Availability: Computergrafik und Bildverarbeitung | Technische Universität München

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Bibliographic Details
Main Author:	Nischwitz, Alfred (Author)
Format:	Book
Language:	German
Published:	Wiesbaden Vieweg + Teubner 2011
Edition:	3., neu bearb. Aufl.
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adam_text	IMAGE 1 INHALTSVERZEICHNIS 1 EINLEITUNG 1 2 ZUSAMMENHANG COMPUTERGRAFIK - BILDVERARBEITUNG 2.1 BILDVERARBEITUNG AUF PROGRAMMIERBARER GRAFIKHARDWARE 2.2 SIMULATION VON KAMERAGESTEUERTEN GERAETEN 2.3 BILDDATENCODIERUNG . . 2.4 BILDBASIERTES RENDERING . . . . . . . . . . . 6 7 10 14 19 3 INTERAKTIVE 3D-COMPUTERGRAFIK 3.1 HARTE ECHTZEIT . 3.2 WEICHE ECHTZEIT . . . . . . . . 24 25 28 4 ANWENDUNGEN INTERAKTIVER 3D-COMPUTERGRAFIK 4.1 AUSBILDUNGS-SIMULATION. 4.2 ENTWICKLUNGS-SIMULATION 4.3 UNTERHALTUNG ..... 4.4 TELEPRAESENZ . . . . . . 4.5 DATEN- VISUALISIERUNG 4.6 AUGMENTED REALITY 4.7 DATENUEBERTRAGUNG.. 29 29 31 33 33 34 35 36 5 EINFUEHRUNG IN DIE 3D-COMPUTERGRAFIK MIT OPENGL 5.1 OPENGL KURZBESCHREIBUNG ... 5.2 DIE OPENGL KOMMANDO SYNTAX . 5.3 DIE OPENGL RENDERING PIPELINE . 5.3.1 DIE FIXED FUNCTION RENDERING PIPELINE 5.3.2 DIE PROGRAMMIER BARE RENDERING PIPELINE 5.3.3 SHADING PROGRAMMIERSPRACHEN . . . . . . 5.4 OPENGL SHADING LANGUAGE (GLSL) . 5.4.1 DATENTRANSFER IN DER GLSL RENDERING PIPELINE 5.4.2 DATENTYPEN, VARIABLEN UND KONSTANTEN IN GLSL 5.4.3 EINGEBAUTE FUNKTIONEN IN GLSL ... 5.4.4 BEISPIEL FUER EIN EINFACHES SHADER-PAAR . 38 43 45 46 46 50 54 55 55 58 63 64 IMAGE 2 X 5.4.5 COMPILIEREN UND BINDEN VON SHADERN 5.5 ERGAENZENDE LITERATURHINWEISE . . . . . . . . . 66 70 6 GEOMETRISCHE GRUNDOBJEKTE 6.1 3D-MODELLIERUNGSMETHODEN 6.1.1 PLANARE POLYGONE 6.1.2 GEKRUEMMTE POLYGONE 6.1.3 VOLUMENDARSTELLUNG . 6.1.4 KONSTRUKTIVE KOERPERGEOMETRIE 6.2 GEOMETRISCHE GRUNDOBJEKTE IN OPENGL 6.2.1 VERTEX-DEFINITION IN OPENGL . 6.2.2 GRAFIK-PRIMITIVE IN OPENGL .. 6.2.3 PROGRAMMIERBEISPIELE . 6.3 TIPPS ZUR VERWENDUNG DER GRAFIK-PRIMITIVE . 6.3.1 RENDERING-GESCHWINDIGKEIT .... 6.3.2 KONSISTENTE POLYGON-ORIENTIERUNG 6.3.3 KOORDINATEN-BERECHNUNGEN OFFLINE 6.3.4 LUECKEN........... 6.4 OPENGL ZEICHENTECHNIKEN .... 6.4.1 GLBEGIN/GLEND-PARADIGMA. 6.4.2 DISPLAY LISTEN 6.4.3 VERTEX ARRAYS . . . . . . . 6.4.4 BUFFER OBJECTS . 6.5 MODELLIERUNG KOMPLEXER 3D-SZENARIEN 72 72 72 73 74 75 76 78 79 82 99 99 100 100 100 102 102 103 105 108 120 7 KOORDINATENSYSTEME UND TRANSFORMATIONEN 7.1 DEFINITION DES KOORDINATENSYSTEMS. 7.2 TRANSFORMATIONEN IM UEBERBLICK. 7.3 MATHEMATISCHE GRUNDLAGEN .... 7.3.1 HOMOGENE KOORDINATEN .. 7.3.2 TRANSFORMATIONS-MATRIZEN 7.4 MODELL-TRANSFORMATIONEN 7.4.1 TRANSLATION. 7.4.2 ROTATION . 7.4.3 SKALIERUNG . 7.4.4 REIHENFOLGE DER TRANSFORMATIONEN 7.5 AUGENPUNKT-TRANSFORMATIONEN...... 7.6 PROJEKTIONS-TRANSFORMATIONEN . 7.6.1 ORTHOGRAFISCHE PROJEKTION (PARALLEL-PROJEKTION) . 7.6.2 PERSPEKTIVISCHE PROJEKTION 7.6.3 NORMIERUNG ... 7.7 VIEWPORT-TRANSFORMATION 7.8 MATRIZEN-STAPEL..... 121 121 122 124 124 125 128 128 130 132 133 135 142 142 144 149 150 152 IMAGE 3 XI 8 VER DECKUNG 8.1 DER Z-BUFFER ALGORITHMUS . 8.2 DIE IMPLEMENTIERUNG DES Z-BUFFER ALGORITHMUS 8.3 EINSATZMOEGLICHKEITEN DES Z-BUFFER ALGORITHMUS 8.3.1 ENTFERNEN ALLER VORDERTEILE 8.3.2 HOEHENKARTEN GENERIEREN 8.3.3 VOLUMENMESSUNG .. 8.3.4 OBERFLAECHENMESSUNG . . 8.3.5 ENTFERNUNGSMESSUNG . . 8.3.6 WEITERE EINSATZMOEGLICHKEITEN . 158 159 162 163 164 164 166 167 168 168 9 FARBE, TRANSPARENZ UND FARBMISCHUNG 9.1 DAS FARBMODELL IN OPENGL . 9.2 MODELLE DER FARBDARSTELLUNG . 9.2.1 DER RGBA-MODUS .. 9.2.2 DER FARB-INDEX-MODUS 9.2.3 WAHL ZWISCHEN RGBA- UND FARB-INDEX-MODUS . 9.2.4 FARBSPEZIFIKATION IM RGBA-MODUS .. 9.2.5 FARBSPEZIFIKATION IM FARB-INDEX-MODUS 9.3 TRANSPARENZ UND FARBMISCHUNG . 9.3.1 FARBMISCHUNG IN OPENGL . 9.3.2 BEISPIELE FUER FARBMISCHUNGEN . 9.3.3 TRANSPARENTE TEXTUREN . . . . 9.3.4 3D-PROBLEME BEI DER FARBMISCHUNG 169 169 172 172 172 173 173 176 177 177 181 187 188 10 ANTI-ALIASING 10.1 ALIASING-EFFEKTE . 10.2 GEGENMASSNAHMEN - ANTI-ALIASING . 10.2.1 PRE-FILTERUNGS-METHODE: FLAECHENABTASTUNG 10.2.2 POST-FILTERUNGS-METHODEN . 192 192 196 196 198 11 NEBEL UND ATMOSPHAERISCHE EFFEKTE 11.1 ANWENDUNGEN .. 11.2 NEBEL IN OPENGL . 204 204 206 12 BELEUCHTUNG UND SCHATTIERUNG 12.1 BELEUCHTUNGSMODELLE . 12.1.1 PHYSIKALISCHE OPTIK UND NAEHERUNGEN DER COMPUTERGRAFIK 12.1.2 LOKALE UND GLOBALE BELEUCHTUNGSMODELLE .... 12.1.3 DAS STANDARD-BELEUCHTUNGSMODELL IN OPENGL 12.2 SCHATTIERUNGSVERFAHREN . 12.2.1 FLAT-SHADING . 12.2.2 SMOOTH-FGOURAUD-SHADING 214 215 215 224 226 249 250 252 IMAGE 4 XII 12.2.3 PHONG-SHADING. . . . . . . . . . . . . . . . 12.2.4 REALISIERUNG EINES PHONG-SHADERS IN GLSL 257 259 13 TEXTUREN 13.1 FOTO-TEXTUREN (IMAGE TEXTURING) . 13.1.1 SPEZIFIKATION DER TEXTUR .. 266 268 270 13.1.2 TEXTUR-FILTER. . . . . . . . 280 13.1.3 GAUSS-PYRAMIDEN-TEXTUREN (MIPMAPS) 283 13.1.4 PROGRAMMIERBARE TEXTUR-FILTER. . . . . 288 13.1.5 TEXTUR-FORTSETZUNGSMODUS (TEXTURE WRAPS) . 293 13.1.6 MISCHUNG VON TEXTUR- UND BELEUCHTUNGSFARBE (TEXTURE ENVIRONMENT) 295 13.1.7 ZUORDNUNG VON TEXTURKOORDINATEN . 298 13.1.8 EINSCHALTEN DES TEXTURE MAPPINGS 312 13.1.9 TEXTUR-OBJEKTE 314 13.1.10PIXEL BUFFER OBJECTS (PBO). . . . 316 13.1.11TEXTURE BUFFER OBJECTS (TBO) . . 317 13.2 MEHRFACH-TEXTURIERUNG (MULTITEXTURING) . 319 13.3 PROJEKTIVE TEXTUREN (PROJECTIVE TEXTURE) 325 13.4 UMGEBUNGS-TEXTUREN (ENVIRONMENT MAPS) 328 13.4.1 SPHAERISCHE TEXTURIERUNG (SPHERE MAPPING) 329 13.4.2 KUBISCHE TEXTURIERUNG (CUBE MAPPING) . 333 13.5 RELIEF-TEXTURIERUNG (BUMP MAPPING) 339 13.6 BILDVERARBEITUNG AUF GRAFIKKARTEN 348 13.6.1 PUNKTOPERATOREN . . . . . 348 13.6.2 FALTUNGSOPERATOREN . . . 351 13.6.3 RANGORDNUNGSOPERATOREN 356 14 SCHATTEN 14.1 HARTE SCHATTEN (HARD SHADOWS) . 14.1.1 SCHATTEN- TEXTURIERUNG (SHADOW MAPPING). . . . . . . 14.1.2 PROBLEME UND ABHILFEN BEI DER SCHATTEN- TEXTURIERUNG 14.1.3 RAY TRACING . 14.2 WEICHE SCHATTEN (SOFT SHADOWS) . 14.2.1 KONSTANTE HALBSCHATTENBREITE (FIXED-SIZE PENUMBRA) 14.2.2 VARIABLE HALBSCHATTENBREITE (VARIABLE-SIZE PENUMBRA) 14.3 AMBIENT OCCLUSION . 14.4 TRANSPARENZ .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.4.1 TRANSPARENTE OBJEKTE MIT BINAEREN ALPHA-WERTEN. 14.4.2 VOLUMEN-SCHATTEN . 362 366 367 376 389 390 392 404 414 418 418 422 IMAGE 5 XIII 15 ANIMATIONEN 15.1 ANIMATION UND DOUBLE BUFFERING . 15.2 ANIMATIONSTECHNIKEN . 15.2.1 BEWEGUNG EINES STARREN OBJEKTES - PFADANIMATION 15.2.2 BEWEGUNG VON GELENKEN EINES OBJEKTES - ARTIKULATION. 15.2.3 VERFORMUNG VON OBERFLAECHEN - MORPHING 15.2.4 BEWEGUNG VON OBJEKTGRUPPEN: SCHWAERME UND PARTIKELSYSTEME . . . . . . 426 426 430 431 433 435 437 16 BESCHLEUNIGUNGSVERFAHREN 16.1 SZENEN GRAPHEN . 16.2 CULL ALGORITHMEN . 16.2.1 VIEWING FRUSTUM CULLING 16.2.2 OCCLUSION CULLING 16.2.3 BACKFACE CULLING . 16.2.4 PORTAL CULLING . 16.2.5 DETAIL CULLING . 16.3 LEVEL OF DETAIL (LOD) 16.3.1 SWITCH LOD 16.3.2 FADE LOD . 16.3.3 MORPH LOD 16.4 BILLBOARDS ..... 16.5 MULTIPROZESSOR- UND MEHRKERNSYSTEME 16.6 GESCHWINDIGKEITS-OPTIMIERUNG .. 16.6.1 LEISTUNGSMESSUNG ..... 16.6.2 OPTIMIERUNGSMASSNAHMEN . 440 443 446 448 451 454 455 457 458 459 460 461 463 467 471 472 477 17 GPU PROGRAMMIERUNG MIT CUDA UND OPENCL 17.1 EINFUEHRUNG . 17.2 HISTORIE . 17.3 GPGPU-HARDWARE . 17.4 DAS SIMT BERECHNUNGSMODELL 17.5 GPGPU-ANWENDUNGSBEREICHE 17.6 DIE CUDA UND OPENCL TERMINOLOGIE . 17.7 ALLGEMEINE STRUKTUR VON GPGPU-PROGRAMMEN . 17.8 EIN GPGPU-PROGRAMMBEISPIEL ... 17.9 BESCHREIBUNG DER PROBLEMDIMENSION 17.10 DIE GPGPU-SPEICHERHIERARCHIE . 17.11 VEREINIGTE SPEICHERZUGRIFFE . 17.12 DATENTYPEN . 17.13 INTEGRATION CUDA-OPENGL . 481 481 481 482 483 484 485 486 487 495 499 501 502 503 LITERATURVERZEICHNIS 506 IMAGE 6 XIV SACHWORTVERZEICHNIS INHALTSVERZEICHNIS VON BAND 11 BILDVERARBEITUNG 514 525
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