Computergrafik und Animation

Lehrform/SWS

36h Vorlesung; 36h Praktikum / Projekt; 78h Selbstlernphase

Angestrebte Lernergebnisse

Die Grundlagen der zwei- und insbesondere der dreidimensionalen Computergraphik und Animation stellen ein hervorragendes Paradigma zur Vermittlung zentraler Inhalte und Kompetenzen der Medieninformatik dar.

Den Studierenden wird deutlich, wie der Bogen von den abstrakten, geometrischen und algorithmischen Fakten zu den pragmatischen Gegebenheiten der Computergraphik-Hardware gespannt ist. Sie erkennen die Zusammenhänge zwischen Grundlagenvorlesungen (Mathematik, Algorithmen, Programmierung) und der Gestaltung von Schnittstellen und Oberflächen und werden so für die jeweiligen Inhalte zusätzlich motiviert. Dabei lernen Sie, im Kontext der Computergrafik, Verfahrensweisen kennen, um den algorithmischen Kern eines Problems zu identifizieren und können Algorithmen entwerfen, verifizieren und bzgl. ihres Ressourcenbedarfs bewerten. Sie erwerben die Fähigkeit, aktuelle technologische Entwicklungen im Medieninformatik-Kontext zu bewerten und Trends einzuordnen.

Nach Abschluss des Moduls besitzen die Studierenden grundlegende Kenntnisse über Architektur und Programmierung moderner Graphikhardware, sowie deren Anwendung in konkreten Problemstellungen und Anwendungskontexten. Am Beispiel von OpenGL und der Rendering-Pipeline lernen die Studierenden Problemstellungen im Anwendungskontext zu erkennen und sind mit den zugehörigen Lösungsmustern durch praktische Programmierung vertraut.

Das erlernte Wissen und die erlernten Kenntnisse in der Soft- und Grafikhardware-Architektur ermöglicht es erfolgreichen Teilnehmern, anschließend Echtzeit-Visualisierungen mit OpenGL zu implementieren und somit mit einer modernen, plattformunabhängigen API umzugehen, die flexibel an bestehende Anforderungen angepasst werden kann. Zudem haben Sie die Fähigkeit hochparallele Algorithmen auf der Graphikkarte zu entwerfen und auszuführen.

Dabei beherrschen die Studierenden nach Abschluss des Moduls die Fähigkeit abstrakte Szenen- und Objektbeschreibungen zu erstellen und darzustellen, sowie sich in vorhandenen Quelltext einzuarbeiten und diesen sinnvoll weiter zu entwickeln. Die Inhalte des Moduls befähigen die Studierenden die grundlegenden Algorithmen und Datenstrukturen der Echtzeit-Computergraphik zu beherrschen. Die Studierenden können ihr erworbenes Können und Wissen zur Implementierung einer eigenen Game/Visualisierungs-Engine einsetzen. Dies zeigen Sie durch Umsetzung eines eigenen Projektes in Kleingruppen, wo sie zusätzlich lernen mündlich überzeugend zu präsentieren, abweichende Positionen zu erkennen und in eine sach- und interessengerechte Lösung zu integrieren. Sie zeigen dadurch, dass Sie in der Lage sind sich selbstständig neues Wissen anzueigenen und zu erkennen, welches Wissen relevant ist, können mediengestalterische Grundkompetenzen anwenden und besitzen aktive Vokabularien zur Beschreibung und Realisierung angemessener Konzeptionen. Zudem können sie die Realisationen bezüglich der Zielsetzungen kritisch diskutieren.

Inhalt

• Graphikhardware,
• OpenGL
• Transformationen und homogene Koordinaten
• Interpolation
• Kameramodelle
• Clipping
• Shaderprogrammierung
• Animation
• Texturierung
• Fortgeschrittene Algorithmen (Schatten, Reflexionen, Bump-, Normal-, Parallax-, Relief-Mapping, Globale Beleuchtung, Deferred Shading)
• Perzeption
• Grundlagen des Ray Tracings

Medienformen

• Beamer-gestützte Vorlesungen
• Rechnergestützte Workshops
• Beispiele aus verschiedenen Medien in elektronischer Form: Filmbeispiele, Webvideos
• Audiovisuelle Aufnahme- und Wiedergabegeräte
• Interaktive Projektionsfläche
• Lehrfilme

Literatur

• Peter Shirley, Fundamentals of Computer Graphics, Peters, Wellesley
• Andrew Woo, et al., OpenGL Programming Guide, Version 4.3, Addison-Wesley,
• Tomas Akenine-Möller, Eric Haines, und Naty Hoffman, Real-Time Rendering, 3. Ausgabe, Peters, Wellesley
• Randi J. Rost, John M. Kessenich, Barthold Lichtenbelt, OpenGL Shading Language, 2. Ausgabe, Addison-Wesley
• Alan Watt, 3D Computer Graphics, Addison-Wesley
• Frank Nielsen, Visual Computing, Charles River Media, 2005
• James Foley, Andries Van Dam, et al., Computer Graphics : Principles and Practice, 2. Ausgabe, Addison-Wesley