Technische Universität Ilmenau

Computergrafik - Modultafeln der TU Ilmenau

Die Modultafeln sind ein Informationsangebot zu den Studiengängen der TU Ilmenau.

Die rechtsverbindlichen Studienpläne entnehmen Sie bitte den jeweiligen Studien- und Prüfungsordnungen (Anlage Studienplan).

Alle Angaben zu geplanten Lehrveranstaltungen finden Sie im elektronischen Vorlesungsverzeichnis.

Informationen und Handreichungen zur Pflege von Modulbeschreibungen durch die Modulverantwortlichen finden Sie unter Modulpflege.

Hinweise zu fehlenden oder fehlerhaften Modulbeschreibungen senden Sie bitte direkt an modulkatalog@tu-ilmenau.de.

Modulinformationen zu Computergrafik im Studiengang polyvalenter Bachelor Polyvalenter Bachelor mit Lehramtsoption für berufsbildende Schulen - Elektrotechnik 2013 (IN)
Modulnummer5367
Prüfungsnummer2200060
FakultätFakultät für Informatik und Automatisierung
Fachgebietsnummer 2252 (Data-intensive Systems and Visualization)
Modulverantwortliche(r)Prof. Dr. Patrick Mäder
TurnusWintersemester
SpracheDeutsch
Leistungspunkte5
Präsenzstudium (h)45
Selbststudium (h)105
VerpflichtungPflichtmodul
Abschlussalternative Prüfungsleistung
Details zum Abschluss

2 Tests während den Vorlesungen:

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

Alternative Abschlussform aufgrund verordneter Corona-Maßnahmen inkl. technischer Voraussetzungen
Anmeldemodalitäten für alternative PL oder SL

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

  • Anmeldebeginn: 05.11.2021
  • Anmeldeschluss: 12.11.2021
  • Rücktrittsfrist: 19.11.2021
  • letzte Änderung der Fristen: 18.10.2021
max. Teilnehmerzahl
VorkenntnisseProgrammierkenntnisse
Grundlagen Algorithmen & Datenstrukturen
Lernergebnisse und erworbene Kompetenzen

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

Inhalt
  • 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.
Medienformen und technische Anforderungen bei Lehr- und Abschlussleistungen in elektronischer Form

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

mit Folien, interaktiven Beispielen, Beispielcode für Programmierübungen

(HTML5: Javascript/WebGL)

Literatur

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.

Lehrevaluation

Pflichtevaluation:

WS 2008/09 (Fach)

WS 2013/2014 (Fach)

Freiwillige Evaluation:

Hospitation:

WS 2012/13