Computer Graphics
TU Braunschweig

Computergraphik - Grundlagen WS'17/18
Vorlesung mit Übung

Prof. Dr.-Ing. Marcus Magnor

Hörerkreis: Bachelor
Kontakt: Marc Kassubeck

Modul: INF-CG-19, INF-CG-30
Vst.Nr.: 4216008, 4216014

Gewinner der Raytracing Competition 2017
Links: Manuel Behlen, Phil Lindow, Adrian Hippe
Rechts: Frauke Pommerehne, Mai Hellmann, Alexander Manegold

Freigegeben unter den Bedingungen der CC-BY-SA-3.0.

Aktuelle Informationen:

  • 04.11.2017: Die CMakeLists.txt für Aufgabe 2 wurde angepasst, damit das Kompilieren unter Linux möglich ist
  • Die erste Vorlesung findet am Mittwoch den 25.10.2017 statt
  • Die erste Übung findet am Freitag den 27.10.2017 statt

 

Beschreibung:

In der Vorlesung werden die theoretischen und praktischen Grundlagen der Computergraphik vermittelt. Neben einem allgemeinen Überblick über das Gebiet der graphischen Datenverarbeitung liegt der Schwerpunkt der Vorlesung auf Bildsyntheseverfahren (Rendering). Am Beispiel des Ray Tracing-Ansatzes werden eine Reihe fundamentaler Themen der Bilderzeugung sowohl theoretisch als auch praktisch erklärt. Als Teil der vorlesungsbegleitenden Übungen entwickeln die Vorlesungsteilnehmer ihr eigenes Ray Tracing-Programm und lernen auf diese Weise typische Rendering-Probleme und -Lösungen am praktischen Beispiel kennen. Am Ende des Semesters wird jeder Student seinen eigenen funktionstüchtigen Ray Tracer entwickelt (und verstanden) haben.

 

Inhalt:

  • Grundlagen der digitalen Bildverarbeitung
  • Physikalische Gesetze des Lichttransports
  • Die menschliche visuelle Wahrnehmung
  • Der Ray Tracing-Ansatz
  • Geometrie und Transformation
  • Objekt- und Szenenmodellierung
  • Beschleunigungsstrukturen
  • Material- und Reflektionsmodelle
  • Textur
  • Grundlagen der Bild-Signalverarbeitung
  • Sampling
  • Anti-Aliasing

 

Ort und Zeit:

  • Vorlesungsbeginn: Mittwoch, 25.10.2017, 9:45-11:15 Uhr in IZ 160 (MP 23.3)
  • Übungsbeginn: Freitag, 27.10.2017, 9:45-11:15 Uhr in IZ G40 (MP 23.2)
  • Vorlesungszeit: Montag, 16.10.2017 - Samstag 03.02.2018, Weihnachtsferien: Sonntag, 24.12.2017 - Sonntag 07.01.2018

 

Vorlesungsfolien:

Die Vorlesungsfolien und Übungsblätter sind durch ein Passwort geschützt. Das Passwort kann im Notfall beim Betreuer Marc Kassubeck erfragt werden.

 

Übungen:

Ray-Tracing Competition

 

Gewinner der Raytracing Competition 2016
Links: Kevin Wegener, Rechts: Martin Busch

 Freigegeben unter den Bedingungen der CC-BY-SA-3.0.

 

  • Präsentation am 31.01.2018
    (Zeigt Bilder, erklärt, was ihr implementiert habt und an welchem Teil der Szene man eure Erweiterung erkennen kann)
  • 5-6 Minuten pro Gruppe
  • Folien und Source Code müssen vor 29.01.2018, 23:59 Uhr eingereicht sein
  • Einreichungen bitte unter woehler@cg.cs.tu-bs.de
  • Gruppengröße: Einteilung wie bisher
  • Zielsetzung: Erweiterung im "Wert" von 100 Punkten
  • Mögliche Erweiterungen:
    • Baut eine komplexe, schöne Szene (bis zu 30 Punkte)
    • Neue komplexere Shader: (Punkte je nach Komplexität)
      • einfaches toon shading (15 Punkte)
      • parallax mapping (25 Punkte)
      • subsurface effects (40 Punkte)
    • Tiefenunschärfe, Flächen- / Volumenlichtquellen, … (je 20 Punkte)
    • MIP-Mapping, Prozedurale Texturen, Bewegungsunschärfe… (je 30 Punkte)
    • Tesselation von Geometrie, prozedurale Geometry… (je 40 Punkte)
    • Spline Oberflächen, … (50 Punkte)
    • Globale Beleuchtung / Path Tracing (100 Punkte)
    • Portierung des Raytracers auf die GPU (CUDA) (200 Punkte)
    • GUI, die mittels Echtzeit-Rendering die schnelle Platzierung von Objekten, Lichtquellen und Kameras in der Szene erlaubt (200 Punkte)
    • Und vieles mehr: Kaustiken, Multi-Spektrales Rendering, …
  • Freie 3D-Modelle. Beachtet: Polygonal Tris only.

Zusatzmaterial

Hier findet ihr Zusatzmaterial, welches hilfreich sein könnte.

  • C++-Kompakt - Ein einfache Einführung in C++ (slides) (jetzt mit richtigem Passwort)

 

Anforderungen:

Programmierkenntnisse empfohlen. 

Klausur:

  • 14.02.2018: 9:45-11:15 Uhr in IZ 160 (MP 23.3)

 

Literatur:

  • Andrew Glassner, An Introduction to Ray-Tracing, Academic Press, 1989
  • James Foley, Andries van Dam, et al., Computer Graphics : Principles and Practice, 2. Ausgabe, Addison-Wesley, 1995
  • Andrew Glassner, Principles of Digital Image Synthesis, 2 Bände, Morgan Kaufman, 1996
  • Alan Watt, 3D Computer Graphics, Addison-Wesley, 1999
  • Peter Shirley, Realistic Ray-Tracing, 2.Ausgabe, AK Peters, 2003
  • Frank Nielsen, Visual Computing, Charles River Media, 2005
  • John F. Hughes, Computer Graphics: Principles and Practice, Addison-Wesley, 2009 
  • Matt Pharr und Greg Humphreys, Physically Based Rendering, 2. Ausgabe, Morgan Kaufmann, 2010
  • Steven J. Gortler, Foundations of 3D Computer Graphics, Mit Press, 2012