Diese Vorlesung soll eine erste Einführung in die Themen der Computergraphik geben, und die Grundlagen sowohl für die praktische Implementierung von computergraphischen Systemen, als auch für weiterführende Vorlesungen in diesem Fachgebiet legen.

Der Schwerpunkt liegt auf Algorithmen und Konzepten zur Repräsentation und Visualisierung von einfachen, 3-dimensionalen graphischen Szenen. Die Übungsaufgaben werden teils theoretisch, teils praktisch sein, wobei die praktischen Aufgaben gewisse Programmierfähigkeiten in C++ verlangen. (Zu Beginn der Vorlesung wird deshalb nochmals ein kurzer "Refresh" Ihrer C/C++-Kenntnisse gemacht.)

Aus dem Inhalt:

1. Mathematische Grundlagen, Farben
2. OpenGL
3. 2D Computergraphik (Scan Conversion, Clipping, etc.)
4. 3D Computergraphik (rendering pipeline, Transformationen, Beleuchtung, etc.)
5. Echtzeit-Rendering
6. Shader
7. Datenstrukturen für Randrepräsentationen

Aktuelles

Folien

Literatur

• Peter Shirley: Fundamentals of Computer Graphics; 2nd Edition, AK Peters. (PS)
• Donald Hearn, M. Pauline Baker: Computer Graphics with OpenGL; 3rd edition, Pearson / Prentice Hall (HB)
• Foley, van Dam, Feiner, Hughes: Computer Graphics -- Principles and Practice; Addison Wesley. (FvD)
• David F. Rogers: Procedural Elements for Computer Graphics; 2nd Edition, McGraw-Hill. (DR)
• Tomas Akenine-Möller, Eric Haines: Real-Time Rendering; AK Peters. (MH)
• J. L. Encarnação, W. Strasser, R. Klein: Graphische Datenverarbeitung 1 und 2. Oldenbourg, 1996
• Alan Watt: 3D Computer Graphics; Addison-Wesley, 3rd edition

Scheinerwerb

Punktestände

Übungsbetrieb

Die Abgabe der Lösungen ist jeweils am Mittwoch zwei Wochen später direkt in der Vorlesung bzw. in der Übung. Theoretische Aufgaben werden schriftlich abgeliefert, praktische Aufgaben werden in der Übung am Rechner vorgeführt.

Hinweise und Downloads zur Bearbeitung der Übungsblätter

• Die Installation der OpenSource-Version von Qt ist inzwischen sehr einfach. Unter Windows gibt es Qt inzwischen immer auch als vorgerfertigtes "Exe", das man einfach nur ausführen muss. Bei vielen Linuxen ist Qt schon per Default drauf. Für Mac OS muß man meiner Erfahrung nach immer noch das Ganze von Hand durchcompilieren; das dauert dann ca. einen halben Tag, läuft aber anstandslos durch (d.h., es ist keine Handarbeit nötig).
  Auf dieser Download-Seite finden Sie die Pakete (Source oder Binary) für Windows, Mac, und Linux (LGPL, Framework Only).
• Hier können Sie ein kleines OpenGL/Qt-Programmbeispiel herunterladen.
• Und hier finden Sie das in der Übung besprochene Minimal-Beispiel.

Übungsblatt Nr. 5

Übungsblatt Nr. 7

Übungsblatt Nr. 9

Übungsblatt Nr. 12

Online Literatur und Resources

• Sehr anschaulich gemachtes Video-Tutorial zu LCD-Diplays von 3M.
• Literatur zur Gammakorrektur:
  • Gamma FAQ - Frequently Asked Questions about Gamma ( Quelle)
  • Eine sehr ausführliche Darstellung und Motivation der Gammakorrektur: Rehabilitation of Gamma (Quelle)
  • Ein nettes Applet zur Gamma Correction (Quelle)
• Ein sehr ausführliches Skript von Prof. Straßer.
• OpenGL:
  • The OpenGL Programming Guide - The Red Book
  • NeHe Tutorials (viele sehr ausführliche Tutorials und Beispiele
  • The OpenGL Reference Manual - The Blue Book
  • Spezifikationen (z.B. die OpenGL-Specification)
• Qt (ein Cross-Plattform-GUI Toolkit, als "Wrapper" für OpenGL-Fenster) (für open-source Anwendungen ist die Library kostenlos)
  • Downloads im Abschnitt "Qt Open Source Downloads"
  • Ein einführendes Tutorial, aber soviel werden wir zunächst wahrscheinlich gar nicht brauchen
  • Ein paar Beispiele für OpenGL mit Qt
• C++ :
  • Tutorial
  • Thinking in C++, Book 1: als PDF und als HTML
  • Thinking in C++, Book 2: als PDF und als HTML
• Zu Visibility Computations:
  • Mark Kilgard: Improving Shadows and Reflections via the Stencil Buffer
  • David Blythe et al.: Lighting and Shading Techniques for Interactive Applications; Siggraph '99, Course 12, pp. 150 .
  • Morgan McGuire, John F. Hughes, and Kevin T. Egan, Mark J. Kilgard and Cass Everitt: Fast, Practical and Robust Shadows; 2003. (Quelle)
    Dieses Paper geht schon deutlich über das hinaus, was in der Vorlesung besprochen wird.
• Gary W. Meyer: Tutorial on color science; The Visual Computer, Volume 2, Number 5 / September, 1986. Von einem Rechner innerhalb des LANs der TUC kann man sich hier das Paper herunterladen.
• Siggraph Course Notes Lighting and Shading Techniques for Interactive Applications , 1999 (Kapitel 11.1 behandelt Spiegelungen in OpenGL, 11.4 behandelt Schatten, 6.1 behandelt Texturen)
• Zu GLSL und Shader-Programming:
  • Here you can find the source code of the GLSL shader examples that were discussed in class.
    They comprise:
    • the Lighthouse3D tutorials, somewhat modified (and different variants), with the C source code cleaned up and refactored;
    • a number of shaders that create a procedural brick texture (inspired by the orange book), with increasing sophistication (noise);
    • a set of shaders implementing lighting, the last of which does per-pixel lighting;
    All demos should compile and run out-of-the-box under Linux and Mac OS X 10.6. (The executables contained in the zip were compiled under MAC OS X 10.5/10.6 Intel.)
  • Ein Tutorial zur Shader-Programmierung von Lighthouse 3D.
  • Mark Olano's Brief OpenGL Shading Tutorial (Quelle).
  • Viele Demos und Tutorials zur Shader-Programmierung gibt es auch bei Clockworkcoders.
  • Ein GLSL Quick Reference Guide (Quelle).
  • Die offizielle GLSL Spezifikation (falls man etwas nochmal ganz genau nachschlagen muß).
  • Die OpenGL 4.1 Reference Pages (sehr praktisch zum schnellen Nachschlagen).
• Zur Texturierung:
  • Ein paar sehr nette Demos zur perspektivisch korrekten (bzw. inkorrekten) Texturierung. Dabei finden sich auch ein paar sehr schöne Erläuterungen zu diesem Thema. (Quelle)
  • Der berühmte Artikel " Texture Mapping as a Fundamental Drawing Primitive" von Paul Haeberli and Mark Segal, 1993. (Quelle)

Change Monitoring: