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Grundlagen der Computergrafik
Vorlesung WS 2004/2005

PD Dr. Arno Formella (Universität von Vigo, Spanien)
Prof.Dr-Ing. W.D. Fellner (TU Braunschweig)

Inhalt
Vorstellung
Motivation
- Was ist Computergrafik?
- Wer verwendet Computergrafik?
- Womit befasst sich Computergrafik?
- kurze Geschichte der Computergrafik
- Toy Story: einige Daten
Rastergrafik-Gerät:
- Virtuelles Rastergrafik-Gerät:
- Mögliche Realisierung
- andere Anzeigetechniken:
- andere Rastergrafik-Ausgabegeräte
- wichtige Begriffe
Licht und Farbe
- Licht
- Interaktion mit Objekten
- Menschliches Wahrnehmungssystem
- Klassifizierung von Farbe
- RGB-Modell
- HSV-Modell
- YIQ-Modell
- CMY-Modell
- CNS-Modell
- Farbauswahldialoge
- Farbmanagement
- Fazit
Darstellung von Bildern
- Intensitätsdiskretisierung
- Anpassung an Ausgabegeräte
  - Schwarz/Weiß/Grau-Bilder
    - Halftoning
    - Dithering
- Reduktion der Farbanzahl
- Reduktion der Auflösung
- Fehlerkorrekturverfahren
- Einfache Rastergrafikeinheit (Grafikkarte)
- Pixelkodierung
- Darstellung mit Farbtabelle
Darstellung von Liniensegmenten
- einige ``vorhandene'' Funktionen
- Anforderungen
- Welche Pixel sollen gesetzt werden?
- Naives Programm:
- Und?
- Mögliche Beschreibungsformen für ein Segment
- Diskretisierung der parametrisierten Form
- Mittelpunkt-Entscheidungsalgorithmus (Bresenham)
- Bresenham-Algorithmus
Darstellung von Kreisen
- Mögliche Beschreibungsformen für einen Kreis
- Diskretisierung der parametrisierten Form
- Mittelpunkt-Entscheidungsalgorithmus
- Bresenham-Kreis-Algorithmus
Darstellung von Ellipsen
- Mögliche Beschreibungsformen für eine Ellipse
- Achsenparallele Ellipse mit Zentrum im Koordinatenursprung
- Diskretisierung der parametrisierten Form
- Mittelpunkt-Entscheidungsalgorithmus
- Bresenham-Ellipsen-Algorithmus
- Weitere Ellipsendarstellungsmethoden
DDA-Algorithmen
Darstellung von Polygonen
- Was ist ein Polygon?
- Klassifizierung von Polygonen
- Einfachheit
- Orientierung
- Schnittpunkt von Segmenten bzw. Strahl und Segment
- Innen und Außen
- Konvexität
- Scanline-Prinzip
- Einfachheit-Test
- Konvexität-Test
- Innen-Außen-Korrektheit
- Konvexität-und-Einfachheit-Test
- Zerlegung von Polygonen
- Fläche von Polygonen
- 2D-Polygon Zusammenfassung
Füllen
- Füllen von Polygonen
- Abtastlinien-Methode
- Saatkorn-Methode
Clipping
- Clipping von Punkten
- Clipping von Geradensegmenten
- Clipping von Polygonen
Geometrische Transformationen
- Koordinatensysteme
- 2- und 3- dimensionaler Vektorraum
- Transformationen
- Affine Kombination
- Affine Abbildungen
  - Affine Vektorabbildung
  - Affine Punktabbildungen
- Homogene Koordinaten
- Translation
- Skalierung
- Scherung
- Spiegelung
- Hintereinanderausführung von Transformationen
- Rotation
- Rotation mit Quaternionen
- Rotation mit Eulerwinkeln
- Rotation mit spezieller Achsen/Winkel-Kodierung
- Umwandlungsroutinen
Einfache 3-dimensionale Objektmodellierung
- 3-Dimensionale Polygone
  - Normalenvektorberechnung von fast planaren Polygonen
  - Planaritäts- und Einfachheit/Konvexitätstest
- Polygonale Objekte
  - Oberfläche als Graph
  - Innen und Außen:
- Quadriken
- Superquadriken
  - 2-dimensionale Superquadriken
  - 3-dimensionale Superquadriken
- Translations- und Rotationsobjekte
  - Translationsobjekte
  - Rotationsobjekte
3-dimensionale Darstellung
- Koordinatentransformationen
- Kamerakoordinatensystem
- Spezifikation einer Kamera
- Weltkoordinaten in Kamerakoordinaten
- Klassifizierung der Projektionen
  - Parallelprojektion
  - Zentralprojektion
- Kanonische Sichtvolumen
  - Parallelprojektion
  - Zentralprojektion
- Clipping bezüglich des Sichtvolumens
Sichtbarkeitsberechnungen
- Elimination der Rückseiten
- Tiefenpuffermethode
- Tiefenpuffer mit Scanline-Methode
- Transparenz
- -Puffer
- Tiefensortierverfahren
- Scanline-Verfahren
- Unterteilungsverfahren
  - Quadtree-Methode im Bildraum
  - BSP-Methode im Objektraum
- Strahlverfolgungsverfahren
Beleuchtungsmodelle hin zur fotorealistischen Computergrafik
- Strahlungslehre
- Reale Materialien
- Berechnungsmodelle
- Geometrie von Lichtquellen
Ray Tracing
- Die Idee des Ray Tracings
- Der Algorithmus
  - Beschleunigungsverfahren durch Strahlreduzierung
- Einfache Parallelisierung
- Beschleunigungsverfahren bei der Schnittpunktberechnung
  - Einführung von BoundingVolumes:
    - Nutzen von hierarchischen BoundingVolumes:
  - Raumunterteilungsverfahren
Weitergehende Information

Grundlagen der Computergrafik Vorlesung WS 2004/2005

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