grundlagen-Ära der computergrafik

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0-1 §0-1 §0 Historie, Überblick, Grafik-Software Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004 AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie 0.1 Historie Grundlagen-Ära der Computergrafik: - Start Anfang siebziger Jahre, bis Mitte achtziger Jahre - basierend auf technologischer Entwicklung der Rastergrafik-Hardware - erster Siegeszug der Computergrafik in der wissenschaftlichen und der high-end Anwendungsdomäne - Entwicklung von Algorithmen und Datenstrukturen für fotorealistische Bildsynthese und Modellierung von Objekten - Grundlagen heute benutzter Verfahren (z. B. Ray-Tracing) und Anwendungen (z. B. CAD-Systeme) aus dieser Zeit §0-2 §0 Historie, Überblick, Grafik-Software Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004 AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie 0.1 Historie Grundlagen-Ära der Computergrafik: (cont.) - nach Basisfundierung ab den späten achtziger Jahren Entwicklung weiterführender Techniken und Anwendungen - Notwendigkeit der Verwendung leistungsfähiger aber sehr teuerer Grafikrechner

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Page 1: Grundlagen-Ära der Computergrafik

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§0 Historie, Überblick, Grafik-Software

Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.1 HistorieGrundlagen-Ära der Computergrafik:

- Start Anfang siebziger Jahre, bis Mitte achtziger Jahre

- basierend auf technologischer Entwicklung der Rastergrafik-Hardware

- erster Siegeszug der Computergrafik in der wissenschaftlichen und der high-end Anwendungsdomäne

- Entwicklung von Algorithmen und Datenstrukturen fürfotorealistische Bildsynthese und Modellierung von Objekten

- Grundlagen heute benutzter Verfahren (z. B. Ray-Tracing)und Anwendungen (z. B. CAD-Systeme) aus dieser Zeit

§0-2

§0 Historie, Überblick, Grafik-Software

Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.1 HistorieGrundlagen-Ära der Computergrafik: (cont.)

- nach Basisfundierung ab den späten achtziger JahrenEntwicklung weiterführender Techniken und Anwendungen

- Notwendigkeit der Verwendung leistungsfähiger aber sehrteuerer Grafikrechner

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§0 Historie, Überblick, Grafik-Software

Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.1 HistorieAnwendungs- und Anwender-Ära der Computergrafik:

- Start Ende der neunziger Jahre- basierend auf technologischer (und preislicher) Entwicklung

der PC-Hardware und Hochleistungs-3D-Grafikhardware- zweiter Siegeszug der Computergrafik in der

Anwendungs- und Anwenderdomäne- Algorithmen und Verfahren aus der Grundlagen-Ära

erfahren effiziente Hardware-Unterstützung bzw. Umsetzung

- low-level Software-Zugang:moderne Software-Schichten kapseln in Form von APIs,wie z. B. OpenGL, Direct3D oder Java3D, zunehmend höhereFunktionalitäten => Zugang eines breiten Kreises vonAnwendungsprogrammierern zu Computergrafikroutinen

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§0 Historie, Überblick, Grafik-Software

Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.1 HistorieAnwendungs- und Anwender-Ära der Computergrafik: (cont.)

- high-level Software-Zugang:moderne Werkzeuge, wie z. B. 3D Studio Max oder Maya, ermöglichen den komfortablen Umgang mit Computergrafiktechniken für eine breite Anwenderschicht

- im Mittelpunkt der wissenschaftlichen Entwicklung stehendie Anwendungen der Computergrafiktechniken, insbesondere in speziellen Teilbereichen, wie z. B.

Visualization, Scientific Visualization, Information Visualization

Computer-Animation

Virtual Reality, Virtual Environments, Augmented Reality,Tele-Immersion

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§0 Historie, Überblick, Grafik-Software

Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.2 ÜberblickDer aktuelle Stand: Wo wird Computergrafik-Geschichte

geschrieben?

Es existieren zwei (konkurrierende) weltweit führende und jährlich stattfindende Computergrafiktagungen:

ACM SIGGRAPHSpecial Interest Group for Computer Graphics and InteractiveTechnologies

IEEE VISUALIZATION

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§0 Historie, Überblick, Grafik-Software

Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.2 ÜberblickDer aktuelle Stand: Was macht die Computergrafik

heute eigentlich aus?

Zur Zeit versucht die ACM SIGGRAPH im Taxonomy Project eine umfassende Taxonomie der Computergrafik aufzustellen. Hier der aktuelle Stand des Projektes:

1. Grundlagen und Einführung(a) Das Pipeline-Modell der Computergrafik(b) Die virtuelle Kamera, Projektionen(c) Transformationen, Koordinatensysteme und Szenengraphen(d) Framebuffer

2. Geometrisches Modellieren(a) Grafik-Primitive (Punkt, Linie, Polygonzug, Dreieck, Polygon)(b) Polyeder und Quadriken(c) Rotationskörper

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§0 Historie, Überblick, Grafik-Software

Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.2 ÜberblickDer aktuelle Stand: (cont.)

(d) Polygonale Netze, Dreiecks-Netze (Datenstrukturen und Algorithmen)

(e) Freiformgeometrie (Bézier, B-Splines und NURBS-Geometrie)(f) Subdivision-Geometrie(g) Implizites Modellieren(h) Solid Modeling (CSG, Raumteilungsmethoden)(i) Prozedurales Modellieren (Fraktale, L-Systeme, Partikelmodelle)

3. Die Bildberechnung - Rendering(a) Lokale Beleuchtungsmodelle(b) Globale Beleuchtungsmodelle(c) Interpolative Schattierungsalgorithmen(d) Globale und foto-realistische Methoden: Ray-Tracing und Radiosity

i. Schattenwurf, Reflektionenii. Grundlagen des Ray-Tracingsiii. Fortgeschrittene Ray-Tracing Algorithmen, Implementierungiv. Radiosityv. Radiosity-Ray-Tracing

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§0 Historie, Überblick, Grafik-Software

Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.2 ÜberblickDer aktuelle Stand: (cont.)

(e) Texturen

i. Texture Mappingii. Zwischenabbildungeniii. Anti-Aliasing und Filteriv. Bump Mappingv. Environment Mappingvi. Shadow Mappingvii. Mip-Mappingviii. 3D Texturen

(f) Alternative Methodeni. Nicht-foto-realistische Darstellungii. Volumengrafikiii. Image-Based-Rendering

4. Display-Algorithmen(a) Scanline-Algorithmus(b) Double Buffering

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§0 Historie, Überblick, Grafik-Software

Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.2 ÜberblickDer aktuelle Stand: (cont.)

(c) Sichtbarkeit

i. Verdeckte Kanten und Flächenii. Tiefenpufferiii. Ray-Tracing

(d) Clipping(e) Culling(f) A-Buffer, Stencil-Buffer & Co.

5. Grafik-Hardware(a) Eingabegeräte (Maus, Stift, 3D Scanner, haptische Eingabe)(b) Ausgabegeräte (Farbsysteme, Rasterbildschirm, LCD-Technik,

Head-Mounted-Display, CNC, STL-Ausgabe)(c) Grafikkarten

6. Grafik-Software(a) Software-Architekturen(b) VRML

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§0 Historie, Überblick, Grafik-Software

Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.2 ÜberblickDer aktuelle Stand: (cont.)

(c) Quicktime VR

(d) RenderMan und BMRT(e) Application Programming Interfaces

i. OpenGLii. Direct3Diii. Java3D

7. Visualisierung(a) Das Pipeline-Modell der Visualisierung(b) Grundlegende Algorithmen und Datenstrukturen der Visualisierung(c) Wissenschaftliches Visualisieren(d) Informationsvisualisierung(e) Volumenvisualisierung in der Medizin(f) Visualisierung in der Strömungsdynamik(g) Visualisierung in der Bio-Informatik

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§0 Historie, Überblick, Grafik-Software

Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.2 ÜberblickDer aktuelle Stand: (cont.)8. Computer-Animation

(a) Grundbegriff der Animation(b) Keyframing(c) Kinematik und Kinetik in der Computeranimation(d) Character Animation(e) Prozedurale Animation

9. Virtuelle Welten(a) Virtual Reality (Hardware, Software, Architekturen)(b) Computergames(c) Realtime-Grafik

Wir geben im Folgenden einen kurzen Überblick über gängige Grafik-Software (Werkzeuge, Sprachen und Standards) und werden später exemplarisch näher auf die OpenGL-API eingehen.

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§0 Historie, Überblick, Grafik-Software

Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.3 High-level Anwender-Werkzeuge Softimage|3D

Modellierung, Animation, Rendering und Produktion im professionellen Bereich, benutzt MentalRay als Ray-Tracer.

Hersteller: Avid Technology Inc.

Homepage: www.softimage.com

Einsatz in Filmen: The Lost World: Jurassic Park, The Matrix, Star Wars: The Phantom Menace, Godzilla,Gladiator

Einsatz in Games

Plattform: SGI, Windows

Preis: sehr hoch

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§0 Historie, Überblick, Grafik-Software

Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.3 High-level Anwender-Werkzeuge3D Studio Max

Modellierung, Animation, Rendering und Produktion im professionellen Bereich

Hersteller: Autodesk (www.autodesk.com)

Homepage: www.discreet.com/products/3dsmax/

Einsatz in Filmen: Driven, Dungeons & Dragons, The Lost World: Jurassic Park

Einsatz in Games: Tomb Raider 2, Myst, Age of Empires II,SimCity 3000

Plattform: Windows

Preis: hoch

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§0 Historie, Überblick, Grafik-Software

Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.3 High-level Anwender-Werkzeuge3D Studio Max (cont.)

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§0 Historie, Überblick, Grafik-Software

Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.3 High-level Anwender-WerkzeugeMaya

Modellierung, Animation, Rendering und Produktion im professionellen Bereich

Hersteller: Alias|Wavefront, division of Silicon Graphics Lt.(www.aliaswavefront.com)

Homepage: www.aliaswavefront.com/WhatWeDo/maya/

Einsatz in Filmen: Lord of the Rings Trilogy, Enemy at the Gates

Einsatz in Games: Gran Turismo 3, Madden NFL 2001

Plattform: Windows

Preis: sehr hoch

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§0 Historie, Überblick, Grafik-Software

Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.3 High-level Anwender-WerkzeugeMaya (cont.)

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§0 Historie, Überblick, Grafik-Software

Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.3 High-level Anwender-WerkzeugeRhinoceros 3D, Rhino

CAD-Anwendung, Modellierung mit Freiformkurven und -flächen

Hersteller: Robert McNeel & Associates(www.mcneel.com)

Homepage: www.rhino3d.com

Einsatz bei:Airbus Industries, BMW AG, Daimler Chrysler, Ford, Honda, Hyundai, LEGO, Microsoft, Miele, Nike, Nintendo, Nokia, Toyota, US Army Research, US Air Force, Walt Disney, Yamaha

Plattform: Windows

Preis: niedrig bis mittel

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§0 Historie, Überblick, Grafik-Software

Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.3 High-level Anwender-WerkzeugeRhinoceros 3D, Rhino (cont.)

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§0 Historie, Überblick, Grafik-Software

Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.3 High-level Anwender-WerkzeugeLightscape

Professioneller Radiosity-Renderer

Hersteller: Autodesk

Homepage: www.lightscape.com

Preis: mittel bis hoch

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§0 Historie, Überblick, Grafik-Software

Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.4 Low-level Anwender-WerkzeugePOVRAY (Persistence of Vision Ray-Tracer)

Raytracer mit Radiosity-Erweiterung

Homepage: www.povray.org

Plattform: Windows, DOS, Macintosh, Linux, SunOS

Preis: freeware, source code!

BMRT (Blue Moon Rendering Tools), RenderMan, Entropy

Kommerziell eingesetzter Raytracer

Homepage: www.bmrt.org

Einsatz bei: ILM, Pixar (A Bug's Life, The Cell, Hollow Man)

Preis: BMRT (zero for non-profit use)

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§0 Historie, Überblick, Grafik-Software

Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.4 Low-level Anwender-WerkzeugeVTK – The Visualization Toolkit

Objektorientierte Visualisierungsbibliothek (C++ Klassen, TCL Skript-Sprache, Java bindings) mit Standard- und fortgeschrittenen Algorithmen (z. B. contouring, surface smoothing, triangulation) für alle Arten der 3D-Datenvisualisierung.

Hersteller: Kitware Inc. (www.kitware.com)

Homepage: www.kitware.com/vtk/

Preis: zero for non-profit use

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§0 Historie, Überblick, Grafik-Software

Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.5 Werkzeuge für AnwendungsprogrammiererEs existieren unübersehbar viele Grafikschnittstellen (3D-APIs), -sprachen und –standards auf unterschiedlichen Abstraktionsniveaus für viele verschiedene Einsatzgebiete.Folgende gelten als etabliert:

OpenGL (basiert auf IRIX GL)

Open InventorVRML (3D-Beschreibungssprache, kein API!)

Open Performer (ehemals IRIX Performer)OpenGL OptimizerOpenGL Volumizer

Java3D

DirectX, Direct3D

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§0 Historie, Überblick, Grafik-Software

Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.5 Werkzeuge für AnwendungsprogrammiererÜberblick:

InventorPerformerOptimizer

Operating System

OpenGLDirect3D, DirectX

Quickdraw3D (Mac)

Java3DVolumizer

Java3D

Application

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§0 Historie, Überblick, Grafik-Software

Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.5 Werkzeuge für AnwendungsprogrammiererBegriffe:Immediate Mode:

- direkter Modus, alle Aktionen werden direkt ausgeführt- low-level, d.h. keine bis schwache Abstraktion- fast kein Raum mehr für Optimierung- Primitive: Punkte, Linien, Dreiecke, ...

Retained Mode:

- indirekter Modus, zuerst wird ein „Szenengraph“ konstruiert- Elemente die sich ändern werden spezifiziert- abstrakterer Level- höherwertige Primitive: Kugeln, Quader, Prismen, ...

Bemerkung: Vorsicht, Bezeichnungen werden unterschiedlich verwendet!

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§0 Historie, Überblick, Grafik-Software

Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.5 Werkzeuge für AnwendungsprogrammiererOpenGL- Open Graphics Library, entwickelt 1992, aktuelle Version 1.2

- Quasi-Industriestandard, gut dokumentiert, stabil, skalierbar, ständige Weiterentwicklung

- prozedurales low-level API für 2D und 3D Grafik

- Oberflächen- und Betriebssystemunabhängig

- mehr als 150 Funktionen fürRendering,Texturen,Modellierung,Transformationen,...

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§0 Historie, Überblick, Grafik-Software

Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.5 Werkzeuge für AnwendungsprogrammiererOpenGL (cont.)- nutzbar mit C, C++, Fortran, Ada, Java unter Windows,

X-Windows und Macintosh

- Einsatzbereiche:

3D Animation, CAD, Virtuelle Welten, Simulationen,...

- Referenzimplementierung von SGI unter oss.sgi.com

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§0 Historie, Überblick, Grafik-Software

Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.5 Werkzeuge für AnwendungsprogrammiererOpen Inventor- objektorientiertes Toolkit für interaktive 3D-Grafikanwendungen

- entwickelt von SGI, 1992

- basiert auf OpenGL

- definiert Modelle mittels eines Szenengraphen mit Primitiven wie Würfel, Polygone, NURBS, ...

- stellt Fensterverwaltung zur Verfügung (nur X-Windows)

- definiert ein Dateiformat für den Datenaustausch

- event-basierte Modellierung für 3D Interaktion,Mechanismen für animierte Objekte (engines) und Picking

- plattformunabhängig, Unterstützung von Crossplattformentwicklung

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§0 Historie, Überblick, Grafik-Software

Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.5 Werkzeuge für AnwendungsprogrammiererOpen Inventor (cont.)Beispiel: Szenengraph

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§0 Historie, Überblick, Grafik-Software

Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.5 Werkzeuge für AnwendungsprogrammiererVRML- Virtual Reality Modeling Language

- Entwicklung:

1992 Inventor (Open Inventor)

1994 VRML Idee (Erweiterung von HTML)

1995 VRML 1.0 Standard (Submenge von Open Inventor)

1996 VRML 2.0 Entwurf (nicht kompatibel zu VRML 1.0)

(erweiterte Objekte, neue Syntax, Prototyping)

1997 VRML97 Standard, ISO/IEC 14772-1997

- als reine Beschreibungssprache (keine API) für komplexe und interaktive 3D-Welten entwickelt

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§0 Historie, Überblick, Grafik-Software

Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.5 Werkzeuge für AnwendungsprogrammiererVRML (cont.)- Ziel: 3D fürs Internet

- Viele Objekte, die in 3D-Applikationen verwendet werden, wurden in den Standard übernommen:

- hierarchische Transformationen,- Lichtquellen,- Sichtdefinitionen,- Geometrie,- Animation,- Nebel,- Materialeigenschaften, Texturen,- ...

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§0 Historie, Überblick, Grafik-Software

Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.5 Werkzeuge für AnwendungsprogrammiererVRML (cont.)- Programmierzugriff mittels JavaScript/VRMLScript

oder mittels Java über das EAI (External Authoring Interface)

- Es werden Autorenwerkzeuge und Viewer benötigt, damit die Welten lebendig werden.

- Viewer: Blacksun, CosmoPlayer (www.cosmosoftware.com), ...

- Java3D bietet Leseroutinen für VRML 2.0

- Nachfolger ist die Beschreibungssprache X3D, welche auf XML basiert

- Der VRML-Szenengraph ist Grundlage für die Szenenbeschreibung im aktuellen MPEG-Standard.

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§0 Historie, Überblick, Grafik-Software

Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.5 Werkzeuge für AnwendungsprogrammiererVRML (cont.)Beispiel: Szenengraph

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Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.5 Werkzeuge für AnwendungsprogrammiererOpen PerformerMotivation:

Typische VR-Anwendungen verlangen die Einhaltung einer bestimmten Reaktionszeit (<1s, typ. 100ms) und einer minimalen Bildwiederholrate (typ. 15fps). Dies stellt Voraussetzungen an die Durchlaufzeiten durch die Rendering-Pipelines. Beispiele:

- HMD (Head Mounted Display), Datenhelm (ein Display pro Auge),- CAVE (Computer Aided Virtual Environment)

Raum, auf dessen Wände die generierten Bilder projiziert werden

Oft wird eine hohe Bildrate durch die Verwendung von mehreren Rendering-Pipelines erkauft. Dann ist die Berechnung des aktuell sichtbaren Bildes aber schon einige Bilder vorher gestartet worden.

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§0 Historie, Überblick, Grafik-Software

Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.5 Werkzeuge für AnwendungsprogrammiererOpen Performer (cont.)- API, die auf OpenGL aufsetzt und weitere Funktionalitäten

zur Verfügung stellt

- ursprüngliches Ziel: maximale Grafik Performance für die SGI Produktlinie

- optimiert für den Einsatz in Virtual Reality (VR) Umgebungen,echtzeitfähig, multithreaded, interaktiv

- Einsatzbereiche: Visuelle Simulation, Virtual Reality, CAD-Systeme, Spielentwicklung

- Mechanismen für transparentes Multiprozessing und effiziente Nutzung von mehreren/parallelen Prozessoren, Videokanälenund Grafikpipelines ohne Codeänderungen.

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§0 Historie, Überblick, Grafik-Software

Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.5 Werkzeuge für AnwendungsprogrammiererOpen Performer (cont.)- feste Framerate einstellbar für immersive Applikationen

- eigene Datenstruktur für schnelles Laden

- Behandlung von großen Texturen mit bis zu 8*106 x 8*106 Texels

- Verfügbarkeit: SGI Rechner, Linux (!)

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§0 Historie, Überblick, Grafik-Software

Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.5 Werkzeuge für AnwendungsprogrammiererOpenGL Optimizer- Visualisierungsbibliothek für sehr große Modelle

- vorwiegend für den Konstruktionsbereich gedacht (digital prototyping)

- nutzt Cosmo3D Szenengraph (Szenengraph für VRML, entwickelt für CosmoPlayer)

- bietet volle Kontrolle über:

Topologie (z. B. boundary representation),Netzvereinfachung (mesh simplification),Tesselierung

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§0 Historie, Überblick, Grafik-Software

Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.5 Werkzeuge für AnwendungsprogrammiererOpenGL Optimizer (cont.)Architektur:

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§0 Historie, Überblick, Grafik-Software

Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.5 Werkzeuge für AnwendungsprogrammiererOpenGL Volumizer- high-level API für Volumendarstellung

- Programmiersprache ist C++

- Rechnerplattformen SGI O2, Octane, Onyx2

- Darstellung und Manipulation von großen Volumendatensätzen für Medizin-, Energie- und Wissenschaftsmarkt

- high- und low-level Funktionalitäten sind nutzbar

- kompatibel mit Open Inventor und Open Performer:Mischen von Objekten möglich,Volumenverformung,Definition von ROI (Region Of Interest) mit Hilfe von Shapes

- Datenmengen im Rahmen von mehreren 100 GB

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§0 Historie, Überblick, Grafik-Software

Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.5 Werkzeuge für AnwendungsprogrammiererJava3DMit Sun‘s großem Erfolg der Java-Programmiersprache wurde nach kurzer Zeit auch der Ruf nach einer API für 3D laut.

Zusammen mit Intel, SGI, Apple (damals noch ohne MS) entwickelte Sun eine Grafikbibliothek, welche die Anforderungen an eine moderne Java-3D-API erfüllen sollte.

- Plattformen (heute): AIX, HP, Linux, SGI, Solaris, Windows

- Anwendungsgebiete:Simulationen,Spiele,CAD,Scientific Visualization,VR Systeme

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§0 Historie, Überblick, Grafik-Software

Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.5 Werkzeuge für AnwendungsprogrammiererJava3D (cont.)- Java3D definiert kein eigenes externes Dateiformat (es ist aber

eine Serialisierung der Java-Objekte möglich)

- run-time Lademechanismen

- besondere Features:

immediate mode,retained mode,compiled retained mode,double-buffering,z-buffer rendering model

- unterstützt high-end Rendering Umgebungen (CAVE, HMD, ...)

- unterstützt 3D-Eingabegeräte

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§0 Historie, Überblick, Grafik-Software

Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.5 Werkzeuge für AnwendungsprogrammiererDirect3D- 3D-API, beschränkt auf Windows-basierte Computer

- Teil von DirectX, das alle Multimedia-Belange abdecken soll

- Gedacht für Spiele, Multimedia-Anwendungen und interaktive 3D-Grafik

- Features:umschaltbare Tiefenbuffer,Flat- und Gouraudschattierung,mehrere Lichtquellen und –typen,Material- und Texturunterstützung,Transformation und Clipping,robuste Emulationstreiber überbrücken fehlende Hardwarefunktionalität

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§0 Historie, Überblick, Grafik-Software

Computergrafik, Visualisierung & CAD-Technologie - SS 2004AG Graphische Datenverarbeitung und Computergeometrie

0.5 Werkzeuge für AnwendungsprogrammiererDirect3D (cont.)Architektur:

Component

Retained Mode (RM)

Immediate Mode (IM)

(HEL)HAL

Graphics hardware

Hardware Emulation Layer(software drivers that act like hardware)

Hardware Abstraction Layer(software drivers that communicate between SW and HW)

DIRECT3D

DirectX Media Layer

DirectX Foundation Layer

DirectShowDirectAnimation

DirectDrawDirect3D Direct3DXDirectInputDirectSoundDirectSound3DDirectPlayDirectMusic