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1 Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker $QLPDWLRQXQG0XOWLPHGLD Prolog und Einführung WS 2002/2003 2 Animation und Multimedia 0. Prolog und Einführung © Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker hEHUVLFKW 1. Einordnung in GDV Veranstaltungen 2. Organisatorisches 3. Definition Animation und erste Beispiele 4. Themen dieser Vorlesung: Animation, VR, Video auf Rechnern, Multimedia 5. Animation – quo vadis? 6. Literaturempfehlungen + weitere Quellen

Prolog und Einführung Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker · 1 Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker *RHWKH 8QLYHUVLWlW )UDQNIXUW *UDSKLVFKH'DWHQYHUDUEHLWXQJ Prolog und Einführung 2 WS 2002/2003

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1

Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

*RHWKH�8QLYHUVLWlW��)UDQNIXUW

*UDSKLVFKH�'DWHQYHUDUEHLWXQJ

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Prolog und Einführung

WS 2002/20032Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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1. Einordnung in GDV Veranstaltungen2. Organisatorisches3. Definition Animation und

erste Beispiele4. Themen dieser Vorlesung:

Animation, VR, Video auf Rechnern, Multimedia

5. Animation – quo vadis? 6. Literaturempfehlungen + weitere Quellen

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2

WS 2002/20033Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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7. Zusammenfassung 8. Ausblick – Nächste Schritte

WS 2002/20034Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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GDV4V+2Ü

VR+AR RD

2V+1Ü

VIS RD

2V+1ÜAnim+MM

2V+1Ü2 Praktika P4

CG VIS RD/DK AG

CGKoll.S

PS����

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Diplomarbeiten

HIWI oder Praktikum im

S PS

GL HJ

2V+2Ü

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3

WS 2002/20035Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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���� �������� ������������Varrentrappstraße 40-42, 2. OG

60486 FrankfurtTel. .: 49 (0)69 979 95-0140Email: [email protected]

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

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nach VereinbarungSekretariat Frau Goinar, Raum 208

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WS 2002/20036Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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�� + !"Di12-14 Mi 14-16Magnus HS ab 30.10. 2002

(Christian Seiler)

#$�����Kennenlernen der Methoden und Verfahren der� Scientific Visualization und der � Informationsvisualisierung

� Auswahl von Verfahren und Systemen� Kritische Beurteilung� Problemorientierte Anpassung und Ergänzung � Weiterentwicklung

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4

WS 2002/20037Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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� Ziel: Sammeln praktischer Erfahrungen mit modernen graphischen Systemen

� Vorbesprechung Di 21.10. Varrentrappstraße, SR 202� Thema: Ein VR-Spiel? 12-14� 4 Teilaufgaben

� Grundlagen von Java 3D: Szenengraph, ..., Interaktion (GDV ++)� spezielle Aufgaben: (Gruppen a 2)� Graphisches Ausmodellieren der Teilszene� Integration

� Einführungskurse: VRML und JAVA 3D, Graphisches Mo-dellieren mit DINO (2 + 1 Vollzeittage), ggf. 3D StudioMax

� Teamarbeit, Projektarbeit, Schnittstellenfestlegung, ...� Abschlussworkshop

WS 2002/20038Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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� Ziel: Sammeln praktischer Erfahrungen mit modernen Visualisierungssystemen

� Vorbesprechung Di 22.10. Varrentrappstraße, SR 202 14-16

� 2 Teilaufgaben� Einführungsaufgabe (Strömungsfeld) alle

� Verschiedene Aufgaben (Benutzung, Erweiterung, Usability-Test,verschiedene Datensätze

� Spezialkurse, z.B. zu Usabilty-Tests� Teamarbeit, wahrscheinlich 3� Abschlussworkshop

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5

WS 2002/20039Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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�� + !"Mi 12.15 -14 Mi 14-16 Uhr SR 11 (14-tägig)

ab 23.10.2002(Tobias Breiner, Silvan Reinhold, Wolfgang Baier)

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#$�����Kennenlernen von Methoden und Verfahren� /����$��� 2�$�3�$�� $���3��%�3�$�4 .%�3��$�� %�����$��&�������$�1������ %�3��$���/��$���$��/���$���$3�. $��&�2��$&����1

Auswahl + kritische Beurteilung von Verfahren und SystemenProblemorientierte Anpassung und Ergänzung Weiterentwicklung

WS 2002/200310Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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� Vorlesungsfolien auf WWW-Serverhttp://www.agc.fhg.de/uniGoethe/lehre

� Leistungsschein durch Fachgespräch � Belegschein: Übungsanmeldung (1. Übung

oder GDV-Sekretariat) erfoderlich� Rechner-Account bei GDV/AGC

(mit Übungsanmeldung, im Sekretariat melden)

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WS 2002/200311Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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1. Einordnung und Animationspipeline2. Preproduction3. Spezielle Modellierungstechniken (3)

– Parametrische Kurven und Flächen–spezielle interaktive Techniken:

Direct Point Manipulation, Deformation with Lattices– spezielle Ergänzungen: Beveling, Rounding, Fillets– Gruppen und hierarchische Strukturen– Prozedurale Techniken, Gramatiken, Fraktale Techniken–Übernahme von CAD-Daten– 3D-Scanning

WS 2002/200312Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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WS 2002/200313Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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WS 2002/200314Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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WS 2002/200315Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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WS 2002/200316Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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1. Die Rolle des Bewegtbildes und Bewegtbildwahrnehmung

2. Die Animationspipeline3. Spezielle Modellierungsverfahren (3)4. Animationsverfahren (3)5� '�+���,$��������������

��3���'3����%�����$��

6� $���3��%�3�$�4� Systeme und Anwendungen, Erweiterungen: Augmented Reality

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WS 2002/200317Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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1. Die Rolle des Bewegtbildes und Bewegtbildwahrnehmung

2. Die Animationspipeline3. Spezielle Modellierungsverfahren (3)4. Animationsverfahren (3)5� '�+���,$���������&�������$��������$��

(u.a. RenderMan) und ��3���'3����%�����$��6� $���3��%�3�$�4� Systeme und Anwendungen,

Präsentationen Erweiterungen: Augmented Reality

WS 2002/200318Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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WS 2002/200319Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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WS 2002/200320Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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7. Realtime-Medien auf Rechnern (2) $�������2��$

Grundlagen der Kompression und Kodierung Aktuelle Kompressionsschemata: AVI, Quicktime, MJPEG, MPEG (1,2,4,7), ...

8. Videobearbeitung: Schnitt, Morphing

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WS 2002/200321Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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� Grundaufgaben:� Erzeugen, Speichern, Bearbeiten, Übertragen,

Anzeigen

� Analog-Video� Primärparameter und Signale� Modulation� Farbsignalarten:

�Komponenten�Composites: NTSC, SECAM, PAL

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� Symbolisch

� Geometrie & Merkmal

� Diskret, Quantisiert

● vertikal diskret (Zeilen)horizontal analog

� Optisch (unmittelbar wahrnehmbar)

DigitalesBild

Digital-video

Graphik Animation

Modellestatische

dynamischeModelle

Reiz

Erzeugen, BearbeitenSpeichern, Übertragen

Analog-video

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WS 2002/200323Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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Heute übliche Bildfrequenzen (Abtastraten) (= Update-Raten):

Film: 24 Bilder / secFernsehen (gleich der jeweiligen Netzfrequenz)

(���3 25 Bilder (frames) /sec im Zwischenzeilen-Verfahren “interlaced”: Halbbild- (field) Frequenz: 50 Hz

7�2&�83�3� 30 Bilder (frames) /sec im Zwischenzeilen-Verfahren “interlaced”: Halbbild- (field) Frequenz: 60 Hz

Computergraphik / Computervideo:� variabel

Sichtsimulation bis zu 50 Bildern / sec

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Ist der Ortsauflösung des visuellen Systems angepaßt:

Gewählt: Bildschirmgeometrie (aspect ratio): H : B = 3 : 4Betrachtungsabstand: > 5-fach der Bilddiagonale

bei Auflösungsgrenze von ca. 1’ errechnet sich:Anzahl der Zeilen (vertikal): >= 413

Kell Faktor: Auflösungsreduktion durch Interlace-Verfahren

Rechnen Sie selbst!

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USA (NTSC 1, 1941): � 485 (486) sichtbare Zeilen

Europa (zunächst uneinheitlich, dann)� 575(576) sichtbare Zeilen

Fernsehen: weltweit 2 Hauptsysteme:525/60 USA, Japan, ... 625/50 Europa, ...viele weitere Varianten, PAL M (Brasilien)

WS 2002/200326Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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

(2) Animation bezeichnet die CG-Methoden, die zur Belebung (Bewegung, Veränderung) dienen

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

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

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WS 2002/200327Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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Die plenoptische Funktion beschreibt die für einen (menschlichen) Beobachter visuell erfaßbaren Informationen an jedem Ort und zu jeder Zeit.

Idealisierung des potentiell Sichtbaren.

WS 2002/200328Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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� P = f (θ, φ, I(�), t, Pb)

θ, φ Raumwinkel

I (�) Lichtintensitätt ZeitPb Position und

Blickrichtungdes Beobachters

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WS 2002/200329Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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Der Mensch wertet viele Parameter dieser Funktion simultan aus:� � &�� durch die flächige Retina: FORMSEHEN� I (�) 3 Abtastungen durch unter-

schiedliche Rezeptoren: FARBSEHEN

� t BEWEGTBILDSEHEN

� Pb 2 Abtastungen STEREOSEHENzusätzlich sukzessiv durch Augen-, Kopf- und Körperbewegung

WS 2002/200330Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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� Bewegungswahrnehmung ist “höhere”(zentralere) Eigenschaft: basiert auf Erfahrung und Konsistenz der Einzelereignisse: “best fit”.

� Minimal notwendige Bildfrequenz (Update-frequenz) zur Wahrnehmung kontinuierlicher Veränderungen (ohne Artifakte: ruckeln, zappeln) ist situations- und bildabhängig.

Bewegung ist eine eigenständige Wahrnehmungsqualität

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WS 2002/200331Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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� Neben Form und Farbe dritte Grundgröße der visuellen Wahrnehmung

Kommunikationsqualität:� Grad des Erreichens des kommunikativen

Ziels� Verhältnis von wahrgenommener

Information zu präsentierter Information

WS 2002/200332Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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Wir müssen den „engen“ Kanal zur� bewußten und� unbewußten

Wahrnehmung optimal nutzen.

Animation nutzen

Video nutzenMultimedia nutzen

Human Centered ComputingKansai Computing

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WS 2002/200333Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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1965

� Fetter, Bernhart (Boeing, 1962): Abfilmen geplotteter 3D-Zeichnungen

� Harrison (CIC, 1962):“������������������� ����� Basisarbeit für CAA

� Sutherland (MIT, 1963): Sketchpad INTERAKTION

• angewiesen auf leistungsfähige Graphik-Hardware• Kopplung zu den klassischen Bewegtbildmedien:Film und Fernsehen

• eng verbunden mit der Entwicklung graphischerDarstellungsalgorithmen

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19651965

19751975

� Hidden Surface Removal

� General Electric: erstes CGI-System� Flugsimulation, 40 Körper, Farbe und schattiert

� MAGI: Erste Anwendungen in Werbefilmen� Grundlegende Algorithmen zum Rendering

� Gouraud und Phong Shading� Image und Bump Texture Mapping� Facial Animation

(Sutherland, Evans et.al., Utah)

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19751975

19851985

� Algorithmen und Technologie:� JPL (Motion Dynamics)� Berkeley (Spline Modeling)� Ohio State University

(Hierarchical Parameter Keyframing, Inverse Kinematics)� Toronto (Procedural Techniques)� Tokyo (Blobby Surface Modeling)

� Zeit der “großen” Produktionshäuser� Digital Effects, MAGI, III, Robert Abel, ..., PDI, Sogitec, Tokyo

Links� eigene Software, teilweise spezielle Hardware

� Wichtige Produktionen: Visuelle Meilensteine� “Voyager 2” (79); “Mechanical Universe” (84): James Blinn, JPL� “Joggler”: Information International Inc. (III)� “TRON”: Disney Productions (20 Minuten Computeranimation)� “Star Track 2”: ILM (Genesis Effect)� “Brilliance” (“The Sexy Robot”): Robert Abel and Associates

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� Algorithmen und Technologie� Optimierung, Qualität und einfache Benutzbarkeit

“kleine Schritte”: Radiosity, Facial Animation, Special Features: Simulationen, Fraktale, Lindenmayer, ...

� Video auf Rechnern

� Zeit der Turn-Key Animationssysteme-- ALIAS -- Wavefront-- TDI -- Softimage

� Wichtige Produktionen: Visuelle Meilensteine� “Luxo Jr.”, “Tin Toy”, “Toy Story”: Pixar, John Lasseter� “Stanley and Stella: Breaking the Ice”: Symbolics, Whitney� “Study of a Numerically Modeled Severe Storm”: NCSA� “Terminator II”: James Cameron, ILM � “Jurassic Park”: Steven Speilberg

19851985

19951995

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WS 2002/200337Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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� 2���$����������9������$�� Image based Lighting

� Data Capturing (Data Suits, …)

� �4������� �*��4,�4������:

� :2�+$���+$���$����������$3��(���������������$��;$��

� �$���$���������$���� <��+�/3��Sony Pictures Imageworks

� ;������'$��� Pixar Animation Studios� 9�������������� Industrial Light + Magic� =�$����3�LingsDigworks Inc.

19951995

20022002

WS 2002/200338Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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Termin:6��>*��,������� "?����7��Varrentrappstraße 40-42 Seminarraum 202

State of the Art Review!

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WS 2002/200339Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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� Alan Watt, Mark Watt: ������ ���������������������������������Addisson Wesley 1992.

� John Vince: ����������� ��������, AddissonWesley 1992.

� Tomas Möller, Eric Haines: Real-Time Rendering, AK Peters, 1999.

� Isaac Victor Kerlow: The Art of 3-D Computer Animation and Imaging, John Wiley&Sons, 1996.

� Ralf Steinmetz: Multimedia Technologie, Springer 2000.

WS 2002/200340Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

�� � �8������ �B �� �6�� ��������� �7��! � �� �

� ACM SIGGRAPH ‘XX, Conference Serie der ACM SIGGRAPH (Special Interest Group on Graphics) seit 1974 jährlich (ab 1992 nur noch vereinzelte Beiträge zu Visualisierungthemen)

� Eurographics ´XX, Conference Serie der Eurographics Organisation, seit 1979 jährlich.

� ACM CHI `XX ( ACM Conference on Human Factors in Computing Systems) Conference Serie der ACM SIGCHI (Special Interest Group on Computer Human Interface) seit .. 8X jährlich

� Games Developer Conference

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WS 2002/200341Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

�� � �8������ �B �� �9 �������!� ��%�-������

� Transactions on Graphics� ACM Computer Graphics� IEEE Computer Graphics and Applications� Computer and Graphics� Communications of the ACM

WS 2002/200342Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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� Themen der Vorlesung� Bildrepräsentationen im Rechner� Entwicklung und Stand der

3D-Computeranimation

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WS 2002/200343Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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� Klassische Bewegtbildmedien: Film und Fernsehen� Animation � (Multimedia)� CAA – Computer Added Animation

WS 2002/200344Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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($������������@����,���$�Animation als grafische MethodeKlassische und moderne AnwendungenAktuelle ForschungsaktivitätenTerminologieEinige Grundbegriffe aus Film, Video & MM

Technik und Gestaltung

$��2�$�3�$���$���$��(Produktionspipeline)