Computer Graphics
TU Braunschweig

Computergraphik - Grundlagen WS'18/19
Vorlesung mit Übung

Prof. Dr.-Ing. Marcus Magnor

Hörerkreis: Bachelor & Master
Kontakt: cgg@cg.cs.tu-bs.de

Modul: INF-CG-30, INF-CG-24
Vst.Nr.: 4216008, 4216014

 

Beispielergebnisse der Raytracing Competition 2018
Links: Lucas Kelvin Linfoot und Rolf Simon, Rechts: Max Hattenbach und Christian Didschuneit

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

 

Aktuelle Informationen:

  • Die erste Vorlesung findet am Mittwoch den 17.10.2018 statt
  • Die erste Übung findet am Freitag den 19.10.2018 statt
  • Das Modul kann im Master nur belegt werden, wenn dieses oder ein äquivalentes Modul noch nicht im Bachelor-Studiengang belegt wurde.

 

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, 17.10.2018, 9:45-11:15 Uhr in IZ 160 (MP 23.3)
  • Übungsbeginn: Freitag, 19.10.2018, 9:45-11:15 Uhr in IZ G40 (MP 23.2)
  • Vorlesungszeit: Montag, 15.10.2018 - Samstag 02.02.2019, Weihnachtsferien: Sonntag, 23.12.2018 - Sonntag 06.01.2019

 

Vorlesungsfolien:

Die Vorlesungsfolien und Übungsblätter sind durch ein Passwort geschützt. Das Passwort wird in der ersten Vorlesung bekannt gegeben.

17.10.2018

Introduction - [Slides]

17.10.2018

Ray Tracing Overview - [Slides][MP4]

24.10.2018

Ray Tracing - [Slides][MP4]

31.10.2018

Feiertag

07.11.2018

Radiometry - [Slides][MP4]

14.11.2018

Shading - [Slides][MP4]

21.11.2018

Shading 2 - [Slides][MP4]

28.11.2018

Ausfall

05.12.2018

Acceleration - [Slides][MP4]

12.12.2018

Texturing - [Slides][MP4]

 

Übungen:

Die Übungen werden über unseren institutsinternen Git-Server verteilt. Bitte erstellen Sie einen Account auf https://git.cg.cs.tu-bs.de/ und schreiben Sie eine EMail mit Ihrem Account an cgg@cg.cs.tu-bs.de, damit wir Sie in die Gruppe eintragen können.

Das Repository wird wöchentlich aktualisiert und befindet sich hier: https://git.cg.cs.tu-bs.de/CG1/WS1819

Einige der Übungen benötigen zusätzliche Daten, die sich nicht im Repository befinden. Diese können Sie hier herunterladen.

Für alle, die versuchen, das Projekt unter Windows zu kompilieren: Die Bildbibliothek hängt von GraphicsMagick (http://www.graphicsmagick.org/) und davon, dass gm.exe im Pfad zu finden ist!

19.10.2018

Übung 01 - [Sheet01]

26.10.2018

Setup/Troubleshooting

02.11.2018

Übung 02 - [Sheet02]

09.11.2018

Übung 03 - [Sheet03]

16.11.2018

Übung 04 - [Sheet04]

23.11.2018

Übung 05 - [Sheet05]

30.11.2018

Übung 06 - [Sheet06

07.12.2018

Übung 07 - [Sheet07]

14.12.2018

Übung 08 - [Sheet08]

21.12.2018

Ausfall

11.01.2019

Übung 09 - [Sheet09]

18.01.2019

Übung 10 - [Sheet10]

25.01.2019

Fragestunde

 

Ray-Tracing Competition

RT Challenge 2016

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

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

Die Teilnahme an der Ray-Tracing Competition ist notwendig für die Studienleistung 

  • Präsentation am 30.01.2019 
    (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 29.01.2019, 23:59 Uhr eingereicht sein
  • 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)
      • parallax mapping (25 Punkte)
      • nicht-photorealistisches Rendering (cel-, sketch-shading, ..., je 20 Punkte)
      • subsurface effects (40 Punkte)
    • Tiefenunschärfe, Flächen- / Volumenlichtquellen, … (je 20 Punkte)
    • MIP-Mapping, Prozedurale Texturen, Bewegungsunschärfe… (je 30 Punkte)
    • Tesselation von Geometrie, prozedurale Geometrie… (je 40 Punkte)
    • Spline Oberflächen, … (50 Punkte)
    • Globale Beleuchtung / Path Tracing (100 Punkte)
    • Portierung des Raytracers auf die GPU (CUDA/OpenCL) (100 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

 

Anforderungen:

Programmierkenntnisse empfohlen. 

Klausur:

  • 06.02.2019: 9:45-11:15 Uhr in IZ 160 (MP 23.3)
  • Zugelassene Hilfsmittel:
    • Nicht-Programmierbarer Taschenrechner
    • Wörterbuch

 

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