Virtuelle Realität (VR) befindet sich an der Überschneidung von Computer-Graphik, physikalisch-basierter Simulation, und Human-Computer-Interaction (HCI). VR befaßt sich mit neuartigen Eingabegeräten, intuitiver und direkter Interaktion, Immersion, Echtzeit-Rendering und physikalisch-basierter Simulation in Echtzeit. Bei letzterem geht es um die möglichst realistische Simulation von natürlichen Phänomenen, z.B. Feuer, von Stoff, z.B. als Kleidung, oder dem Verhalten starrer Objekte bei Stößen.

VR hat sich inzwischen in verschiedenen Anwendungsbereichen als wichtiges Werkzeug durchgesetzt, u.a. im Automobil- und Flugzeugbau und der Medizin. Außerdem lassen sich viele Techniken und Lösungen auch im Bereich der Computerspiele anwenden.

In dieser Vorlesung werden zunächst grundlegende Methoden und Algorithmen vorgestellt. Anschließend werden Themen behandelt, die für ein komplexes VR-System relevant sind (z.B. Objekt-Verhalten, Kollisionserkennung, akustisches Rendering, etc.).

In den Übungen wird auf dem cross-plattform-fähigen VR-System InstantReality aufgesetzt. Die Programmiersprache kann von den Teilnehmern gewählt werden; zur Auswahl stehen Java, Javascript, und C++.
Gerne dürfen Sie auch in kleinen Teams die Aufgaben bearbeiten. Geplant ist, Ihr VR-Szenario auch in einer VR-Installation (Powerwall mit Tracking) laufen zu lassen.

Geplante Themen:

1. Einführung, Begriffe, Immersion, Anwendungen
2. VR-Geräte: Displays, Tracking, Sonstige, Software-Design
3. Stereo-Rendering
4. Fehlerkorrektur: Tracking-Korrektur, Filterung,
5. Techniken für Real-time Rendering
6. Grundlegende immersive Interaktionstechniken: Gestenerkennung, Navigation, Selektion, Greifen, Menüs in 3D
7. Komplexere immersive InteraktionInteraktionstechniken: World-in-Miniature, Action-at-a-Distance, etc.
8. Kollisionserkennung
9. Force-Feedback: Rendering von Kräften
10. Akustisches Rendering
11. Partikelsysteme
12. Feder-Masse-Systeme

Aktuelles

Folien

Literatur

• Kay M. Stanney (Ed.): Handbook of Virtual Environments. Lawrence Erlbaum Associates, 2002
• William R. Sherman, Alan B. Craig: Understanding Virtual Reality. Morgan Kaufmann, 200
• Don Brutzman, Leonard Daly: X3D: Extensible 3D Graphics for Web Authors. Morgan Kaufmann, 2007.
• Daniel Fleisch: A Student's Guide to Vectors and Tensors. Cambridge University Press
• Kenny Erleben et al.: Physics Based Animation. Charles River Media, 2005.

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.

Übungsblätter und Downloads dazu

Übungsblatt Nr. 1

Übungsblatt Nr. 2

Übungsblatt Nr. 3

Übungsblatt Nr. 4

Übungsblatt Nr. 5

Übungsbetrieb

Im Verlauf der Vorlesung sollen kleinere virtuelle Umgebungen programmiert werden (basierend auf einem frei verfügbaren VR-System), in denen einige der in der Vorlesung erlernten Techniken praktisch umgesetzt werden sollen. Falls Sie eine eigene Idee haben, so sprechen Sie bitte mit uns darüber! Wir sind offen für vieles ;-)

Scheinerwerb

Prüfung

Online Literatur und Resources im Internet

• Tools, mit denen man X3D- / VRML97-Files "abspielen" kann:
  • InstantReality (aka "Avalon"); auf der Homepage gibt es auch Beispiele und Tutorials.
  • FreeWRL (für Linux und OSX).
  • Cortona; dies ist ein kommerzielles Plugin für Browser.
• Einführungen in VRML / X3D:
  • Ein sog. Cheat Sheet für VRML.
  • SIGGRAPH 2008 Class Notes: Don't be a WIMP; konkrete Anleitungen, wie spezielle Features in InstantReality benutzt werden (z.B. die verschiedenen Stereo-Modi, Interaktionsgeräte, Clustering, Scripting, Animationen, etc.). (Quelle)
  • The Annotated VRML97 Reference Manual (Quelle)
  • Der VRML Primer and Tutorial; die Kapitel, die etwas mit HTML zu tun haben, sind für uns nicht relevant, auch ist das Kapitel über Tools völlig veraltet, aber ansonsten immer noch eine brauchbare Einführung für Anfänger (Quelle)
  • Die wichtigsten Dokumente zum X3D-Standard:
    • Architecture and base components (d.h., Spec der Knoten und Profiles)
    • Scene access interface (SAI)
    • X3D language bindings for Javascript (ECMAScript)
    • X3D language bindings for Java
• Beispiele für X3D / VRML:
  • Die Beispiele aus der Vorlesung (und viele weitere!)
  • Auf der Homepage von InstantReality;
  • Auf der Homepage des X3D Buches von Don Brutzman und Leonard Daly;
  • Eine Meta-Seite mit vielen Links zu großen Archiven von Beispielen.
• Eine große Sammlung von Materialien, sowohl im VRML- als auch im XML-Encoding.
  Und hier das ganze nochmal als ZIP-Archiv.
• Links zu sog. "Authoring Tools" gibt es hier; wer mag, kann diese gerne einetzen. Allerdings bezweifle ich den signifikanten Nährwert, da wir alle gut programmieren und mit Text-Editoren umgehen können.
• A handy little tool for Calculating VRML Viewpoints.
• Nicht ganz ernst gemeint sind die Cartoon Laws of Physics ;-) .
• Weiterführende Literatur zum Thema "User Interface Design":
  • Das Siggraph 2001 tutorial Advanced Topics in 3D User Interface Design
  • Ein unterhaltsames und lehrreiches Quiz zu Fitts' Law
  • Eine Erläuterung, wo überall Fitts' Law im UI Design von Office 2007 Anwendung fand: Giving You Fitts
• Literatur zur physikalisch-basierten Simulation allgemein:
  • Norman Wittels: Introductory Vector Calculus (Quelle)
  • Real Time Physics; Siggraph 2008 course notes.
  • Physically Based Modeling; Siggraph 2001 course notes.
  • Physically Based Deformable Models in Computer Graphics Andrew Nealen, Mathias Muller, Richard Keiser, Eddy Boxerman and Mark Carlson, EG 2005 (nice survey paper of the field)
• Literatur zu Partikel- und Feder-Masse-systemen:
  • William T. Reeves: Particle Systems - A Technique for Modeling a Class of Fuzzy Objects;
  • Georgii, Westermann: Mass-Spring Systems on the GPU, Simulation Practice and Theory 2005. (Quelle)
• Die Novelle Gegen den Strich von Joris-Karl Huysmans.
  Denkanregung: was hat das mit VR zu tun?

Change Monitoring: