Computergraphik II

Computergraphik II

SS 08

Diese Vorlesung führt in die fortgeschritteneren und komplexeren Methoden der Computergraphik ein. Voraussetzung ist der Stoff aus der Vorlesung "Einführung in die Computer-Graphik". Die Übungsaufgaben werden zum größten Teil praktisch sein, d.h., gewisse Programmierfähigkeiten in C++ sind nötig.

Aktuelles

Nieder mit IT (die Tatsache, daß es solch einen Rap gibt, sollte uns als Informatiker zu denken geben ;-) ).

Folien

Die folgende Tabelle enthält die behandelten Themen und die dazugehörigen Folien.

Woche	Thema	Folien, 1-up	Folien, 2-up	Übungs- aufgaben	Literatur
1.	Orga, Texturen 1 (Mapping, Beleuchtung, OpenGL)	PDF1 PDF2	PDF1 PDF2	Blatt 1	WW
2.	Texturen 2 (Parametrisierung, Texture-Atlas, Cube Maps); Übung	PDF	PDF		WW, OL
3.	Texturen 3 (Textur-Interpolation, MIP-Maps, Environment Mapping, Parallax Mapping); Shader-Programmierung 1 (GPU-Architektur, GLSL)	PDF1 PDF2	PDF1 PDF2	Blatt 2	WW, OL
4.	Übung ; Himmelfahrt
5.	Shader-Programmierung 2 (Per-Pixel Lighting, Gloss Map, proxedurale Textur); GPGPU-Algorithmen (Mandelbrot-Menge, Frame-Buffer Objects, Stream-Programming-Modell, Lineare Algebra, Summed-Area Tables)	PDF1 PDF2	PDF1 PDF2	Blatt 3	OL
6.	Pfingst-Woche
7.	Tone Mapping (Histogram-Equalization, Ward's Tone Mapping, Weber-Fechner-Gesetz, Anwendung desselben im TMO); Culling 1 (Backface Culling, Clustered Backface Culling, Hierrchical CBC)	PDF1 PDF2	PDF1 PDF2	Blatt 4	MH, WW
8.	Culling 2 (View Frustum Culling, Occlusion Culling, CHC++, Portal Culling, Detail Culling); Ray-Tracing 1 (Rendering-Gleichung, Strahlbaum, Beleuchtungsmodell)	PDF1 PDF2	PDF1 PDF2		AG, PS, PBRT
9.	Ray-Tracing 2 (Fresnel-Term, Dämpfung, Dispersion, Schnittberechnungen mit Polygon, Dreieck, Box, Kugel, impliziten Flächen, Nullstellensuche nach Laguerre)	PDF	PDF	Blatt 5	AG, PS, PBRT
10.	Ray-Tracing 3 (Instancing, Quadriken, Superquadriken, Metaballs, CSG, Vergleich, Distribution Ray Tracing, Anti-Aliasing, Halbschatten, spekulare Reflexion, weiche Schatten, Motion Blur, depth of field)	PDF	PDF		AG, PS, PBRT
11.	Acceleration Data Structures 1 (light buffer, beam/cone tracing, 3D grid, recursive grid, hierarchical uniform grid, blocking)	PDF	PDF	Blatt 6	AG, PS, PBRT
12.	Acceleration Data Structures 2 (proximity clouds, Octree, 5D-Octree, kD-Tree, Surface-Area-Heuristic, SKD-Tree, Bounding Volumes, Bounding Volume Hierarchies, Goldsmith/Salmon, Top-down Erzeugung)	PDF	PDF		AG, PS, PBRT
13.	Acceleration Data Structures 3 (SIMD-Parallelisierung, Frustum-Tracing im kd-Tree, dynamische Szenen, Coherent Grid Traversal); Komplexität des Ray-Tracings (Das abstrakte Ray-Tracing Problem, optischer abstrakter Computer, average-case Komplexität des Ray-Shootings); Anti-Aliasing 1 (Ursachen, prinzipielles Vorgehen bei Linien, Supersampling bei Polygonen, verschiedene Sampling-Patterns)	PDF1 PDF2 PDF3 PDF4	PDF1 PDF2 PDF3 PDF4		OL, FvD
14.	Anti-Aliasing 2 (Gupta-Sproull-Algorithmus, Exact Area Subpixel Masks, Flipquad-Pattern, Centroid-Interpolation)	PDF1 PDF2 PDF3	PDF1 PDF2 PDF3		OL, FvD

Aufzeichnugen der Vorlesungen auf Video finden Sie unter dieser Adresse: http://video.tu-clausthal.de/vorlesungen/ifi/cg2-ss2008/

Here you can find the source code of the GLSL shader examples that were discussed in class.
They comprise:

the Lighthouse3D tutorials, somewhat modified (and different variants), with the C source code cleaned up and refactored;
a number of shaders that create a procedural brick texture (inspired by the orange book), with increasing sophistication (noise);
a demo for simplex noise, which was invented by Ken Perlin; the code is based on Stefan Gustavson's implementation, but ported to Glut;
different shader versions generating a Mandelbrot set visualization (one straight-forward, one using GPGPU techniques);
a set of shaders implementing lighting, the last of which does per-pixel lighting;
a simple demo for frame-buffer objects (FBOs): it computes the saxpy operation (and calculates the GFLOPs of your GPU and CPU);

All demos should compile and run out-of-the-box under Linux and Mac OS X 10.5. (Actually, the executables contained in the tar file should run under MAC OS X 10.5 Intel.)

Und hier finden Sie die Folien der optischen Täuschungen (optical illusions).

Literatur

Folgende Literatur eignet sich als begleitende Lehrbücher (in Klammern die oben verwendeten Kürzel):

Andrew Glassner (ed.): An Introduction to Ray Tracing; Morgan Kaufman [AG]
Peter Shirley: Realistic Ray Tracing; AK Peters. [PS]
Foley, van Dam, Feiner, Hughes: Computer Graphics -- Principles and Practice; Addison Wesley. [FvD]
Tomas Akenine-Möller, Eric Haines: Real-Time Rendering; AK Peters. [MH]
Matt Pharr, Greg Humpfreys: Physically-Based Rendering; Elsevier. [PBRT]
Alan Watt, Mark Watt: Advanced Animation and Rendering Techniques. Addison-Wesley [WW]
OL = Online-Literaur, s.u.

Achtung: nicht alle in der Vorlesung behandelte Themen sind schon in Lehrbüchern nachzulesen! Daher empfiehlt sich der Besuch der Vorlesung.

Falls Sie sich diese Bücher anschaffen möchten, sollten Sie vielleicht überlegen, gebrauchte Exemplare zu erwerben -- oft gibt es diese zu einem Bruchteil des Neupreises. Zwei gute Internetadressen sind Abebooks und BookButler.

Scheinerwerb

Einen Schein erwirbt man durch erfolgreiche Teilnahme an den Übungen. Das heißt, Sie müssen insgesamt mindestens 50% der maximal erhältlichen Punkte erreichen. (Eine "Schein"-Klausur findet nicht statt.)

Prüfung

Die Vorlesung wird mündlich geprüft. Wer sich prüfen lassen möchte, melde sich bitte wie üblich im Prüfungsamt und bei Frau Cronjäger (IfI, Zimmer 202) an.

Hier finden Sie eine aktuelle Liste aller Prüfungstermine .

Übungen

Übungsblätter

Die Übungsblätter werden jeweils vor der Übung hier ins Netz gestellt.

Die Abgabe der Lösungen findet direkt in der darauf folgenden Übung (also 2 Wochen später) statt. Praktische Aufgaben werden in der Übung am Rechner vorgeführt.

Hinweise und Downloads zur Bearbeitung der Übungsblätter

Für die meisten praktischen Übungsaufgaben benötigen Sie Qt. Da das Durch-Compilieren dieser Library etwas zeitaufwendig (mit 'e'!) sein kann, stellen wir Ihnen hier ein paar vor-compilierte Pakete zur Verfügung:

Qt 4.3.4 for Mac OS X 10.4 (Tiger; Universal Binary)
Qt 4.3.4 for Mac OS X 10.5 (Leopard)
Qt 4.3.4 for Windows, Visual Studio 2003 .Net; it has also been reported to run under Visual Studio 2005.

Ein herzlicher Dank geht an Philipp Kraus (ein Hörer der CG I & II im WS/SS 2007), der diese Pakete erstellt hat!

Für die Bearbeitung der Shader-Aufgaben können Sie verschiedene Tools verwenden (s. Vorlesung). Wir würden allerdings, aus verschiedenen Gründen, das "in-house" entwickelte Tool Shader Maker empfehlen.

Hier finden Sie eine kleine Liste mit OpenGL-Materialparametern, die Sie für verschiedene Aufgaben gebrauchen können.

Übungsblatt Nr. 1:

Das Framework und die Objekte zur Textur-Aufgabe in Blatt 1 finden Sie hier.

Übungsblatt Nr. 4:

Das Framework und die Beispiele zur GPGPU-Aufgabe in Blatt 4 finden Sie hier.

Übungsblatt Nr. 5:

Das Framework zur Ray-Tracing-Aufgabe in Blatt 4 finden Sie hier.
Die in der Übung benutzten Slides zur Erläuterung des Frameworks finden Sie hier.

Hier finden Sie einige Testszenen für Ihren Raytracer.
Dieses kleine Programm erzeugt eine Menge von Kugeln, die sich auf der Oberfläche von sog. Steinbach-Screws befinden, und exportiert sie als XML-Szenen für den Raytracer.
Hier finden Sie eine kleine Liste mit OpenGL-Materialparametern, die Sie auch im Raytracer ausprobieren können.

Wer die Entwicklung unter "Mac OS X" machen möchte findet hier eine kurze Anleitung (Dank an Philipp Kraus).

Übungsblatt Nr. 6:

Ein erweitertes Template zur Bearbeitung für Blatt 6.
Selbstverständlich können Sie auch Ihre eigene Software verwenden, die Sie im Rahmen der Aufgaben des vorigen Blattes geschrieben haben.

Online Literatur und Resources im Internet

Siggraph Course Notes zu impliziten Flächen, 1996.
Siggraph Course Notes zu interaktivem Ray-Tracing, 2006.
Tutorial zur PCA von Prof. Laurenz Wiskott, 2004. Quelle)
Ein paar sehr nette Demos zur perspektivisch korrekten (bzw. inkorrekten) Texturierung. Dabei finden sich auch ein paar sehr schöne Erläuterungen zu diesem Thema. (Quelle)
Siggraph Course Notes Lighting and Shading Techniques for Interactive Applications , 1999 (Kapitel C & D behandeln fortgeschrittene Textur-Techniken).
Das Tutorial OpenGL Cube Map Texturing von NVIDIA, 1999.
Ein Tutorial zur Shader-Programmierung von Lighthouse 3D.
Mark Olano's Brief OpenGL Shading Tutorial (Quelle).
Viele Demos und Tutorials zur Shader-Programmierung gibt es auch bei Clockworkcoders.
Ein GLSL Quick Reference Guide (Quelle).
Die offizielle GLSL Spezifikation (falls man etwas nochmal ganz genau wissen muß).
Die OpenGL 2.1 Reference Pages (sehr praktisch zum schnellen Nachschlagen).
Eine leicht verständliche Einführung in Simplex Noise von Stefan Gustavson (Quelle).
Dominik Goeddeke's GPGPU::Basic Math Tutorial, in dem die einfachen Prinzipien anhand der "saxpy"-Operation erklärt werden (Quelle).
Eine leicht verständliche Einführung in von Framebuffer Objects von gamedev.net (Rob Jones) (Quelle).

Change Monitoring:

If you enter your email adress in one of the boxes above and then press one of the "Monitor" buttons, then either ChangeDetection or ChangeDetect will send you an email whenever I make changes to this page.

Gabriel Zachmann
Last modified: Thu Sep 04 18:37:07 MDT 2008