Computer Graphics
TU Braunschweig

Computergraphik - Grundlagen WS'21/22
Vorlesung mit Übung

Prof. Dr.-Ing. Marcus Magnor

Hörerkreis: Bachelor & Master
Kontakt: cgg@cg.cs.tu-bs.de

Modul: INF-CG-30, INF-CG-24
Vst.Nr.: 4216008, 4216014

Gewinner der Raytracing Competition 2020
Kirstin Rohwer                                                                              Oliver Müller, Johannes Schmechel

Freigegeben unter den Bedingungen der CC-BY-SA-3.0

Aktuelle Informationen

Trotz der gegenwärtigen Beschränkungen durch COVID-19, wird das ICG die CG-Vorlesung wie geplant anbieten. Das Vorlesungsformat wird sich aber an die Gegebenheiten anpassen und online stattfinden. Wir werden diese Website kontinuierlich mit den entsprechenden Slides und Materialien updaten. Bitte schauen Sie daher regelmäßig nach Änderungen.

Wir werden unsere Vorlesung jeden Mittwoch um 9:45 Uhr streamen. Alle Interessenten sollten sich vor Beginn in den BBB-Raum begeben, vorzugsweise mit eingeschalteter Webcam.

Damit der Kurs glatt abläuft, bitten wir Sie, sich möglichst bald per E-Mail anzumelden(cgg@cg.cs.tu-bs.de), damit wir sie über unvorhergesehen Änderungen in der Veranstaltung informieren können. Bitte fügen Sie auch Ihre Matrikelnummer, Ihren Studiengang und Ihren Git-Accountnamen hinzu.

Bleiben Sie gesund!

     

    Beschreibung

    In der Vorlesung werden die theoretischen und praktischen Grundlagen der Computergraphik vermittelt. Neben einem allgemeinen Überblick über das Gebiet der graphischen Datenverarbeitung liegt der Schwerpunkt der Vorlesung auf Bildsyntheseverfahren (Rendering). Am Beispiel des Ray Tracing-Ansatzes werden eine Reihe fundamentaler Themen der Bilderzeugung sowohl theoretisch als auch praktisch erklärt. Als Teil der vorlesungsbegleitenden Übungen entwickeln die Vorlesungsteilnehmer ihr eigenes Ray Tracing-Programm und lernen auf diese Weise typische Rendering-Probleme und -Lösungen am praktischen Beispiel kennen. Am Ende des Semesters wird jeder Student seinen eigenen funktionstüchtigen Ray Tracer entwickelt (und verstanden) haben.

    Inhalt

    • Grundlagen der digitalen Bildverarbeitung
    • Physikalische Gesetze des Lichttransports
    • Die menschliche visuelle Wahrnehmung
    • Der Ray Tracing-Ansatz
    • Geometrie und Transformation
    • Objekt- und Szenenmodellierung
    • Beschleunigungsstrukturen
    • Material- und Reflektionsmodelle
    • Textur
    • Grundlagen der Bild-Signalverarbeitung
    • Sampling
    • Anti-Aliasing

    Ort und Zeit

    Mittwochs, 9:45 - 11:15 Uhr Online (Virtueller Vorlesungsraum)

    Wöchentlich, beginned am 27.10.2021

    Freitag, 29.10.2021, 9:45 - 11:15 Uhr Online (Virtueller Vorlesungsraum)

    Wöchentlich, beginnend am 29.10.2021

    15. März 2022, 9:45 Uhr, Eva Exam, treffen im Big Blue Button online

    Weichnachtsferien

    Mittwoch, 22.12.2021 - Sonntag 09.01.2022

    Vorlesungen

    Die Vorlesungsfolien und Übungsblätter sind durch ein Passwort geschützt. Das Passwort wird in der ersten Vorlesung bekannt gegeben.

    27.10.2021

    Introduction

    27.10.2021

    Ray Tracing Overview [PDF] [MP4]

    03.11.2021

    Ray Tracing Fundamentals [PDF] [MP4]

    10.11.2021

    Recursive Ray Tracing [PDF] [MP4]

    17.11.2021

    Radiometry [PDF] [MP4]

    24.11.2021

    Shading I [PDF] [MP4]

    01.12.2021

    Shading II [PDF] [MP4]

    08.12.2021

    Acceleration [PDF] [MP4]

    15.12.2021

    Texturing [PDF] [MP4]

    22.12.2021

    Keine Vorlesung

    12.01.2022

    Geometry [PDF] [MP4]

    19.01.2022

    Sampling [PDF] [MP4]

    26.01.2022

    Antialiasing [PDF] [MP4]

    02.02.2022

    Distributed Ray Tracing [PDF] [MP4]

    09.02.2022

    Global Illumination: Path Tracing [PDF] [MP4]

    16.02.2022

    Global Illumination: Radiosity Method [PDF] [MP4]

    Übungen

    Die Übungen werden über unseren institutsinternen Git-Server verteilt. Bitte erstellen Sie einen Account auf https://git.cg.cs.tu-bs.de/ und schreiben Sie eine E-Mail mit Ihrem Account an cgg@cg.cs.tu-bs.de, damit wir Sie in die Gruppe eintragen können.

    Das Repository wird wöchentlich aktualisiert und befindet sich hier: https://git.cg.cs.tu-bs.de/CG1_WS2122/Base

    Für alle, die versuchen, das Projekt unter Windows zu kompilieren: Die Bildbibliothek hängt von GraphicsMagick (http://www.graphicsmagick.org/) und davon, dass gm.exe im Pfad zu finden ist!

    Einige der Übungen benötigen zusätzliche Daten, die sich nicht im Repository befinden. Diese können Sie [hier] herunterladen.


    Auf Grund der hohenTeilnehmerzahl wird die Hausaufgabenabgabe wie folgt organisiert:

    • Jede Woche werden zufällige Gruppen die Hausaufgaben im BBB Raum präsentieren
    • Bei Nichterscheinen gibt es keine Punkte
    • Für die restlichen Gruppen, die nicht präsentieren müssen, wird jede Woche der letzte Commit vor freitags 9:45 Uhr zur Bepunktung herangezogen

    29.10.2021

    Ausgabe Blatt 01 | Aufzeichnung als Video

    05.11.2021

    Troubleshooting

    12.11.2021

    keine Übung

    19.11.2021

    Abgabe Blatt 01 | Ausgabe Blatt 02

    26.11.2021

    Abgabe Blatt 02 | Ausgabe Blatt 03

    03.12.2021

    Abgabe Blatt 03 | Ausgabe Blatt 04

    10.12.2021

    Abgabe Blatt 04 | Ausgabe Blatt 05

    17.12.2021

    Abgabe Blatt 05 | Ausgabe Blatt 06

    24.12.2021

    Keine Übung

    14.01.2022

    Abgabe Blatt 06 | Ausgabe Blatt 07

    21.01.2022

    Abgabe Blatt 07 (per git) (Übungsmitschrift) | Ausgabe Blatt 08 (zusätzliche Daten für die Bonusaufgabe)

    28.01.2022

    04.02.2022

    Fragestunde + Bonusblatt.

    Aktuelle Forschungsthemen im CG-Seminar ab 9.00 Uhr: https://webconf.tu-bs.de/les-wyk-2gk

    11.02.2022

    Keine Übung.

    Aktuelle Forschungsthemen im CG-Seminar ab 9.00 Uhr: https://webconf.tu-bs.de/les-wyk-2gk 

    18.02.2022

    Fragestunde 

    Prüfung

    • 15. März 2022, 9:45 Uhr
    • Take-Home Klausur über 90 Minuten in Eva Exam
    • Keine Videoüberwachung
    • Mögliche Fragentypen: Single Choice, Multiple Choice, KPrim, Zuordnungsfragen
    • Treffen im Big Blue Button für Nachfragen/technische Probleme
    • Die TAN-Nummern werden am 15. direkt vor der Klausur verschickt

    Zusatzmaterial

    Hier findet ihr Zusatzmaterial, das hilfreich sein könnte.

    • C++-Kompakt - Ein einfache Einführung in C++ (slides

     

    Anforderungen

    Programmierkenntnisse empfohlen.

    Literatur

    • Andrew Glassner, An Introduction to Ray-Tracing, Academic Press, 1989
    • James Foley, Andries van Dam, et al., Computer Graphics : Principles and Practice, 3. Ausgabe, Addison-Wesley, 2013
    • Andrew Glassner, Principles of Digital Image Synthesis, 2 Bände, Morgan Kaufman, 1996
    • Alan Watt, 3D Computer Graphics, Addison-Wesley, 1999
    • Peter Shirley, Realistic Ray-Tracing, 2.Ausgabe, AK Peters, 2003
    • Frank Nielsen, Visual Computing, Charles River Media, 2005
    • Matt Pharr und Greg Humphreys, Physically Based Rendering, 3. Ausgabe, Morgan Kaufmann, 2016
    • Steven J. Gortler, Foundations of 3D Computer Graphics, Mit Press, 2012