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Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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SS 20042Graphische Datenverarbeitung0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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1. Übersicht Technologien und Anwendungen2. Relationen zu anderen Technologiegebieten
Die fachliche Breite der CG3. Geschichtlicher Überblick zur CG4. Computergraphik an der Goethe-Uni5. Ziele dieser Veranstaltung
Themenübersicht ������������ �������� �
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SS 20043Graphische Datenverarbeitung0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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6. Literatur, Unterlagen zur Vorlesung, Fachzeitschriften, Konferenzen, Web-Quellen
7. Übungen 8. Prüfungen, Scheine, etc.9. Zusammenfassung 10. Glossar11. Ausblick – Nächste Schritte
SS 20044Graphische Datenverarbeitung0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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Graphische Daten-verarbeitung GDV
oder synonymComputergraphik CG
oder Computergrafik
war oft ������� ��������� • GUIs• Ingenieuranwendungen CAx• Training (Sichtsimulation,
CGI Systeme)• Spiele• Animation• Kunst
3
SS 20045Graphische Datenverarbeitung0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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GDVCG
CAD
Games Entertainment
Kunst
CAECAM
Virtual Reality
Virtual FactorySpecial Effectsin Film und Video
Training CGISichtsimulatoren
Geographische Informationssystem GIS
Printing &Publishing
Bildverarbeitung GUI
Human Computer Interaction (HCI)
Animation
MultimediaAugmented Reality
Mixed Reality
Visualisierung
SS 20046Graphische Datenverarbeitung0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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CAD
Games Entertainment
Kunst
CAECAM
GUIs
ProduktentwicklungVirtual Factory
BildverbesserungObjekterkennungAufklärungQualitätssicherung
Special Effectsin Film und Video
MedizinChemieBiologie
E-LearningTraining CGI
Geographische Informationssystem GISGeologie
Printing &Publishing
3D GUIs
E-CommerceWeb-Kataloge
Robotics
GDVCG
BV HCI
Animation
Visualisierung
MR MM
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SS 20047Graphische Datenverarbeitung0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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� Bildverarbeitung� Animation� Multimedia� Visualisierung� Mixed Reality (Virtual Reality, Augmented Reality)
(Virtuelle Realität, Erweiterte Realität)� HCI Human Computer Interface
SS 20048Graphische Datenverarbeitung0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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� Bildverarbeitung (ein wenig in dieser Vorlesung; etwas mehr in VR und AR)
� Animation� Multimedia� Visualisierung� Mixed Reality (Virtual Reality, Augmented Reality)
(Virtuelle Realität, Erweiterte Realität)� HCI Human Computer Interface (ein wenig in
dieser Vorlesung)
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SS 20049Graphische Datenverarbeitung0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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!���������" Strenge Trennung zwischen Computergraphik und Bild-verarbeitung: HW, SW, Systeme, Methoden, ..., Personen, Konferenzen, ... !����"�Integrierte Betrachtung
SS 200410Graphische Datenverarbeitung0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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• Symbolische Ebene:
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SS 200411Graphische Datenverarbeitung0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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SS 200412Graphische Datenverarbeitung0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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(1) Animation bezeichnet die Gesamtheit der Methoden zur Erzeugung synthetischer Bewegtbilder
(2) Animation nennt man ein vermittels (1) erzeugtes Produkt (auf Bewegtbildmedien)
Ursprünge: animus: Lufthauch, Atemanimos: belebenανεµοσ (anemos): Wind, Atem
Zeitvariante Computergraphik
7
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���������� Gesamtheit der Methoden
zur Erzeugung synthetischer Bewegtbilder
� die Methoden, die zur Belebung einer Szene dienen: auf allen Ebenen!
� die erzeugten Produkte
#������������� Erzeugung, Bearbeitung,
Speicherung, Übertragung von digitalem Video
� klassischer Schnitt moderner Schnitt (nichtlinear) und Effekte
� Morphing, ...
Basistechnologien der modernen GDV
SS 200414Graphische Datenverarbeitung0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
Zu viele Definitionen, aber:
Interaktion macht den Unterschied!
Ivan Sutherland (1965)��� ��� ����� ���������������� ����������������������� ����������������������������������� �����������
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SS 200415Graphische Datenverarbeitung0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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� Visualisierung bezeichnet den Vorgang der Sichtbarmachung von Materie, Energie, Information oder Prozessen.
� In der Informatik reduziert sich dieses auf die Visualisierung von Daten, Informationen, Modellen, ...
� „In der Tat ist der Mensch ein Augentier“.Herbert W. Franke
SS 200416Graphische Datenverarbeitung0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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Rene Descartes, 1637
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SS 200417© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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� Zwei Aspekte:� “���� � ��������������% ��� &� �� �'��� �� �� ������ ����%(�� modernes Mikroskop, Teleskop, ... Bsp. Molekül
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SS 200418© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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Abbildung von Daten / Informationen � Wahrnehmungsprimitive (Visuelle Variablen)
� Form 2D oder 3D� Farbe max. 2 unabhängige Werte !!!� Textur zwischen 2 und 5 � Zeit 1
Achtung - Wahrnehmung der Primitive ist nicht unabhängig voneinander
- oft Redundanz zu empfehlen
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SS 200419© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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8 1E-09 0,39269908 0,78539816 1,17809725 1,57079633 1,96349541-6,28318531 -3,8998E-17 -3,8003E-17 -3,511E-17 -3,0583E-17 -2,4827E-17 -1,835E-17-5,89048623 -0,06496636 -0,06330941 -0,05849027 -0,05094748 -0,04135887 -0,03056849-5,49778714 -0,12861662 -0,1253363 -0,11579564 -0,10086286 -0,08187988 -0,06051772-5,10508806 -0,1809723 -0,17635667 -0,16293232 -0,14192089 -0,11521054 -0,08515253-4,71238898 -0,21220659 -0,20679434 -0,19105306 -0,16641523 -0,13509491 -0,09984914-4,3196899 -0,21387636 -0,20842152 -0,19255637 -0,16772468 -0,13615792 -0,10063481
-3,92699082 -0,18006326 -0,17547081 -0,16211389 -0,14120801 -0,11463183 -0,0847248-3,53429174 -0,10827726 -0,10551569 -0,09748379 -0,08491247 -0,06893145 -0,05094748-3,14159265 7,4579E-16 7,2677E-16 6,7144E-16 5,8486E-16 4,7478E-16 3,5091E-16-2,74889357 0,13921362 0,13566303 0,1253363 0,10917317 0,08862614 0,0655039-2,35619449 0,30010544 0,29245136 0,27018982 0,23534668 0,19105306 0,14120801-1,96349541 0,47052798 0,45852733 0,42362402 0,3689943 0,29954742 0,22139658-1,57079633 0,63661977 0,62038301 0,57315917 0,49924569 0,40528473 0,29954742-1,17809725 0,7842133 0,76421222 0,70604003 0,61499051 0,49924569 0,3689943-0,78539816 0,90031632 0,87735407 0,81056947 0,70604003 0,57315917 0,42362402-0,39269908 0,97449536 0,9496412 0,87735407 0,76421222 0,62038301 0,458527332,2204E-15 1 0,97449536 0,90031632 0,7842133 0,63661977 0,470527980,39269908 0,97449536 0,9496412 0,87735407 0,76421222 0,62038301 0,458527330,78539816 0,90031632 0,87735407 0,81056947 0,70604003 0,57315917 0,423624021,17809725 0,7842133 0,76421222 0,70604003 0,61499051 0,49924569 0,36899431,57079633 0,63661977 0,62038301 0,57315917 0,49924569 0,40528473 0,299547421,96349541 0,47052798 0,45852733 0,42362402 0,3689943 0,29954742 0,221396582,35619449 0,30010544 0,29245136 0,27018982 0,23534668 0,19105306 0,14120801
SS 200420© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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0,000000001-6,283185307
-5,890486225
-5,497787144
-5,105088062
-4,71238898
-4,319689899
-3,926990817
-3,534291735
-3,141592654
-2,748893572
-2,35619449
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-1,570796327
-1,178097245
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2,22045E-15
0,392699082
0,785398163
1,178097245
11
SS 200421© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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-0,2
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0,2
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0,6
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2699
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0,78
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2
1,96
3495
4
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1592
7
4,31
9689
9
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5884
4
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3981
6
9,03
2078
9
10,2
1017
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11,3
8827
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6637
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0,000000001
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1,963495409
2,356194491
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3,534291736
3,926990818
4,3196899
4,712388981
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6,283185308
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7,068583472
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SS 200422© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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5
10,9
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0,000
1,963
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-0,1-0
-0,2--0,1
-0,3--0,2
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SS 200423Graphische Datenverarbeitung0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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� Begriff von Jaron Lanier, 1987 geht aber zurück auf� Artifical Reality
von Myron Krueger, 1982 als Buchtitel
heute zunehmend benutzt
� #������ �$���������Hauptziel: Immersion (Vermittlung des Gefühls, Teil des Geschehens zu
sein – eingetaucht zu sein)
Eingabegeräte: Handschuh, 3D-Mouse, ...Ausgabegeräte: Head Mounted Display, Walls, Caves
� Erweiterung zu �����%����� �umfasst auch Augented Reality
SS 200424Graphische Datenverarbeitung0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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����� Benutzerschnittstelle„Gesicht“ eines interaktiven Programms� Screen Design:
Graphischer Entwurf, Layout � Designaufgabe
Rolle / Wirkung von Form, Farbe, Bewegung, ...
� Interaktions-Design:Metaphern, z.B. Desktop, Drag&Drop, Point&Click, Gummiband, ...
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SS 200425Graphische Datenverarbeitung0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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� Schlüsselelement fürGraphischeBenutzungsoberflächen
� WIMP-SchnittstellenWindowsIcons MenuesPointing Devices
� Basis der Werkzeug-Metapher
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SS 200426Graphische Datenverarbeitung0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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in Mrd. US $ 1999 2004 Jährliches Wachstum
CG gesamt davon 3D 3D Anteil CG gesamt davon 3D 3D Anteil G gesamt 3D AnteilMultimedia 25 5 20% 45 15 33% 12,5% 24,6%CAD/CAM/CAx 17 6 35% 26 14 54% 8,9% 18,5%Graphic Art 10 3 30% 22 11 50% 17,1% 29,7%Art / Animation 7 5 71% 13 10 77% 13,2% 14,9%Scientific Visualisation 6 1 17% 11 4 36% 12,9% 32,0%Virtual Reality 1 1 100% 3,5 3,5 100% 28,5% 28,5%Realtime Simulation 1 1 100% 1,5 1,5 100% 8,4% 8,4%Sonstiges 5 3 60% 11 3 27% 17,1% 0,0%Summe 72 25 40% 134 62 46% 13,2% 19,9%
• Carl Machover beobachtet den CG-Markt seit 25 Jahren• 1976: Gesamt CG Markt: US $540 million :• Zahlen enthalten Umsätze für: Hardware (40%),
Software(35%), Systeme (15%), Services (10%)• 3D-Segment (in 99 40%) weißt höhere Wachstumsrate auf;
ca. 20% von $24,9 Mrd. auf $62 Mrd. in 2004, entspricht 46%.• CAD/CAM, SciVis, Realtime Simulation eher gesättigt
hatten anfangs den Markt getrieben
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SS 200427Graphische Datenverarbeitung0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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1. Übersicht Technologien und Anwendungen2. Relationen zu anderen Technologiegebieten
Die fachliche Breite der CG3. Geschichtlicher Überblick zur CG4. Computergraphik an der Goethe-Uni5. Ziele dieser Veranstaltung6. Themenübersicht
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SS 200428Graphische Datenverarbeitung0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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� Hardware (Techn. Informatik)
� Wahrnemungs- und Kognitions-Psychologie
� Ergonomie � Arbeitswissenschaften� Semiologie � Philosophie
� Farbenlehre � Physik und Kunst
� Physik ... Simulation
� Systemtheorie
� Mathematik� Geometrie CAGM
� Numerik
� SW-Engineering, u.v.a.m.
� Networking (Internet)
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SS 200429Graphische Datenverarbeitung0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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� Hardware und Systeme� Psychophysik des Visuellen Systems und
Bildwahrnehmung: Form, Farbe, Bewegung, ...� Geometrische Probleme, numerische Probleme� physikalische Modellbildung,
z.B. Licht-Materie-Interaktion� algorithmische Probleme und Optimierungen� Systemtheorie� Design- und Gestaltungsfragen, ... � Softwareergonomie, SW-Engineering, ...
SS 200430Graphische Datenverarbeitung0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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1. Übersicht Technologien und Anwendungen2. Relationen zu anderen Technologiegebieten
Die fachliche Breite der CG3. Geschichtlicher Überblick zur CG4. Computergraphik an der Goethe-Uni5. Ziele dieser Veranstaltung
Themenübersicht ������������ �������� �
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SS 200431Graphische Datenverarbeitung0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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.DWKRGHQVWUDKOU|KUH wird zur Bildausgabe unter Computersteuerung eingesetzt: OszilloskopKalligraphische (Vektor-) Displays = (x,y)-Schreiber
/LFKWJULIIHO (Light-Pen) um Punkte auf dem Bildschirm anzusprechen
Erstes computergestütztes Zeichensystem DAC-1 (Design Augmentedby Computers) bei General Motors /IBM
Sketchpad-System (Sutherland, PhD 1963, MIT )
Datenstrukturen / BildhierarchienBildkomposition aus graphischen StandardelementenInteraktionstechniken (Tastatur, Lichtgriffel)
Steve Russel (MIT) entwickelte erstes video game (Spacewar) auf einer DEC PDP-1
SS 200432Graphische Datenverarbeitung0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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SS 200433Graphische Datenverarbeitung0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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SS 200434Graphische Datenverarbeitung0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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� Movies� Movies
� Nicht heute, aberEinladung:Video 1 ½ Stunden
History of Computer Graphics (Carl Machover et.al.)
Termin ? (im Mai, abends 18.00 Uhr) bei uns ??
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SS 200435Graphische Datenverarbeitung0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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1. Übersicht Technologien und Anwendungen2. Relationen zu anderen Technologiegebieten
Die fachliche Breite der CG3. Geschichtlicher Überblick zur CG4. Computergraphik an der Goethe-Uni5. Ziele dieser Veranstaltung
Themenübersicht ������������ �������� �
SS 200436Graphische Datenverarbeitung0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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� Vermittlung der Grundlagen � Basis für weiterführende Themen der Graphischen
Datenverarbeitung � Visualisierung
� (Animation und Multimedia)
� Mixed Reality Virtual Environments VR & AR
� Non Standard Rendering (Dr. Joseph)
� Open GL (Dr. Joseph)
� Datenkompression I + II
� Praktika und Seminare
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SS 200437Graphische Datenverarbeitung0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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Prolog und Einführung1. Grundlagen des digitalen Bildes2. Bildwahrnehmung3. Farbmetrik und Farbrepräsentationen4. Graphische Systeme 5. Grundlagen Geometrischer Transformationen6. Klipping
SS 200438Graphische Datenverarbeitung0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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7. Visibilitätsrechnung8. Rastern9. Shading10.Beleuchtungsrechnung11.Texturen12.Ray Tracing und Radiosity13. Elemente der Bildverarbeitung14.Ausblick
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Lehrbücher� Foley, James D et.al : Introduction to Computer
Graphics, ADDISON WESLEY LONGMAN� Watt, Alan: 3D Computer Graphics, ADDISON
WESLEY LONGMAN
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� Encarnacao, Strasser, Klein: Graphische Datenverarbeitung I+II, Oldenbourg
� Möller, Haines: Real-Time RenderingAK Peters Ltd.
� Schuhmann, Müller: VisualisierungSpringer 2000
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nach VereinbarungSekr. >��� ������, Frau Quasten
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drei Zugänge:Übersicht (Survey) � Vorlesung(alles erscheint einfach ... Aber können Sie es umsetzen,
eigene Lösungen finden?)
Algorithmisch � VorlesungDetails, Details, Details, ... Schnelles Vergessen garantiert!
Programmieren, Aufgaben � Übung������������� ����
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SS 200443Graphische Datenverarbeitung0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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� Vertiefungen und Übungen zum Vorlesungsstoff 5-6 Übungsblätter
� Hausaufgaben Fingerübung JAVA-3D + ��������$�������!����������
� Vorlesung 4 SWS: Mo 10-12, Do 10-12� Übung 2 SWS: Mi 14-16 14-tägig� PT3 (P5, P6)� Beginn: übernächste Woche (Intro to VRML)
28.4.2004
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(Aktive Beteiligung in der Übung)
� Hausaufgaben schriftlich
� Mündliche Rücksprache nach Vereinbarung am Ende des Semesters / auch ggf. in der vorlesungsfreien Zeit
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SS 200445Graphische Datenverarbeitung0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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� Mixed Reality (zusammen mit Prof. Mester)� V Mo 10-12 + Ü1
� Non-Standard-Rendering-Verfahren V2 (Dr. Joseph)
� Datenkompression 1 V2 (Dr. Vuong)
SS 200446Graphische Datenverarbeitung0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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Graphische Datenverarbeitung (GDV)Computergraphik (Computergrafik, CG)BildverarbeitungMultimedia (MM)VisualisierungAnimationVirtual Reality (VR)CAD, CAM, CAE, CAx
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SS 200447Graphische Datenverarbeitung0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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Screen DesignBenutzungsschnittstelle (User Interface, UI)BildrepräsentationenAustauschformateApplication Programmers Interface (API)
SS 200448Graphische Datenverarbeitung0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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� Fundament legen: � Was erzeugen, bearbeiten, speichern, übertragen
wir: BILDER� Repräsentation von Bildern
im Rechner, ...� Austausch, APIs, ...
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Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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