Inhalte der Veranstaltung

• Allgemeiner Überblick zur Computergrafik
• Grundlagen der Computergrafik
  • Punkte, Linien, Polygone, Kreise, Ellipsen
  • Flächen füllen, Clipping und Kurven
• OpenGL und GLSL
  • Einführung in OpenGL mit LWJGL
  • Shaderprogrammierung in GLSL
  • Einfache Spieleumgebungen entwickeln
• Grundlagen des Beleuchtungsdesigns
  • Wahrnehmung von Licht, Farbblindheit, Barrierefreie UIs
  • Ziele des Beleuchtungsdesigns
  • Three- und Four-Point-Lighting, Komposition einer Szene
• Lokale Beleuchtungsmodelle
  • Materialeigenschaften, Lichtquellenmodelle
  • Elementare Beleuchtungsmodelle
  • Beleuchtungsmodelle von Phong- und OpenGL
• Schattierungsmodelle und visuelle Wahrnehmung
  • Flat- und Gouraud-Shading
  • Neuronale Netze und Machbandeffekt, Phong-Shading
• Texture-Mapping
  • Allgemein und Prozedural
  • Perlin-Noise
• Normal-Mapping
• Geometrische Transformationen
  • 2D und 3D, Homogene Koordinaten
  • Euler-Winkel und Quaternione
• Koordinatensysteme
  • World-, View-, Clip-Space, MVP-Matrix
  • Tangentialraum, Orthogonalisierung
• Mikrostrukturen mit BRDF
  • Radiometrie, Kartesische und Polarkoordinaten
  • Raumwinkel, Rendergleichung
  • Herleitung und Untersuchung von BRDFs
• Displacement-Mapping
  • Per-Vertex- und Per-Pixel-Displacement-Mapping
• Echtzeitschatten
  • Hard-, Soft- und Filtered-Hard-Shadows
  • Shadow-Volumes, Shadow-Mapping
  • Screen-Space-Ambient-Occlusion

Die Themen werden teilweise mit Programmbeispielen in Java, LWJGL, OpenGL und GLSL vorgestellt.
Diese Werkzeuge sind für die Bearbeitung der Übungsaufgaben ebenfalls vorgesehen. Die Vorlesung
orientiert sich dabei hauptsächlich an folgendem Lehrbuch [1].

Die notwendigen mathematischen Grundlagen werden bei Bedarf eingeführt.

Zielgruppe

B.Sc.-Studierende ab 5. Semester, M.Sc.-Studierende in Informatik, Mathematik, Physik o.ä.,

Literatur zur Veranstaltung

[1] Block-Berlitz M.: "Warum sich der Dino furchtbar erschreckte - Lehrbuch zu Beleuchtung und Rendering mit Java,
     LWJGL, OpenGL, OpenCV und GLSL", vividus Wissenschaftsverlag, 3. Auflage, 2021

[2] Block-Berlitz, Marco: "3D-Dokumentationen in der Archäologie - Lehrbuch zu foto- und
     videobasierten Kampagnen mit Kameras, Multicoptern und Mini-U-Booten mit vielen Beispielen,
     Videos, Daten und Tipps aus der Praxis", 1. Auflage, ISBN: 978-3-949667-04-6,
     vividus Wissenschaftsverlag, 2023

Ergänzende Literatur

[3] Birn J.: "Digital Lighting & Rendering", 3. Auflage, New Riders Verlag, 2015
[4] Foley J.D., et al.: "Computer Graphics: Principles and Practise", Addison-Wesley Verlag, 2. Auflage, 1997
[5] Shirley P., et al.: "Fundamentals of Computer Graphics", CRC Press, AK Peters, 3. Auflage, 2009
[6] Akenine-Möller T., et al.: "Real-Time Rendering", 3. Auflage, AK Peters, 2008
[7] Eisemann E., et al.: "Real-Time Shadows", CRC Press, AK Peters, 2012
[8] Gortler S. J.: "Founddations of 3D Computer Graphics", MIT Press, 2012
[9] Han JH: "3D Graphics for Game Programming", CRC Press, 2011
[10] Ammeraal L, et al.: "Computer Graphics for Java Programmers", Springer Verlag, 3. Auflage, 2017
[11] Olano M. et al.: "Real-Time Shading", AK Peters, 2002
[12] Shreiner M., et al.: "OpenGL Programming Guide: The Official Guide to Learning OpenGL", Addison-Wesley Verlag, 2007
[13] Angel E.: "Interactive Computer Graphics", Addison-Wesley Verlag, 4. Auflage, 2006