Technische Universität Ilmenau

Computer Graphics - Modultafeln of TU Ilmenau

The module lists provide information on the degree programmes offered by the TU Ilmenau.

Please refer to the respective study and examination rules and regulations for the legally binding curricula (Annex Curriculum).

You can find all details on planned lectures and classes in the electronic university catalogue.

Information and guidance on the maintenance of module descriptions by the module officers are provided at Module maintenance.

Please send information on missing or incorrect module descriptions directly to modulkatalog@tu-ilmenau.de.

module properties Computer Graphics in degree program Master Mathematik und Wirtschaftsmathematik 2013 (AM)
module number5367
examination number2200060
departmentDepartment of Computer Science and Automation
ID of group 2252 (Computer Graphics)
module leaderProf. Dr. Patrick Mäder
term winter term only
languageDeutsch
credit points4
on-campus program (h)45
self-study (h)75
obligationelective module
examalternative examination performance
details of the certificate

2 Tests während den Vorlesungen:

Jeweils 45min, bevorzugt via Moodle mit eigenem Rechner; Wichtung jeweils 50%

alternative examination performance due to COVID-19 regulations incl. technical requirements
signup details for alternative examinations

Die Anmeldung zur alternativen semesterbegleitenden Abschlussleistung erfolgt über das Prüfungsverwaltungssystem (thoska) außerhalb des zentralen Prüfungsanmeldezeitraumes. Die früheste Anmeldung ist generell ca. 2-3 Wochen nach Semesterbeginn möglich. Der späteste Zeitpunkt für die An- oder Abmeldung von dieser konkreten Abschlussleistung ist festgelegt auf den (falls keine Angabe, erscheint dies in Kürze):

 

Beginn der Anmeldung:   05.11.2021

Ende der Anmedlung:      12.11.2021

Letzter Rücktritt:             19.11.2021

  • signup begins: 05.11.2021
  • signup ends: 12.11.2021
  • resignation not after: 19.11.2021
  • last modification of this information: 18.10.2021
maximum number of participants
previous knowledge and experienceProgrammierkenntnisse
Grundlagen Algorithmen & Datenstrukturen
learning outcome

Fachkompetenz: Die Studierenden verfügen nach dieser Vorlesung über Kenntnisse und Überblickswissen über die unterschiedlichen Teildisziplinen der Computergrafik (lineare Algebra, Physiologie des menschlichen Sehens, Physik der Lichtausbreitung, Rasterkonvertierung, Bild- und Signalverarbeitung) und das Zusammenspiel der Komponenten bei der Bildsynthese. Studenten kennen die Funktionsweise einer Render-Pipeline im Zusammenhang mit der Grafik-Hardware.

Methodenkompetenz: Die Studierenden beherrschen nach den Vorlesungen und Übungen Methoden zur Berechnung synthetischen Bildern aus 3D-Objekten mit homogenen Koordinaten, Lichtquellen und Materialbeschreibungen (definiert in Farbräumen wie RGB, HLS und CMY bzw. über eine Spektralverteilung). Zudem verstehen sie Abläufe und Einsatzmöglichkeiten einiger Datenstrukturen wie kD-Trees oder Octrees zur Zugriffsbeschleunigung. Studenten kennen die Bedeutung von Spektralwertkurven, verschiedene für die Beleuchtungsmodellierung relevante Größen wie Strahlstärke (Radiance) sowie Bestrahlungsstärke (Irradiance) und die Beleuchtungsmodelle nach Phong und Cook-Torrance. Studenten kennen wichtige Grundlagen der Bild- und Signalverarbeitung: Fourier-Transformation, digitale Tiefpass- sowie Hochpass-Filter und Algorithmen zur Rasterkonvertierung mittels Bresenham- und Polygonfüllalgorithmen, Shading-Methoden (Flat, Gouraud und Phong), verschiedene Methoden des Texture-Mapping sowie Ray-Tracing und Global Illumination mit dem Radiosity-Ansatz.

Systemkompetenz: Die Studierenden verstehen das grundsätzliche Zusammenwirken der Komponenten einer Bildsynthese in einer Grafikpipeline auf moderner Grafikhardware und können Vor- und Nachteile von alternativen Methoden/Komponenten abwägen

content
  • Einführung: Überblick über das Fach Grafische Datenverarbeitung.
  •  Vektoren und Matrizen, Transformationen, homogene Vektorräume, 2D-, 3D-Primitive und Operationen, View-Transformationen. Farbwahrnehmung, Tristimulus Ansatz, Farbmodelle: RGB (Spektralwertkurven), CMY, HSV, CIE. Spektrale Ansätze. Additive und Subtraktive Mischung. Lichtquellen und Filter.
  •  Rastergrafik: Rasterkonvertierung von Linien und Polygonen (Bresenham-Algorithmus, Polygonfüll-Algorithmus).
  •  GPU-Renderpipeline, Szenegraphen, Effizientes Rendering großer Szenen.
  • Bildverarbeitung und Erkennung: Operationen auf dem Bildraster, Bildtransformationen (Skalierung, Drehung), Bildfrequenzraum, Fouriertransformation, Resampling, Nyquist Theorem, Aliasing, Filterung (Bilinear, Gauß, Sinc); Dithering, Antialiasing, Kantenverstärkung (Kantenerkennung).
  • Zusammenhang von radiometrischen und fotometrischen Größen zur Beschreibung von Strahlungs- und Lichtausbreitung, Wechselwirkung von Licht und Material, Modelle der Lichtausbreitung und Reflexion, Refraktion, Beleuchtungsmodelle nach Phong und Cook-Torrance, Materialeigenschaften, farbige Lichtquellen (spektrale Verteilung).
  • Mehrfachreflexion, Lichteffekte wie Schatten und Kaustik. Bildsynthese: Rendering basierend auf Rasterkonvertierung: Z-Buffer, Flat-, Gouraud und Phong Shading
  •  Global Illumination: Raytracing, Photontracing, Radiosity
  •  Texturemapping / Image-based Rendering: Affines und perspektivisches Texturemapping, Bumpmaps, Normalmaps u.a.
  •  Effiziente Datenstrukturen für räumlichen Zugriff: Kd-Trees, Octrees, Hüllkörper-Hierarchien sowie mögliche Anwendungen in der Computergrafik: Ray-tracing, Kollisionserkennung.
media of instruction and technical requirements for education and examination in case of online participation

Moodle-Kurs: https://moodle2.tu-ilmenau.de/course/view.php?id=3844Folien

mit Folien, interaktiven Beispielen, Beispielcode für Programmierübungen

(HTML5: Javascript/WebGL)

literature / references

Brüderlin, B., Meier, A., Computergrafik und geometrisches Modellieren, Teubner-Verlag, 2001

Weiterführende Literatur:

José Encarnação, Wolfgang Straßer, Reinhard Klein: Graphische Datenverarbeitung 1: Gerätetechnik, Programmierung und Anwendung graphischer Systeme. 4th, revised and extended edition, Oldenbourg, Munich, Germany, 1996.

José Encarnação, Wolfgang Straßer, Reinhard Klein: Graphische Datenverarbeitung 2: Modellierung komplexer Objekte und photorealistische Bilderzeugung. 4th, revised and extended edition, Oldenbourg, Munich, Germany, 1997.

James D. Foley, Andries van Dam, Steven K. Feiner, John F. Hughes: Computer Graphics: Principles and Practice, Second Edition in C. -2nd edition, Addison-Wesley, Reading, MA, USA, 1990.

Alan Watt: 3D-Computergrafik. 3rd edition, Addison-Wesley, Reading, MA, USA, 2001.

evaluation of teaching

Pflichtevaluation:

WS 2008/09 (Fach)

WS 2013/2014 (Fach)

Freiwillige Evaluation:

Hospitation:

WS 2012/13