGGRAPH Video Review Shading + Beleuchtungsrechnung 9. Texturen 8.6. Feiertag 15.6. 22.6. Filmabend 22.6. 18.00 29.6. 6.7. 10. Graphische Systeme 13.7. 11. Ray Tracing und Radiosity – Ausblick 20.7. 57 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Themenübersicht und Terminplanung (Übung) 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 58 Einführung in VRML - Ausgabe der VRML-Aufgabe P1 25.4. Einführung in die CGpedia 2.5. Abgabe der VRML-Aufgabe P1 – Ausgabe Ü1(Transf.) 9.5. Einführung in JAVA 2D/Piccolo - Ausgabe der Aufgabe P2 16.5. Abgabe / Besprechung der Ü1 23.5 Ausgabe des Ü 2 (Farbe) (in der Vorlesung) (1.6.) Abgabe der Aufgabe P2 6.6. Abgabe / Besprechung der Ü 2 – Ausgabe Ü3 (Klipping,Vis-R) 13. 6. Einführung in JAVA 3D - Ausgabe der Aufgabe P3 20.6. Abgabe / Besprechung der Ü 3 – Ausgabe Ü4 (Rastern, Antia) 27. 6. Abgabe / Besprechung der Ü 4 – Ausgabe Ü5 (Shading, Bel-R) 4.7. Abgabe / Besprechung der Ü 5 11.7. Abgabe der P3 18.7. Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Literatur, Unterlagen zur Vorlesung, Bücher, Weitere Quellen ‣ ‣ Folien auf WWW Server www.gdv.cs.uni-frankfurt.de in ca. 2 Wochen (fast ) vollständig Ergänzungen Zug um Zug Lehrbücher ‣ Watt, Alan: 3D Computer Graphics, ADDISON WESLEY LONGMAN ‣ Möller, Haines: Real-Time Rendering AK Peters Ltd. ‣ Shirley: Fundamentals of Computer Graphics, 2006 59 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Weitere Lehrbücher ‣ Zeppenfeld: Lehrbuch der Graphikprogrammierung, Spektrum, 2004 ‣ Foley, James D et.al : Introduction to Computer Graphics, ADDISON WESLEY LONGMAN ‣ Encarnacao, Strasser, Klein: Graphische Datenverarbeitung I+II, Oldenbourg ‣ Schuhmann, Müller: Visualisierung Springer 2000 60 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Wie lernt man CG? – Drei Zugänge ‣ Übersicht (Survey) Vorlesung (alles erscheint einfach ... aber können Sie es umsetzen, eigene Lösungen finden?) ‣ Algorithmisch Vorlesung Details, Details, Details, ... schnelles Vergessen garantiert! ‣ Programmieren, Aufgaben lösen Übung „I do and I understand“ 61 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Leistungsschein? ‣ Mindestens 3 Testate (d.h. > 50% richtig gelöst) aus Ü1 – Ü5 ‣ Mindestens 2 Testate (lauffähige und korrekte Szenenbeschreibung resp. Programm) aus P1 – P3 ‣ Mindestens 2 Wiki-Beiträge im der CGpedia mit Testat ... das ist schon alles! aber Anmeldung erforderlich, siehe http://www.gdv.informatik.unifrankfurt.de/index.php?m=2&sm=2 Sprechzeiten der Übungsgruppenleiter: nach der Übung vereinbaren! 62 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Zu viel verlangt? Eine kleine Rechnung Im Bachelor-Studiengang erhalten Sie für diese Veranstaltung 6 CPs, d.h. es wird ein Bearbeitungsaufwand von durchschnittlich 6*30 Stunden = 180 Stunden zugrunde gelegt: ‣ ‣ ‣ ‣ ‣ ‣ ‣ 63 Vorlesung (Vorbereitung, Teilnahme und Nachbereitung) 4h * 12 = 48 h. Readings: 3*4 h ... daraus Fragen in den Übungsblättern und Beiträge in der CGpedia (mindestens 2) = 12 h Übungen Teilnahme 12*2 Stunden = 24 h Lösen der Übungsaufgaben 5*4 Stunden = 20 h Lösen der Programmieraufgaben 3*16 Stunden = 48 h Zeitlicher Aufwand: Zwischensumme =152 h Prüfungsvorbereitung (Bachelor) = 28 h Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Zwischenruf Früher war die Veranstaltung doch 4V+2Ü. Müssen wir das gleiche jetzt in 2V+2Ü machen? NEIN! Umfangreiche Teile wurden in andere Veranstaltungen verlagert, z.B. in Grundlagen der Digitalen Bildverarbeitung (DBV) in Human Computer Interface (HCI) und allgemein wurde die Veranstaltung entschlackt: Subjektive Bildwahrnehmung, Farbe, ... ABER: Der Umfang der Übungen bleibt gleich 2 SWS ... und wird intensiver; siehe: Wie lernt man CG? Einige neue Elemente: ‣ Readings ‣ CGpedia 64 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Robert-Mayer-Straße Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker Varrentrappstraße 40-42, 2. OG 60486 Frankfurt Tel. .: 49 (0)69 979 95-0140 Email: [email protected] www: http://www.agc.fhg.de Sprechstunde: Dienstag 13 –15 Uhr nach Vereinbarung Sekr. Frau Goinar, Frau Quasten Wo findet man uns? Johann Wolfgang Goethe-Universität Fachbereich Biologie und Informatik Graphische Datenverarbeitung 65 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Fraunhofer-Anwendungszentrum Computergraphik in Chemie und Pharmazie (AGC) Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Fragen und (hoffentlich) Antworten 66 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit Ausblick ... am nächsten Donnerstag Das Digitale Bild ... und, danke für Ihre Aufmerksamkeit! 67 Grundlagen der Computergrafik – SS 06 Modul CG Prof. Dr. Detlef Krömker Hier wird Wissen Wirklichkeit
