Virtuelle Realität (VR) befindet sich an der Überschneidung von Computer-Graphik, physikalisch-basierter Simulation, und Human-Computer-Interaction (HCI). VR befaßt sich mit neuartigen Eingabegeräten, intuitiver und direkter Interaktion, Immersion, Echtzeit-Rendering und physikalisch-basierter Simulation in Echtzeit. Bei letzterem geht es um die möglichst realistische Simulation von natürlichen Phänomenen, z.B. Feuer, von Stoff, z.B. als Kleidung, oder dem Verhalten starrer Objekte bei Stößen.
VR hat sich inzwischen in verschiedenen Anwendungsbereichen als wichtiges Werkzeug durchgesetzt, u.a. im Automobil- und Flugzeugbau und der Medizin. Außerdem lassen sich viele Techniken und Lösungen auch im Bereich der Computerspiele anwenden.
In dieser Vorlesung werden zunächst grundlegende Methoden und Algorithmen vorgestellt. Anschließend werden Themen behandelt, die für ein komplexes VR-System relevant sind (z.B. Objekt-Verhalten, Kollisionserkennung, akustisches Rendering, etc.).
In den Übungen soll eine eigene kleine virtuelle Umgebung programmiert werden basierend auf
dem cross-plattform-fähigen VR-System
InstantReality.
Gerne dürfen diese auch in kleinen Teams bearbeitet werden.
Geplant ist, Ihr VR-Szenario auch in einer VR-Umgebung (Powerwall mit Tracking) laufen zu lassen.
Geplante Themen:
| Tag | Thema | Folien | Übungs-blatt |
|---|---|---|---|
| 1. | Einführung (Definitionen, Immersion, Pr‰senz, Geschichte), Anwendungen (Architektur, Simulation, Training, Prototyping), Szenengraphen (Semantik von Knoten und Kanten, verteiltes Rendering, Thread-Safety); Einf¸hrung in VRML / X3D (Encodings, Felder, Knotenspezifikation allg.) |
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| 2. | Einf¸hrung in VRML / X3D 2
(indizierte Geometrieknoten,
Knoten zur Hierarchiebildung, Wiederverwendung, Verhaltensgraph, Execution Model, User-Input,
Animationsknoten, Script-Knoten, Prototypen); Display-Technologien (HMD, Workbench, Cave, Dome, etc.); Stereo-Projektion, Stereo-Effekte; Übung 1 |
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| 3. |
Real-time rendering (viewport-independent rendering, Level-of-Detail-Technik, pr‰dictive LOD-Selektion)
progressive meshes, portal culling, image warping); enrichment lecture: X3DOM - X3D in HTML5 |
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| 4. |
Real-time rendering 2 (progressive meshes, portal culling, image warping); Eingabeger‰te (beyound the desktop, tracking, data glove, locomotion devices, Software-Anbindung); Übung 2 |
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| 5. | Interaktionsmetaphern in und mit virtuellen Umgebungen (Klassifikation, Gestenerkennung, Navigation, Taxonomie, Wahrnehmung, neuere Metaphern) | ||
| 6. |
Kollisionserkennung (Einf¸hrung, konvexe Koll.-det., Hierarchische Koll.erkennung,
Bounding Volumes, Minkowski-Summe, OBBs, SAT-Lemma, k-DOPs,
Konstruktion von BVHs); Haptik (Surface-Contact-Point-Algorithmus, Voxmap-Pointshell-Algorithmus); Sound (Spiegelquellenmethode, Beam-Tracing) |
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| 7. | Partikelsysteme (Massepunkt, Phasenraum, Definition, Operationen auf Partikeln, Rendering als blobby objects, .. und mit Alpha-Blending, Flammen, Procedural Modeling von Pflanzen mit Partikeln, massiv-parallele Simulation, paralleles Sortieren) | ||
| 8. |
Feder-Masse-Systeme (Definition, DGL einer Feder, explizite Euler- / Runge-Kutta-Integration,
Verlet-Integration,
implizite Integration, konsistente Kollisionsantwort); Keyframe-Animation (Bezier-Splines, Parametrisierung) |
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Falls Sie sich diese B¸cher anschaffen mˆchten, sollten Sie vielleicht ¸berlegen, gebrauchte Exemplare zu erwerben -- oft gibt es diese zu einem Bruchteil des Neupreises. Zwei gute Internetadressen sind Abebooks und BookButler.
Im Verlauf der Vorlesung sollen kleinere virtuelle Umgebungen programmiert werden (basierend auf einem frei verfügbaren VR-System), in denen einige der in der Vorlesung erlernten Techniken praktisch umgesetzt werden sollen. Falls Sie eine eigene Idee haben, so sprechen Sie bitte mit uns darüber!