Wintersemester 2003/2004
3D-Grafik
Roland P. Kubica
Seminar
Do 13-15
Rudower Chaussee 25, Haus III, Raum 408
Termine & Leistungsnachweis-Bedingungen
| Datum | Thema | |
| 23.10. |
• Einführung, Vorstellung der Themen |
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| 30.10. |
• Themenvergabe |
Für einen Seminarschein wird ein Vortrag und eine schriftliche Ausarbeitung (d.h. ein richtiger Text, keine Foliensammlung) gefordert. Die Themenvorschläge (s.u.) sind so ausgelegt, daß sie durch 2er Gruppen bearbeitet werden können. Ggbfs. können Themen aber auch in zwei Einzelvorträge gesplitter werden (dann à 45min statt insgesamt 90min).
Themenvorschläge
| Datum | Thema | |
| 20.11. |
• 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 |
| 27.11. |
• Die Rendering Pipeline |
Koordinaten-Transformationen, Backface-Culling, Clipping, Hidden-Surface-Removal (Z-Buffer, Painter's Algorithm, Scanline-Rendering), Rasterung, Gouraud- & Phong-Shading, Anti-Aliasing |
| 4.12. |
• 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...) |
| 11.12. |
• 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) |
| 18.12. |
• 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 |
| 8.1. |
• Raytracing |
einfaches und rekusives Raytracing, Schnittpunktberechnung, Beleuchtungsmodell, Schattenberechung, Spiegelung & Transparenz/Brechung, CSG, Speedups (Tiefenbegrenzung, Bounding-Volumes, Octtrees), Antialiasing |
| 15.1. |
• Advanced RT & Globale Beleuchtung |
verlegt auf den 19.2. |
| 22.1. |
• 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 |
| 29.1. | • Collision Detection
• Image-based Rendering |
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| 5.2. |
• APIs, Dateiformate, 3D im WWW |
OpenGL, DirectX, Quickdraw-3D, DXF, 3DS, VRML... |
| 12.2. | • Animation | Keyframe Animation, Inverse Kinematik, physikalische Animation, Partikelsysteme |
| 19.2. | • 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) |
Literatur
Es gibt massenhaft Literatur zum Thema. Viele Wichtige Verfahren sind in Papers für Konferenzen (allen voran die SIGGRAPH) u.ä. beschrieben und teilweise auch 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.
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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. |
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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. |
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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. |
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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). |