00 Prolog und Einführung - gdv.informatik.uni-frankfurt.de · 3 5 SS 2004 Graphische Datenverarbeitung © Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker 0. Prolog und Einführung ˛ ˚ ˜ ˚ ˙

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Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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SS 20042Graphische Datenverarbeitung0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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1. Übersicht Technologien und Anwendungen2. Relationen zu anderen Technologiegebieten

Die fachliche Breite der CG3. Geschichtlicher Überblick zur CG4. Computergraphik an der Goethe-Uni5. Ziele dieser Veranstaltung

Themenübersicht ��

2


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6. Literatur, Unterlagen zur Vorlesung, Fachzeitschriften, Konferenzen, Web-Quellen

7. Übungen 8. Prüfungen, Scheine, etc.9. Zusammenfassung 10. Glossar11. Ausblick – Nächste Schritte


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Graphische Daten-verarbeitung GDV

oder synonymComputergraphik CG

oder Computergrafik

war oft �� • GUIs• Ingenieuranwendungen CAx• Training (Sichtsimulation,

CGI Systeme)• Spiele• Animation• Kunst

3


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GDVCG

CAD

Games Entertainment

Kunst

CAECAM

Virtual Reality

Virtual FactorySpecial Effectsin Film und Video

Training CGISichtsimulatoren

Geographische Informationssystem GIS

Printing &Publishing

Bildverarbeitung GUI

Human Computer Interaction (HCI)

Animation

MultimediaAugmented Reality

Mixed Reality

Visualisierung


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CAD

Games Entertainment

Kunst

CAECAM

GUIs

ProduktentwicklungVirtual Factory

BildverbesserungObjekterkennungAufklärungQualitätssicherung

Special Effectsin Film und Video

MedizinChemieBiologie

E-LearningTraining CGI

Geographische Informationssystem GISGeologie

Printing &Publishing

3D GUIs

E-CommerceWeb-Kataloge

Robotics

GDVCG

BV HCI

Animation

Visualisierung

MR MM

4


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� Bildverarbeitung� Animation� Multimedia� Visualisierung� Mixed Reality (Virtual Reality, Augmented Reality)

(Virtuelle Realität, Erweiterte Realität)� HCI Human Computer Interface


!�� #$ �

� Bildverarbeitung (ein wenig in dieser Vorlesung; etwas mehr in VR und AR)

� Animation� Multimedia� Visualisierung� Mixed Reality (Virtual Reality, Augmented Reality)

(Virtuelle Realität, Erweiterte Realität)� HCI Human Computer Interface (ein wenig in

dieser Vorlesung)

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#FTDISFJCVOH� #JMEBOBMZTF� ÄBMMFT�BOEFSFÂ�

!��" Strenge Trennung zwischen Computergraphik und Bild-verarbeitung: HW, SW, Systeme, Methoden, ..., Personen, Konferenzen, ... !��"�Integrierte Betrachtung


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• Symbolische Ebene:

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• Symbolische Ebene:

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(1) Animation bezeichnet die Gesamtheit der Methoden zur Erzeugung synthetischer Bewegtbilder

(2) Animation nennt man ein vermittels (1) erzeugtes Produkt (auf Bewegtbildmedien)

Ursprünge: animus: Lufthauch, Atemanimos: belebenανεµοσ (anemos): Wind, Atem

Zeitvariante Computergraphik

7

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�� Gesamtheit der Methoden

zur Erzeugung synthetischer Bewegtbilder

� die Methoden, die zur Belebung einer Szene dienen: auf allen Ebenen!

� die erzeugten Produkte

#�� Erzeugung, Bearbeitung,

Speicherung, Übertragung von digitalem Video

� klassischer Schnitt moderner Schnitt (nichtlinear) und Effekte

� Morphing, ...

Basistechnologien der modernen GDV


Zu viele Definitionen, aber:

Interaktion macht den Unterschied!

Ivan Sutherland (1965)��

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� Visualisierung bezeichnet den Vorgang der Sichtbarmachung von Materie, Energie, Information oder Prozessen.

� In der Informatik reduziert sich dieses auf die Visualisierung von Daten, Informationen, Modellen, ...

� „In der Tat ist der Mensch ein Augentier“.Herbert W. Franke


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Rene Descartes, 1637

9

SS 200417© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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� Zwei Aspekte:� “�� % �� &� �� '�� %(�� modernes Mikroskop, Teleskop, ... Bsp. Molekül

� $�� '�� (��... Informationsvisualisierung ...

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Abbildung von Daten / Informationen � Wahrnehmungsprimitive (Visuelle Variablen)

� Form 2D oder 3D� Farbe max. 2 unabhängige Werte !!!� Textur zwischen 2 und 5 � Zeit 1

Achtung - Wahrnehmung der Primitive ist nicht unabhängig voneinander

- oft Redundanz zu empfehlen

10


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-3,92699082 -0,18006326 -0,17547081 -0,16211389 -0,14120801 -0,11463183 -0,0847248-3,53429174 -0,10827726 -0,10551569 -0,09748379 -0,08491247 -0,06893145 -0,05094748-3,14159265 7,4579E-16 7,2677E-16 6,7144E-16 5,8486E-16 4,7478E-16 3,5091E-16-2,74889357 0,13921362 0,13566303 0,1253363 0,10917317 0,08862614 0,0655039-2,35619449 0,30010544 0,29245136 0,27018982 0,23534668 0,19105306 0,14120801-1,96349541 0,47052798 0,45852733 0,42362402 0,3689943 0,29954742 0,22139658-1,57079633 0,63661977 0,62038301 0,57315917 0,49924569 0,40528473 0,29954742-1,17809725 0,7842133 0,76421222 0,70604003 0,61499051 0,49924569 0,3689943-0,78539816 0,90031632 0,87735407 0,81056947 0,70604003 0,57315917 0,42362402-0,39269908 0,97449536 0,9496412 0,87735407 0,76421222 0,62038301 0,458527332,2204E-15 1 0,97449536 0,90031632 0,7842133 0,63661977 0,470527980,39269908 0,97449536 0,9496412 0,87735407 0,76421222 0,62038301 0,458527330,78539816 0,90031632 0,87735407 0,81056947 0,70604003 0,57315917 0,423624021,17809725 0,7842133 0,76421222 0,70604003 0,61499051 0,49924569 0,36899431,57079633 0,63661977 0,62038301 0,57315917 0,49924569 0,40528473 0,299547421,96349541 0,47052798 0,45852733 0,42362402 0,3689943 0,29954742 0,221396582,35619449 0,30010544 0,29245136 0,27018982 0,23534668 0,19105306 0,14120801


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� Begriff von Jaron Lanier, 1987 geht aber zurück auf� Artifical Reality

von Myron Krueger, 1982 als Buchtitel

heute zunehmend benutzt

� #�� $��Hauptziel: Immersion (Vermittlung des Gefühls, Teil des Geschehens zu

sein – eingetaucht zu sein)

Eingabegeräte: Handschuh, 3D-Mouse, ...Ausgabegeräte: Head Mounted Display, Walls, Caves

� Erweiterung zu ��%�� umfasst auch Augented Reality


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�� Benutzerschnittstelle„Gesicht“ eines interaktiven Programms� Screen Design:

Graphischer Entwurf, Layout � Designaufgabe

Rolle / Wirkung von Form, Farbe, Bewegung, ...

� Interaktions-Design:Metaphern, z.B. Desktop, Drag&Drop, Point&Click, Gummiband, ...

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� Schlüsselelement fürGraphischeBenutzungsoberflächen

� WIMP-SchnittstellenWindowsIcons MenuesPointing Devices

� Basis der Werkzeug-Metapher

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in Mrd. US $ 1999 2004 Jährliches Wachstum

CG gesamt davon 3D 3D Anteil CG gesamt davon 3D 3D Anteil G gesamt 3D AnteilMultimedia 25 5 20% 45 15 33% 12,5% 24,6%CAD/CAM/CAx 17 6 35% 26 14 54% 8,9% 18,5%Graphic Art 10 3 30% 22 11 50% 17,1% 29,7%Art / Animation 7 5 71% 13 10 77% 13,2% 14,9%Scientific Visualisation 6 1 17% 11 4 36% 12,9% 32,0%Virtual Reality 1 1 100% 3,5 3,5 100% 28,5% 28,5%Realtime Simulation 1 1 100% 1,5 1,5 100% 8,4% 8,4%Sonstiges 5 3 60% 11 3 27% 17,1% 0,0%Summe 72 25 40% 134 62 46% 13,2% 19,9%

• Carl Machover beobachtet den CG-Markt seit 25 Jahren• 1976: Gesamt CG Markt: US $540 million :• Zahlen enthalten Umsätze für: Hardware (40%),

Software(35%), Systeme (15%), Services (10%)• 3D-Segment (in 99 40%) weißt höhere Wachstumsrate auf;

ca. 20% von $24,9 Mrd. auf $62 Mrd. in 2004, entspricht 46%.• CAD/CAM, SciVis, Realtime Simulation eher gesättigt

hatten anfangs den Markt getrieben

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Die fachliche Breite der CG3. Geschichtlicher Überblick zur CG4. Computergraphik an der Goethe-Uni5. Ziele dieser Veranstaltung6. Themenübersicht

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� Hardware (Techn. Informatik)

� Wahrnemungs- und Kognitions-Psychologie

� Ergonomie � Arbeitswissenschaften� Semiologie � Philosophie

� Farbenlehre � Physik und Kunst

� Physik ... Simulation

� Systemtheorie

� Mathematik� Geometrie CAGM

� Numerik

� SW-Engineering, u.v.a.m.

� Networking (Internet)

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� Hardware und Systeme� Psychophysik des Visuellen Systems und

Bildwahrnehmung: Form, Farbe, Bewegung, ...� Geometrische Probleme, numerische Probleme� physikalische Modellbildung,

z.B. Licht-Materie-Interaktion� algorithmische Probleme und Optimierungen� Systemtheorie� Design- und Gestaltungsfragen, ... � Softwareergonomie, SW-Engineering, ...


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.DWKRGHQVWUDKOU|KUH wird zur Bildausgabe unter Computersteuerung eingesetzt: OszilloskopKalligraphische (Vektor-) Displays = (x,y)-Schreiber

/LFKWJULIIHO (Light-Pen) um Punkte auf dem Bildschirm anzusprechen

Erstes computergestütztes Zeichensystem DAC-1 (Design Augmentedby Computers) bei General Motors /IBM

Sketchpad-System (Sutherland, PhD 1963, MIT )

Datenstrukturen / BildhierarchienBildkomposition aus graphischen StandardelementenInteraktionstechniken (Tastatur, Lichtgriffel)

Steve Russel (MIT) entwickelte erstes video game (Spacewar) auf einer DEC PDP-1


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� Movies� Movies

� Nicht heute, aberEinladung:Video 1 ½ Stunden

History of Computer Graphics (Carl Machover et.al.)

Termin ? (im Mai, abends 18.00 Uhr) bei uns ??

18


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� Vermittlung der Grundlagen � Basis für weiterführende Themen der Graphischen

Datenverarbeitung � Visualisierung

� (Animation und Multimedia)

� Mixed Reality Virtual Environments VR & AR

� Non Standard Rendering (Dr. Joseph)

� Open GL (Dr. Joseph)

� Datenkompression I + II

� Praktika und Seminare

19


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Prolog und Einführung1. Grundlagen des digitalen Bildes2. Bildwahrnehmung3. Farbmetrik und Farbrepräsentationen4. Graphische Systeme 5. Grundlagen Geometrischer Transformationen6. Klipping


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7. Visibilitätsrechnung8. Rastern9. Shading10.Beleuchtungsrechnung11.Texturen12.Ray Tracing und Radiosity13. Elemente der Bildverarbeitung14.Ausblick

20


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� Folien auf WWW Server www.gdv.cs.uni-frankfurt.de� in ca. 2 Wochen (fast ) vollständig

Ergänzungen Zug um Zug

Lehrbücher� Foley, James D et.al : Introduction to Computer

Graphics, ADDISON WESLEY LONGMAN� Watt, Alan: 3D Computer Graphics, ADDISON

WESLEY LONGMAN


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� Encarnacao, Strasser, Klein: Graphische Datenverarbeitung I+II, Oldenbourg

� Möller, Haines: Real-Time RenderingAK Peters Ltd.

� Schuhmann, Müller: VisualisierungSpringer 2000

21


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��?��?46��?��A�'��Varrentrappstraße 40-42, 2. OG

60486 FrankfurtTel. .: 49 (0)69 979 95-0140

Email: [email protected]

www: http://www.agc.fhg.de

��" Dienstag 13 –15 Uhr

nach VereinbarungSekr. >�� , Frau Quasten

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drei Zugänge:Übersicht (Survey) � Vorlesung(alles erscheint einfach ... Aber können Sie es umsetzen,

eigene Lösungen finden?)

Algorithmisch � VorlesungDetails, Details, Details, ... Schnelles Vergessen garantiert!

Programmieren, Aufgaben � Übung��

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� Vertiefungen und Übungen zum Vorlesungsstoff 5-6 Übungsblätter

� Hausaufgaben Fingerübung JAVA-3D + ��$��!��

� Vorlesung 4 SWS: Mo 10-12, Do 10-12� Übung 2 SWS: Mi 14-16 14-tägig� PT3 (P5, P6)� Beginn: übernächste Woche (Intro to VRML)

28.4.2004


13>!��

(Aktive Beteiligung in der Übung)

� Hausaufgaben schriftlich

� Mündliche Rücksprache nach Vereinbarung am Ende des Semesters / auch ggf. in der vorlesungsfreien Zeit

23


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� Mixed Reality (zusammen mit Prof. Mester)� V Mo 10-12 + Ü1

� Non-Standard-Rendering-Verfahren V2 (Dr. Joseph)

� Datenkompression 1 V2 (Dr. Vuong)


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Graphische Datenverarbeitung (GDV)Computergraphik (Computergrafik, CG)BildverarbeitungMultimedia (MM)VisualisierungAnimationVirtual Reality (VR)CAD, CAM, CAE, CAx

24


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Screen DesignBenutzungsschnittstelle (User Interface, UI)BildrepräsentationenAustauschformateApplication Programmers Interface (API)


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� Fundament legen: � Was erzeugen, bearbeiten, speichern, übertragen

wir: BILDER� Repräsentation von Bildern

im Rechner, ...� Austausch, APIs, ...

25

Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

*RHWKH�8QLYHUVLWlW��)UDQNIXUW

*UDSKLVFKH�'DWHQYHUDUEHLWXQJ

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für Ihre Aufmerksamkeit

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