Geometrische Modellierung
| Modul | INF-MSc-505 |
| Vorlesung | Dienstag, 14-16 Uhr, OH16 205 |
| Übung | Mittwoch, 10-12 Uhr, OH16 205 |
| Lehrende:r | Mario Botsch |
| Evaluation | letzte Lehrevaluation |
Inhalte
Nach digitalen Audio-, Bild- und Video-Dateien können virtuelle 3D-Modelle als der nächste Schritt von digitalen Multimedia-Inhalten angesehen werden. Digitale geometrische Modelle sind allgegenwärtig, zum Beispiel in Computerspielen, computer-generierten Filmen, im Computer-Aided Design (CAD), in numerischen Simulationen und vielen weiteren Anwendungen. In den meisten Fällen sind diskrete Polygonnetze, insbesondere Dreiecksnetze, die Flächenrepräsentation der Wahl, weil ihr konzeptionelle Einfachheit eine effiziente Verarbeitung geometrischer Datensätze ermöglicht.
In dieser Vorlesung besprechen wir die verschiedenen Stufen der Geometrieverarbeitungspipeline: Wir beginnen mit Methoden zum 3D-Scanning, welche eine Menge von Messpunkten erzeugen, die im nächsten Schritt in ein Dreiecksnetz konvertiert werden. Das resultierende Dreiecksnetz wird dann bezüglich verschiedener Kriterien optimiert: Netzglättung entfernt Messrauschen, Netzdezimierung reduziert die Zahl der Dreiecke bei möglichst guter Erhaltung der Form, Remeshing verbessert die Form der Dreiecke und damit die numerische Stabilität vieler geometrischer Algorithmen. Netzparametrisierung berechnet ein zweidimensionales UV-Layout für Texturierung. Netzdeformation ermöglicht die (interaktive) Veränderung der geometrischen Form. Am Ende der Pipeline erlaubt die Netzkompression eine sehr kompakte Speicherung der 3D-Modelle. Um diese praktischen Probleme lösen zu können, werden wir auch die nötigen theoretischen Grundlagen kennenlernen, zum Beispiel (diskrete) Differentialgeometrie und das Lösen von (diskreten) Differentialgleichungen auf einem Dreiecksnetz.
Zum besseren Verständnis werden die wichtigsten Methoden und Algorithmen in den Programmierübungen implementiert.
Voraussetzungen
- Grundkenntnisse in linearer Algebra und Analysis werden vorausgesetzt.
- Die Vorlesung “Graphische Datenverarbeitung” wird empfohlen, ist aber nicht notwendig.
- Das Bearbeiten der praktischen Übungsaufgaben erfolgt in C++. Es wird am Anfang einen C++-Crash-Kurs geben.
Materialien
- Die Vorlesungsfolien werden hier als HTML-Folien bereitgestellt, da dies die Einbindung interaktiver Inhalte wie Videos und Demo-Apps ermöglicht. Zusätzlich stehen die Folien aber auch als (nicht mehr interaktive) PDF-Dokumente zur Verfügung. Die Zugangsdaten werden über LSF-Email verschickt.
- Die Vorlesung wird aufgezeichnet, die Vorlesungsvideos werden in die HTML-Folien integriert.
- Nach Vorlesungsende wird es die HTML-Folien und Vorlesungsvideos auch in Form einer Electron-App geben, was Archivierung und Offline-Zugriff ermöglicht.
- Die Vorlesung orientiert sich an diesem tollen Buch 😉