Computergraphik - Grundlagen WS'20/21
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
Gewinner der Raytracing Competition 2020
Kirstin Rohwer Oliver Müller, Johannes Schmechel
Freigegeben unter den Bedingungen der CC-BY-SA-3.0
Aktuelle Informationen
- Die Aufgaben und das Code-Framework für die Prüfungsleistung befinden sich jetzt in Ihrem persönlichen Prüfungs-Repository.
- Das Modul kann im Master nur belegt werden, wenn dieses oder ein äquivalentes Modul noch nicht im Bachelor-Studiengang belegt wurde.
Trotz der gegenwärtigen Beschränkungen durch COVID-19, wird das ICG die CG-Vorlesung wie geplant anbieten. Das Vorlesungsformat wird sich aber an die Gegebenheiten anpassen und online stattfinden. Wir werden diese Website kontinuierlich mit den entsprechenden Slides und Materialien updaten. Bitte schauen Sie daher regelmäßig nach Änderungen.
Wir werden unsere Vorlesung jeden Mittwoch um 9:45 Uhr streamen. Alle Interessenten sollten sich vor Beginn in den BBB-Raum begeben, vorzugsweise mit eingeschalteter Webcam.
Damit der Kurs glatt abläuft, bitten wir Sie, sich möglichst bald per EMail anzumelden(cgg@cg.cs.tu-bs.de), damit wir sie über unvorhergesehen Änderungen in der Veranstaltung informieren können. Bitte fügen Sie auch Ihre Matrikelnummer, Ihren Studiengang und Ihren Git-Accountnamen hinzu.
Bleiben Sie gesund!
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
Mittwochs, 9:45 - 11:15 Uhr Online (Virtueller Vorlesungsraum)
Wöchentlich, beginned am 21.10.2020
Freitag, 23.10.2020, 9:45 - 11:15 Uhr Online (Virtueller Vorlesungsraum)
Wöchentlich, beginnend am 23.10.2020
Präsentation im BBB Raum nach Aufteilung
Programmieraufgabe. Bearbeitungszeitraum: 08.02.2021 - 03.04.2021
Weichnachtsferien
Sonntag, 20.12.2020 - Sonntag 10.01.2021
Vorlesungen
Die Vorlesungsfolien und Übungsblätter sind durch ein Passwort geschützt. Das Passwort wird in der ersten Vorlesung bekannt gegeben.
21.10.2020
Introduction
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/WS2021
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!
Auf Grund der hohenTeilnehmerzahl wird die Hausaufgabenabgabe wie folgt organisiert:
- Jede Woche werden 5 zufällige Gruppen die Hausaufgaben im BBB Raum präsentieren
- Bei Nichterscheinen gibt es keine Punkte
- Für die restlichen Gruppen, die nicht präsentieren müssen, wird jede Woche der letzte Commit vor freitags 9:45 Uhr zur Bepunktung herangezogen
23.10.2020
Ausgabe [Blatt 01] / [Einführung / Setup] / [Git Workflow]
30.10.2020
Troubleshooting
06.11.2020
Abgabe Blatt 01 / Ausgabe [Blatt 02]
13.11.2020
Abgabe Blatt 02 / Ausgabe [Blatt 03]
20.11.2020
Abgabe Blatt 03 / Ausgabe [Blatt 04]
27.11.2020
Abgabe Blatt 04 / Ausgabe [Blatt 05]
04.12.2020
Abgabe Blatt 05 / Ausgabe [Blatt 06]
11.12.2020
Abgabe Blatt 06 / Ausgabe [Blatt 07]
18.12.2020
Keine Übung
15.01.2021
Abgabe Blatt 07 (per git) / Ausgabe [Blatt 08]
22.01.2021
Keine Übung, dafür aber einen Computergraphik-Promotionsvortrag für interessierte Zuhörende ab 10:00 Uhr im gleichen BBB Raum
29.01.2021
Abgabe Blatt 08
05.02.2021
Fragestunde
12.02.2021
Keine Übung. Bei Fragen zur Prüfung kontaktieren Sie uns bitte über die etablierten Kanäle.
Prüfung
- Die Aufgaben und das Code-Framework für die Prüfungsleistung befinden sich jetzt in Ihrem persönlichen Prüfungs-Repository.
- Sollten Sie keine EMail zu Ihrem Repository erhalten haben, aber für die Prüfung angemeldet sein, melden Sie sich bitte umgehend bei cgg@cg.cs.tu-bs.de
- Dieses mal wird die Prüfungsleistung eine praktische Programmieraufgabe sein
- Der Bearbeitungszeitraum ist der gesamte "Prüfungszeitraum 2": 08.02.2021 - 03.04.2021
- Die Abgabe erfolgt einzeln über das Git
- Die Abmeldung kann bis zum 08.02.2021, 8:00 Uhr geschehen
- Dazu sollte das entsprechende Abmeldungsformular vom Prüfungsamt ausgefüllt werden und an cgg@cg.cs.tu-bs.de gesendet werden
Zusatzmaterial
Hier findet ihr Zusatzmaterial, welches hilfreich sein könnte.
- C++-Kompakt - Ein einfache Einführung in C++ (slides)
Anforderungen
Programmierkenntnisse empfohlen.
Literatur
- Andrew Glassner, An Introduction to Ray-Tracing, Academic Press, 1989
- James Foley, Andries van Dam, et al., Computer
Graphics : Principles and Practice, 3. Ausgabe, Addison-Wesley, 2013 - 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
- Matt Pharr
und Greg Humphreys, Physically Based Rendering, 3. Ausgabe, Morgan Kaufmann, 2016 - Steven J. Gortler, Foundations of 3D Computer Graphics,
Press, 2012Mit