Einfuehrung - OvGU::Computervisualistik

(1) Einführung 

Grundlagen der Computergrafik 

Thorsten Grosch

Willkommen… 

• … zur Vorlesung „Grundlagen der Computergrafik“ ! 

• Heute 

• Organisatorisches 

• Vorstellung von Team und Vorlesung 

• Historische Entwicklung der Computergrafik 

• Vorstellung der Computergrafik in Magdeburg 

• Einführung in Programmierung mit OpenGL 

T. Grosch - 2 -

Das Team 

Vorlesung 

Jun.-Prof. Thorsten Grosch 

AG Computervisualistik 

Übungen 

Dipl.-Ing. Maik Schulze 

maik@isg.cs.uni-magdeburg.de 

Tutoren für Übungen 

Steffen Salbert 

Kai Rohmer 

T. Grosch - 3 -

Webseite 

• www.rendering.ovgu.de 

• http://www.rendering.ovgu.de/lehre/lehreordner/sommersemester_2011/ 

grundlagen_der_computergraphik.htmlder html 

• Folien 

• Übungsblätter 

• Beispielprogramme 

• News 

• …. 

• Die Folien von heute sind bereits verlinkt 

T. Grosch - 4 -

Allgemeines zur Vorlesung 

• Vorlesung 

• Ort: G29-307 Zeit: Dienstag, 15:00 - 17:00 Uhr 

• 2SWS SWS, ECTSS ECTS-Studium, ECTS-Credits: C 5 

• PF CV;B 2 

WPF DigiEng;M 1-3 

WPF IF;B 4-6 

WPF IngINF;B 4-6 

PF IT;D-TIF 6-8 

PF IT;D-IE 6-8 

PF MVK;M ab 1 (Modul 2 oder 3) 

WPF MVK;B ab 3 (Modul 14) 

WPF WIF;B 6 

T. Grosch - 5 -


• Grundlagen der Computergrafik 

• Algorithmen zum Zeichnen von Punkten, Linien, Polygonen, … 

• 2D und 3D 

• Clipping 

• Transformationen 

• Verschieben, drehen, skalieren, … 

• Projektionen 

• 3D 2D 

• Beleuchtungsverfahren zur realistischen Darstellung einer 3D 

Szene 

• „weiche“ Kurven (ohne Ecken) Splines 

• … 

T. Grosch - 6 -


• Vorlesung enthält immer Theorie und Programmierung 

• Programmierung mit 

• C++ 

• OpenGL 

• plattformunabhängig 

T. Grosch - 7 -

Zeitliste 

Datum 

Thema 

Vorlesungen 

5.4.2011 Einführung 

12.4.2011 Grundlagen Mathematik 

19.4.2011 Linien, Clipping 

26.4.2011 Polygone, Clipping 

3.5.2011 Transformationen 

10.5.2011 View Transformationen 

17.5.2011 Projektionen 

24.5.2011 Beleuchtung 

31.5.2011 Texturen 

7.6.2011 Splines 

14.6.2011 Ray Tracing 

21.6.2011 Wiederholung, Fragen 

28.6.2011 Prof. Preim: Vorstellung 

Anwendungsfächer 

5.7.2011 Hot Topics, Vorstellung Projekte 

T. Grosch - 8 -

Allgemeines zu den Übungen 

• Wöchentliche Übungen 

• Theorie – und Programmieraufgaben 

• Theorieteil 

• Mathematik 

• Algorithmen von Hand durchrechnen 

• Programmieraufgaben 

• Kleine OpenGL Programme 

• Ab ca. der Hälfte der Vorlesung 

schrittweise Programmierung eines 

Flugsimulators (Terrain, Beleuchtung, 

Kamerasteuerung, …) 

T. Grosch - 9 -

Allgemeines zu den Übungen 

• Übungsgruppen: 

Übung 1 (Steffen Salbert) Dienstag 17-19h, G29-335 

Übung 2 (Kai Rohmer) Donnerstag 15-17h, G29-335 

Übung 3 (Maik Schulze) Montag 15-17h, G29-335 

T. Grosch - 10 -

Übungsblätter 

• Ausgabe: Übungsblatt jede Woche Dienstags auf der 

Homepage 

• Abgabe der Lösungen: 

- In Gruppen von 2-3 Personen, eine Woche später 

- Schriftliche Aufgaben: Vor der Vorlesung (Di 15 Uhr) bei mir 

abgeben (Übungsgruppe, Name, Matnr. auf jedem Blatt angeben) 

- Programmieraufgaben: Vor der Vorlesung (bis spätestens Di 

15 Uhr) per Email an maik@isg.cs.uni uni-magdeburg.de 

- Nur compilierfähigen Quellcode abgeben (keine Binaries) 

- Keine zusätzlichen Libraries verwenden 

- Details mit Tutor der Übung absprechen 

• Rückgabe und Durchsprechen der Aufgaben in der 

Übung eine Woche nach der Abgabe 

T. Grosch - 11 -

Anmeldung für die Übung 

• Zur Anmeldung für die Übung: 

• Bitte Email schicken an Maik Schulze 

• maik@isg.cs.uni-magdeburg.de 

g g 

• bis morgen (Mittwoch, 6.4.) 24 Uhr 

• Inhalt 

• Name, Vorname, Matrikelnr., Studiengang 

• Gewünschte Übungsgruppe und Ausweichtermin 

• Ende der Woche bekommt ihr eine Email zurück mit eurer 

Übungsgruppe und einem Zugang zur Webseite (Punktestand 

einsehen) 

T. Grosch - 12 -

1. Übungsblatt 

• 1. Übungsblatt nächste Woche 

• Ausgabe am 12.4. 

• Abgabe am 19.4. 

• Rückgabe & Besprechung in den Übungen ab dem 26.4. 

T. Grosch - 13 -

Übungen in den ersten drei Wochen 

• Diese Woche (Di, 5.4. – Mo, 114) 11.4.) 

• Installation OpenGL, einfache OpenGL / C Programmierung 

• Visual Studio Express + Windows SDK (bei eigenem Laptop 

p 

vorher installieren) 

• Di 5.4. 17 – 19 Uhr Raum K056 

• Do 7.4. 15 – 17 Uhr Raum K056 

• Mo 11.4. 17 – 19 Uhr Raum K056 

• Einfach eine dieser Übungen aussuchen (noch keine 

Zuordnung) 

• In den beiden Übungen nächste Woche (12.4.-18.4.) 

und übernächste Woche (19.4.-25.4.) 

• Einführung in C / C++ Programmierung 

• Zu regulären Übungszeiten / Räumen 

T. Grosch - 14 -

Voraussetzungen für Klausur 

• Die Bearbeitung der Übung ist 

Zulassungsvoraussetzung für die Klausur 

• Mind. 50% der Punkte aus den Übungsaufgaben g müssen 

erreicht werden, sowohl in Theorie- als auch in 

Programmieraufgaben 

• Punkte aus der Übung werden nicht in die Prüfung 

übernommen 

• Zusätzlich kann der Flugsimulator erweitert werden 

• Kreativ-Punkte, keine Vorgaben 

• Bonuspunkte für die drei besten Programme 

• Vorstellung in letzter Vorlesung (5.7.) 

• Klausurtermin voraussichtlich in den ersten zwei 

Wochen nach Ende der Vorlesungszeit (11.7. – 22.7.) 

T. Grosch - 15 -

Zeitliste 

Datum 

Übung 

Übungen 

Insgesamt 10 Übungsblätter 

5.4. – 11.4. Installation von OpenGL, einfache 

OpenGL Programmierung 

12.4. – 18.4. Einführung in C und C++ , Ausgabe 

Blatt 1 

19.4. - 25.4. Einführung in C und C++, Abgabe 

Blatt 1, Ausgabe Blatt 2 

26.4. – 2.5. Rückgabe und Besprechung Blatt 1, 

Abgabe Blatt 2, Ausgabe Blatt 3 


Abgabe Blatt 3, Ausgabe Blatt 4 

… 

… 


Abgabe b Blatt 9, Ausgabe Blatt 10 


Abgabe Blatt 10 

28.6. – 47 4.7. Rückgabe und Besprechung Blatt 10 

T. Grosch - 16 -

Literatur zur Vorlesung 

Peter Shirley 

Fundamentals of Computer Graphics 

AK Peters, 3. Auflage 

Beide Bücher sind mehrfach in der 

Bibliothek als Präsenz – und 

Ausleihexemplar vorhanden 

Dave Shreiner 

OpenGL Programming Guide 

Morgan Kaufmann, 7. Auflage 

T. Grosch - 17 -

Weitere Literatur 

• J. Foley, A. van Dam, S. Feiner, J. Hughes: Computer Graphics: 

Principles and Practice, 2nd Edition 

• Alan Watt: 3D Computer Graphics, Addison-Wesley, 3rd edition 

• J.L. Encarnação, W. Strasser, R. Klein: Graphische 

Datenverarbeitung 1 und 2 

• Michael Bender, Manfred Brill: 

Computergrafik 

Hanser Verlag, 2003 

• Klaus Zeppenfeld: 

Lehrbuch der Grafikprogrammierung 

Spektrum Akademischer Verlag, 2004 

T. Grosch - 18 -

Einordnung und Begriffsbestimmung 

Die graphische Datenverarbeitung ist in der ISO-Norm 

wie folgt definiert (ISO DIS 2382/13, 1982): 

“Methods and techniques for converting data 

to and from 

graphics displays via computer” 

Mit “to” und “from” sind zwei Wege aufgezeichnet, einmal 

von der Beschreibung (Modell) zum Bild und einmal vom 

Bild zur Beschreibung. 

19

Einordnung und Begriffsbestimmung 

Damit ist folgende Klassifikation möglich (vgl. Encarnacáo, Strasser, 

Klein, 1996) 

Ausgabe 

Eingabe 

Bild 

Beschreibung 

Bild 

Bildverarbeitung 

Bildanalyse 

Die Aufgabe der Computergraphik ist die rechnergestützte 

Erzeugung künstlicher Bilder, die in Form von Szenen- 

/Bildbeschreibungen vorliegen. 

andere 

Beschreibung Computergraphik 

Disziplinen 

20

Geschichte der Computergrafik

Geschichte der Computergraphik 


1949 Erste Computergraphik auf dem Whirlwind 

Computer des MIT (bouncing Ball Program von Charly Adams); 

Display 

T. Grosch - 22 -


1952 Einsatz der Computergraphik zur 

Kennzeichnung von Flugobjekten auf 

Radarbildschirmen 

SAGE (Semi-Automatic Ground Environment) Computer mit 82 

Graphikkonsolen zur Luftüberwachung, erster Einsatz eines Lichtgriffels); 

Sage Consolen 

T. Grosch - 23 -


• 1962 Erste 3D Computergraphiken von L.G. Roberts auf 

dem TX2 des MIT; 

TX2 Computer 

T. Grosch - 24 -


• 1963 Sketchpad - erstes interaktives 

Computergraphiksystem t von Sutherland mit 

• Bildkomposition aus graphischen Standardelementen, 

• Interaktion mit Tastatur und Lichtgriffel zur Arbeit mit Menüs, 

• entsprechenden Datenstrukturen zur Verwaltung graphischer Daten; 

Ivan Sutherland an der 

Konsole des TX-2 Computers 

T. Grosch - 25 -


Mitte der 60er-Jahre: Beginn einer Vielzahl von CG- 

Forschungs-projekten (am MIT, General Motors, Bell 

Telephone Lab., Lockheed Aircraft usw.) 

1965: Erstes kommerzielles Vektor-Display von IBM 

(Preis ca. 100.000 US$); 

1967: Erster Bildspeicher-Display 

von Tektronix (bietet einem 

breiten Interessentenkreis Zugang 

zur Computergraphik, Preis ~10.000 000 USD); 

T. Grosch - 26 -


Anfang der 70er Jahre: erste kommerzielle CAD/CAM- 

Systeme kommen auf den Markt. 

1971: Raster-Scan-Prinzip von M. Noll (Bell Lab.) 

vorgeschlagen; 

1972: Erster Flugsimulator (General Electronics); 

Erster Heimcomputer als Bausatz unter 

dem Namen „Altair 8800“ auf dem Markt 

T. Grosch - 27 -


•1973: Erste Konferenz der SIGGRAPH (Special 

Interest Group on Computer Graphics) der ACM 

(Association of Computing Machinery), die sich 

ausschließlich mit Computer Graphik 

beschäftigt (damals ca. 1200 Teilnehmer, heute > 30000); 

T. Grosch - 28 -


• Ab Mitte der 70er Jahre: 

• Graphische Unterprogrammpakete (PLOT10, CAL- 

Comp), 

• Graphische Programmiersprachen (DIGRA 73), 

• Erste kommerzielle Raster-Displays (max. Auflösung 

512 x 512 Pixel, 8 Bit pro Pixel, Preis ~100.000DM); 

• Erste Verfahren zur schattierten t Objektdarstellung: 

t • Beleuchtungsverfahren (Phong 1975, Blinn 1977), 

• Schattierungsverfahren (Gouraud 1971, Phong 1975), 

• Texturierung (Catmull 1974), 

• Schattenwurf (Crow 1977, Williams 1978); 

M. Newell (Univ. of Utah) modelliert 

1975 den Utah teapot – 

eine Ikone der Computer Graphik. 

T. Grosch - 29 -


•1977 Erste Vorschläge zur Standardisierung von 

Graphiksoftware - CORE; 

•1979 Erstmalige Darstellung von spiegelnder 

Reflexion und Transparenz mit Hilfe des 

Raytracing (Kay, Whitted); 

Lichtquelle 

Szene 

Projektionsebene 

Strahlenwege 

Projektionszentrum 

T. Grosch - 30 -


• 1979: Gründung der Computer Graphik Abteilung von 

LucasFilm durch George Lucas (die Abteilung wird der „Special 

Effects“-Abteilung ILM -Industrial Light and Magic- zugeordnet); 

• 1980: Vorführung des Films Vol Libre (von Loren Carpenter, 

Boeing) auf der SIGGRAPH’80 (in dem Film wird der Flug durch 

eine fraktale Landschaft gezeigt); 

Carpenter‘s Kunst-Gebirge 

wurde bei der Prämierung von 

der SIGGRAPH-Jury mit der 

Begründung ausgeschlossen, 

weil 

„... es nicht wie eine Computer 

Graphik aussieht !“ 

T. Grosch - 31 -


1980:~30 Min. Computeranimationen im Film Tron, (Film 

floppt, große Hollywood Filmstudios reagieren mit Zurückhaltung 

gegenüber Computer Graphik); 

1981: Erstes „Rendering“-System REYES („Rendering 

everything you ever saw“, von L. Carpenter für LucasFilm – wird 

später zu Renderman weiterentwickelt); 

Beginn der Entwicklung des Volume- 

Rendering; 

T. Grosch - 32 -


1982: Erste Filmsequenz, in der sich Frau in Luchs 

verwan-delt (T.Brigham, SIGGRAPH´82); 

Diese Technik wird später 

Morphing genannt - 

(wurde bis 1987 nicht weiter 

beachtet, t bis LucasFilm sie in 

dem Film „Willow“ einsetzt); 

T. Grosch - 33 -


•1982: Gründung Silicon Graphics Inc. (SGI), J. Clark, 

(Entwicklung von Hochleistungsrechnern für graphische 

Anwendungen); 

•1983: Jaron Lanier (Atari Research Center) 

entwickelt Datenhandschuh; 

T. Grosch - 34 -


•1984: Globale Beleuchtungs-Simulation 

euc u ua mit Radiosity (Goral u.a., Nishita); 

Gründung Wavefront Technologies 

für Animations-Software; 

Strahlungsquelle 

Reflektierte Strahlung 

Radiosity-Bild 

T. Grosch - 35 -


1986: Gründung der Fa. Pixar durch Ed Catmull und A.R. Smith 

nach Abspaltung von Lucas Film; 

• Pixars RenderMan wird Industrie-Standard; 

•1988: Film The Abyss, James Cameron 

(ILM stellt dabei die Szene mit der 

Wasser-Kreatur her, die die Gesichter 

der Mannschaft imitiert); 

aus J.D. Foley, et al 

Computer Graphics – Principles 

and Practice 

T. Grosch - 36 -


1989:Einführung von Motion Capture, Nutzung 

mechanischer Eingabegeräte für Computeranimation; 

1992: Neue Maßstäbe bei computergenerierten 

Spezialeffekten, 

(Animationen des „T1000“- 

Roboters in J. Cameron‘s 

Film Terminator 2); 

OpenGL wird als Grafikstandard 

festgelegt 

g 

T. Grosch - 37 -


1993: Steven Spielberg‘s Film 

Jurassic Park 

(anstelle der ursprünglich geplanten 

Puppenanimationen werden Computeranimationen 

für die Dinosaurierszenen 

eingesetzt); 

T. Grosch - 38 -


Anfang- Mitte der 90er Jahre: 

- Verbindung moderner Kommunikationstechnologien mit Graphik: 

Multimedia in verteilten Umgebungen, 

CSCW Computer supported cooperative work, 

Graphik im Internet, 

Standards zur Bild- und Bewegtbildübertragung..., 

- Daten- und Informations-Visualisierung, 

- Methoden des Non-Photorealistic oto Rendering (Uni Magdeburg); 

g); 

T. Grosch - 39 -


1995: Toy Story kommt in die Kinos; erster vollständig 

computer-animierte Film von Pixar; 

Rendering: 800 000 Std. Berechnungszeit 

für 70 min. Film auf 177 Sun Sparc 20 

Der D Film ist ein großer Kassenerfolg, 

wird für drei Oskars nominiert, erhält 

jedoch keinen davon ... 

T. Grosch - 40 -


1998: High Dynamic Range (HDR), Paul Debevec 

8 Bit 32 Bit float pro Pixel 

Digitale Kamera nimmt echte Helligkeiten auf 

HDR Light Probe 

HDR LDR 

Fiat Lux 1999 

Image-based Lighting 

T. Grosch - 41 -


Grafikkarten 

1999 - heute: Graphics Processing Unit (GPU) 

SGI Grafik-Workstation wird immer mehr von PC mit 

Grafikkarte abgelöst 

Starke Weiterentwicklung durch 

Spieleindustrie 

GPU wird zum schnellen Coprozessor, bisherige 

Offline-Techniken werden Echtzeitfähig 

T. Grosch - 42 -


2001: sehr gute Gesichtsanimationen 

von virtuellen Charakteren im 

Film Shrek ; 

Simulation von Haaren: Monster AG 

T. Grosch - 43 -


2001: Final Fantasy, erster 

komplett computer- animierter 

i Spielfilm mit 

realistischen virtuellen 

Charakteren; 

die Produktion des Films 

dauerte ~4 Jahre, wobei etwa 

170 Computeranimatoren tätig 

waren 

aus: digital production, 

Heft 3/01 

T. Grosch - 44 -


Sehr große, virtuelle Welten… 

2003: Herr der Ringe 

2009: Avatar 

2011… ? 

T. Grosch - 45 -

Computergrafik in Magdeburg 

AG Visual Computing: 

AG Visualisierung: 

AG User Interfaces & SE: 

AG Computervisualistik: 

Prof. Holger Theisel 

Prof. Bernhard Preim 

Prof. Raimund Dachselt 

Jun.-Prof. Thorsten Grosch

Computergraphik in Magdeburg 

AG Visual Computing 

Prof. Holger Theisel 

•Visualisierung 

•speziell Strömungsdaten 

•Information Visualization 

•Visual Analytics 

•Geometric Modelling, geometric 

Design 

T. Grosch - 47 -


AG Visual Computing: Flow Visualization 

T. Grosch - 48 -


AG Visual Computing: 

Geometric Modelling, Deformations 

T. Grosch - 49 -


AG Visualisierung (Prof. Bernhard Preim) 

Gefäßvisualisierung und illustrative Visualisierung 

Ausgusspräparat der Bronchialgefäße 

einer menschlichen Lunge. Der linke 

Lungenlappen ist transparent 

dargestellt zusammen mit einem 

Volume Rendering weiterer Gefäße und 

umgebender Knochen. 

Fokus- und Kontextdarstellung durch 

farblich hervorgehobene Fokusobjekte 

und Repräsentation von 

Kontextstrukturen mittels Stippling und 

Silhouetten. 

T. Grosch - 50 -


AG Visualisierung (Prof. Bernhard Preim) 

Planung und Training von chirurgischen Eingriffen 

Der Nutzer kann in einer 3D- 

Darstellung eine virtuelle 

Resektion vornehmen. 

Kombination von Farbe, 

Transparenz-Mapping und 

lokaler Transparenz um 

einen einzelnen Hals- 

Lymphknoten 

hervorzuheben. h T. Grosch - 51 -

Dr. Niklas Röber, Dr. Mai Mohamad Yatim (Alumni), Prof. Raimund Dachselt 

Mathias Frisch, Jens Heydekorn, Sophie Stellmach, Martin Spindler 

(Doktoranden) 

User Interface & 

Software Engineering 

Am Institut für Simulation & Graphik der OVGU Magdeburg 

Ca. 60 studentische Hilfskräfte, Diplomanden, Bachelor-Studierende (seit 2007) 

T. Grosch - 52 -

UISE Forschungsfokus 

• User Interface Engineering für Natürliche Schnittstellen: 

designen, implementieren und evaluieren von visuellen 

Benutzungsschnittstellen der nächsten Generation 

• Seamless User Interaction in Umgebungen g mit 

multiplen Displays (Fokus: Tabletops) und Eingabegeräten 

• Untersuchung möglichst natürlicher Interaktionsformen 

Digital Pens Multitouch Gestures Eye Tracking 

Multiple Displays, 

Tabletops 

Mobile Displays, 

Combining Handheld 

Ultra-large large displays 

e.g. eBooks, iPad & large projections (ElbeDom) 

T. Grosch - 53 -

User 

Interface 

Lab 

T. Grosch - 54 -


• AG Computervisualistik (Jun.-Prof. Thorsten Grosch) 

• Globale l Beleuchtung 

• Simulation aller Lichtwege von der Lichtquelle bis zum Auge 

• Indirektes Licht, Spiegelungen, g weiche Schatten, … 

• Ziel: Echtzeitdarstellung, also mind. 25 Bilder / sek. 

Virtuelle 3D Szene, 

keine Beleuchtung 

Nur direktes Licht 

Schnell, aber künstlich 

Globale Beleuchtung: 

Photorealistisch, aber 

zeitaufwändig 

T. Grosch - 55 -

Stroebel et al .1986 

Beispielbilder 

Geomerics 

CryTek 

Bilder: Jensen, Lightscape 

T. Grosch - 56 -


• AG Computervisualistik 

• Forschungsschwerpunkt 

• Globale Beleuchtung in 

Echtzeit mit der Grafik 

Hardware 

T. Grosch - 57 -


Imperfect Shadow Maps: Ritschel, Grosch, Kim, Seidel, Dachsbacher, Kautz 

T. Grosch - 58 -



• Erweiterung reales 

Kamerabild mit virtuellen 

Objekten Augmented 

Reality 

• Rekonstruktion der 

Beleuchtung auf dem Foto 

• Globale Beleuchtung mit 

virtuellen it Objekten 

• Einblendung ins Foto, Licht 

und Schatten sind korrekt 

T. Grosch - 59 -



• Vorlesungen 

• GPU Programmierung 

• Wahlpflicht, Bachelor, Sommersemester 

• Photorealistische Computergrafik 

• Wahlpflicht, Master, Wintersemester 

T. Grosch - 60 -

OpenGL

Was ist OpenGL ? 

• Open Graphics Library 

• Grafik Bibliothek zur Darstellung von 3D Objekten 

• Polygone, Materialien, Lichtquellen, Kamera, …. 

T. Grosch - 62 -

Hintergrund / Geschichte 

• … auf der Suche nach einer einheitlichen Software- 

Schnittstelle (API: Application Programming Interface) 

zur Programmierung g von Graphiksystemen 

• Standardisierungsbemühungen 

• GKS, PHIGS… 

• „Proprietäre Systeme“ 

• HP: Starbase, SGI: GL (Graphics Library) 

• Gewinner: SGI mit GL in Verbindung mit sehr guter 

Hardware 

• OpenGL (1992, Mark Segal & Kurt Akeley) 

• Konkurrenz nur noch durch Microsoft (Direct3D) 

T. Grosch - 63 -

OpenGL 

• OpenGL ist ein Software Interface für Graphik 

Hardware mit ca. 250 verschiedenen Kommandos 

• Hardware unabhängig gg 

• warum „Open“? 

• offen für Lizenznehmer 

• verwaltet vom Architecture Review Board (ARB) 

• NVIDIA, ATI, IBM, Intel, SGI, …. 

• von jedem Lizenznehmer erweiterbar (Extension) 

• Nicht dabei: 

• Handhabung von Fenstern/Windows 

• Benutzereingabe 

T. Grosch - 64 -

OpenGL Historie 

Version Jahr Beschreibung 

1.0 1992 Erste Veröffentlichung 

1.1 1997 Vertex Arrays, Texture 

Objects, Polygon Offset 

12 1.2 1998 3D Texturen, Pixelformate, 

MipMaps 

1.2.1 1998 ARB Extensions, ARB 

Multitexture 

1.3 2001 Komprimierte Texturen, Cube 

Maps, Multi-Texturing 

1.4 2002 Tiefentexturen, automatische 

MipMaps, Nebelkoordinaten 

1.5 2003 Buffer Objects, Occlusion 

Queries 

2.0 2004 OpenGL Shading Language, 

Multiple Render Targets, non– 

power-of-2 Textures, Point 

Sprites, Vertex Texture Fetch 

2.1 2006 Pixel Buffer Objects, sRGB 

Texturen, OpenGL Shading 

Language 1.2 

Version Jahr Beschreibung 

3.0 2008 OpenGL Shading Language 

1.3, Entfernung von Fixed- 

Function-Pipeline (begin/end, 

T&L,…), Annäherung an 

DirectX 

3.1 2009 Compatibility extension für 

Altlasten, Uniform Buffer 

Objects, Primitive Restart, 

Instancing, CopyBuffer, 

Texture Buffer Objects 

3.2 2009 Geometry Shader, Sync and 

Fence, OpenGL Shading 

Language 1.5 

3.3 2010 Diverse ARB Extensions, 

OpenGL Shading Language 

3.3 

4.0 2010 OpenCL, Tessellation, 

OpenGL Shading Language 

4.0 

4.1 2010 Binäre Shader Programme, 

double precision bei Vertex 

Shader, OpenGL Shading 

T. Grosch - 65 - 

Language 4.1

Einführung 

• OpenGL Core: Basisprimitive (Punkte, Linien, 

Polygone…) 

• Darauf aufbauend gibt es diverse Tools: 

• OpenGL Utility Library (GLU): standardmaessig dabei für 

Oberflächen (Quadrics, NURBS…) 

• OpenGL ist eine „State-Machine“ 

• Man versetzt die „Maschine“ in einen Zustand, der so lange 

besteht, bis er wieder verändert wird 

• Beispiel: ab jetzt alles rot, ab jetzt dieses Material, ab jetzt 

diese Transformation 

• Effizienter, als Daten jedes Mal neu zu übergeben 

T. Grosch - 66 -

OpenGL Grundstruktur 

• Low-Level-API 

• Hardware-nah aber Hardware-unabhängig 

• 2 Arten von Funktionen 

• Zustand ändern 

• Primitive darstellen 

• immediate mode System 

• sehr einfache Befehle 

• Direktes Durchreichen an die HW möglich 

• Dreiecks-basiert, keine interne Repräsentation der Szene 

• klarer Namensraum 

• Befehle fangen mit gl... an 

• Konstanten mit GL_... 

T. Grosch - 67 -

Beispiel 

glClearColor(0.0, 0 0.0, 0 0.0, 0 0.0); 0); 

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); 

glColor3f(1.0, 1.0, 1.0); 

glOrtho(0.0, 1.0, 0.0, 1.0, -1.0, 1.0); 

glBegin(GL_POLYGON); 

glVertex3f(0.25, 3f(025 025 0.25, 00) 0.0); 

glVertex3f(0.75, 0.25, 0.0); 

glVertex3f(0.75, 0.75, 0.0); 

glVertex3f(0.25, 0.75, 0.0); 

glEnd(); 

glFlush(); 

Bestimmt die Farbe, mit der das 

Bild gelöscht wird 

Löscht das Bild, genauer den 

Color Buffer (alternativ z-Buffer 

etc.) 

Setzt die Farbe auf weiß 

Definiert das 

Koordinatensystem für das 

Rendering 

Definiert ein zu zeichnendes 

Objekt, hier ein Polygon mit 4 

Ecken 

Sorgt dafür, daß die 

Zeichenkommandos auch 

ausgeführt werden, anstatt in 

einem Puffer auf weitere 

Kommandos zu warten 

T. Grosch - 68 -

GLUT, the OpenGL Utility Toolkit 

• OpenGL ist unabhängig vom Betriebssystem oder 

Window-Manager 

• Leider läuft keine Graphikapplikation ohne dass man 

zumindest ein Fenster öffnet oder einfache 

Eingabewerte (Tastatur/Maus) abfragt 

• GLUT: Ganz gut für den Start… 

T. Grosch - 69 -

Beispiel 

Initialisiert GLUT 

RGBA oder Color-Index Mode, 

Single oder Double Buffer etc. 

int main(int argc, char** argv) 

{ 

Position und Größe des 

Fensters 

glutInit(&argc, argv); 

glutInitDisplayMode (GLUT_SINGLE | GLUT_RGB); 

glutInitWindowSize (250, 250); 

Das Fenster mit GL-Kontext 

glutInitWindowPosition iti (100, 100); wird erzeugt, allerdings erst 

glutCreateWindow ("hello"); durch glutMainLoop dargestellt 

init (); 

Display Callback Funktion: 

glutDisplayFunc(display); 

sobald GLUT ein Neuzeichnen 

glutMainLoop(); 

des Fensterinhalts für nötig hält, 

return 0; /* ANSI C */ 

wird diese CB-Funktion 

} 

aufgerufen 

Event-getriggerte ti t Hauptschleife 

T. Grosch - 70 -

Beispiel: hello.c 

Hello.sln 

T. Grosch - 71 -

GLUT 

• Initialisierung 

• glutInit(int *argc, char **argv); 

• glutInitDisplayMode( ... ); 

• glutCreateWindow(„name“); 

• Zeichenfunktion registrieren 

• glutDisplayFunc( void (*func)(void) ); 

• Neuzeichnen anmelden 

• glutPostRedisplay(); 

T. Grosch - 72 -

GLUT 

• Interaktionsfunktionen 

• glutMouseFunc(void (*func)(int button, int state, int x, int y) ); 

• glutKeyboardFunc(void (*func)(unsigned char key, int x, int y) ); 

• glutMotionFunc(void (*func)(int x, int y) ); 

• Hilfsfunktionen 

• glutReshapeFunc(void (*func)(int width, int height) ); 

• glutIdleFunc( void (*idle)(void) ); 

• Hauptschleife 

• glutMainLoop(); 

T. Grosch - 73 -

GLUT 

• Hilfsfunktionen für Primitive 

• void glutWireSphere(float radius, int slices, int stacks); 

• void glutWireTorus(float inner_ radius, float outer_ radius, int sides, 

int rings) ; 

• void glutWireTeapot(double size); 

T. Grosch - 74 -

Genug für heute… 

• Als nächstes 

• Anmelden für die Übung 

• Visual Studio Express + Windows SDK installieren 

• OpenGL ausprobieren Übungen 

• Beispielprogramme auf der Webseite 

• Nächste Woche 

• Mathematische ti h Grundlagen 

• Erstes Übungsblatt 

T. Grosch - 75 -

Acknowledgements 

Diese Vorlesungsskripte basieren in weiten Teilen auf 

Skripten von 

- Prof. Stefan Müller (Universität Koblenz) 

- Prof. Holger Theisel (Universität Magdeburg) 

und weiteren Kollegen. 

Dankeschön! 

T. Grosch - 76 -

Einfuehrung - OvGU::Computervisualistik

Erfolgreiche ePaper selbst erstellen

Template löschen?

Als Template speichern?