Sommersemester 2003

3D-Grafik

Roland P. Kubica
Proseminar: Mi 15-17 RUD 25, 3.408

Rudower Chaussee 25, Haus III, Raum 408

Termine & Leistungsnachweis-Bedingungen

Datum		Thema
16.4.		• Einführung, Vorstellung der Themen
23.4.		• Themenvergabe

Für einen Seminarschein wird ein Vortrag und eine schriftliche Ausarbeitung (d.h. ein richtiger Text, keine Folien) gefordert. Gruppenarbeit ist in Gruppen bis zu drei Personen möglich, wenn das Thema dies hergibt; solche Gruppenvorträge sollten aber sowohl zeitlich länger als auch in der Ausarbeitung ausführlicher sein als Einzelvorträge.

Themen

Datum	Thema
14.5.	• Mathematische Grundlagen, Räume, Koordinatensysteme, Projektionen	Vektoren, Matrizen, Matrizenmultiplikation, Transformationen (Translation, Rotation, Skalierung, Scherung, Projektion), homogene Koordinaten, Normale, Lokale-, Welt-, Kamera/Auge-, Bild-Koordinaten, View Frustum, Orthogonale & Zentral-Projektion
21.5.	fällt aus wg. Demo
28.5.	• Die Rendering Pipeline	Koordinaten-Transformationen, Backface-Culling, Clipping, Hidden-Surface-Removal (Z-Buffer, Painter's Algorithm, Scanline-Rendering), Rasterung, Gouraud- & Phong-Shading, Anti-Aliasing
4.6.	• Modellierung	Polygon-Modelle, Parametrische Repräsentationen (Bézier-Curves/ -Patches), Rotations-, Extrusions- & Pfadkörper, NURBS, Primitives (Ebene, Quader, Kugel, Zylinder, Prisma), CSG, Freeform-Deformations, Heightfields, Partikel, prozedurales Modeling (Fraktale, L-Systeme...)
11.6.	• Licht & Schatten	Theorie der Licht/Objekt-Interaktion, ambiente-, diffuse- und spekulare Beleuchtung, Beleuchtungsmodelle (Phong, Cook-Torrance/Sparrow, Microfacets, Anisotropic), Lichtquellen (Distanz, Punkt, Spot, Fläche), Verfahren zur Schattenberechung (Theorie, Shadow Z-Buffers, Shadow-Volumes)
18.6.	• Texturemapping	Grundlagen (Rasterung/Interpolation, persp. Korrektur), Mapping Methoden (parametrisch, Two-Stage, reverse Projection), View-Dependant-Mapping (Reflection-, Refraction- & Environmentmapping), Bump- & Displacement-Mapping, prozedurale Texturen (Grundlagen, Noise, Turbulence), Antialiasing
25.6.	• Raytracing	einfaches und rekusives Raytracing, Schnittpunktberechnung, Beleuchtungsmodell, Schattenberechung, Spiegelung & Transparenz/Brechung, CSG, Speedups (Tiefenbegrenzung, Bounding-Volumes, Octtrees), Antialiasing
entfällt	• Advanced RT & Globale Beleuchtung	Advanced Raytracing (Beamtracing, Backwards RT, Distributed RT), Volumetricrendering, Depth of Field, Motion Blur, Softshadows, Caustics), Globale Beleuchtung (Radiosity, Two-Pass, Photonmap-Rendering)
2.7.	• Realtime-Rendering	Low-Level Optimierungen (Festkomma-Arithmetik, Polygon-Strips & -Fans), Rendering großer Szenen (Occlusion-Culling) und komplexer Modelle (Level-of-Detail), Multipassrendering, Multitexturing, Light-, Bump-, Alphamapping, Hardware
9.7.	• APIs und Dateiformate	OpenGL, DirectX, Quickdraw-3D, DXF, 3DS, VRML
16.7.	• Animation	Keyframe Animation, Inverse Kinematik, physikalische Animation, Partikel-Animation

Hinweise und Tips zu Seminarvorträgen und -ausarbeitungen

Literatur

Es gibt massenweise Literatur zum Thema. Viele Wichtige Verfahren sind in Papers für Konferenzen (allen voran die SIGGRAPH) u.ä. beschrieben und t.w. im Internet verfügbar. Es gibt auch massenweise Bücher; hier ist aber Vorsicht geboten, viele sind unsagbar simpel und schlecht (insbesondere häufig solche, denen CD-ROMs beiliegen). Im folgenden einige, die nach allgemeiner oder meiner persönlichen Meinung weitgehend über Zweifel erhaben sind... ich habe sie bei der Zusammenstellung der Themen benutzt, sie sind also wahrscheinlich auch bei der Ausarbeitung hilfreich. Ansonsten fragt mich.

•	Foley, J., van Dam, A., et al. Computer Graphics - Principles and Practice. 1990. Reading, MA, USA. Addison-Wesley Publishing Company. Das Standardwerk der Computergrafik; allerdings nicht 3D-spezifisch, und hat wenige der aktuellen Techniken. Aber absolut Grundlage für viele der Themen.
•	Watt, A., Watt, M. Advanced Animation and Rendering Techniques - Theory and Practice. 1992. New York, NY, USA / Wokingham, England (etc.). ACM Press / Addison-Wesley Publishing Company. Hat viele der spezielleren und fortgeschrittenen Techniken (Advanced Raytracing etc.). Die Grundlagen werden allerdings nur kurz und eher kommentierend behandelt.
•	Möller, T., Haines, E. Real-Time Rendering. 1991. Natick, MA, USA. A K Peters. Ein guter, und kompletter Überblick über das Thema. Hat auch die Grundlagen des Rendering; solange man im Bereich der (im Moment) echtzeitfähigen Verfahren (also nicht gerade Raytracing oder Photonmap) bleibt, ist es durchaus ein komplettes 3D-Grafik-Buch. Hint: Es gibt eine Website zum Buch (www.realtimerendering.com), die dort weitermacht, wo ein Buch in Sachen Aktualität aufhören muß.
•	Watt, A., Policarpo, F. 3D-Games – Real-time Rendering and Software Technology. 2001. Harlow, England. Pearson Education. Ein Buch mit CD... die CD kann man für mein Empfinden ziemlich getrosst vergessen, aber das Buch ist gar nicht so schlecht. Es leidet zwar an der Krankheit vieler dieser "CD-Bücher", daß allzu ausführliche Erläuterungen vermieden werden und stattdessen auf die Software verwiesen wird, aber in einigen Bereich reißt es Themen an, die selbst "Real-Time Rendering" so nicht hat; es ist noch einigermassen auf der Höhe der Zeit was Rendering für Game-Engines angeht (Vertex- und Pixelshader aber z.B. fehlen auch hier).

geändert: Mi, 8. Okt 2003 rpk