prolog und einführung prof. dr.-ing. detlef krömker · 1 prof. dr.-ing. detlef krömker *rhwkh...
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Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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Prolog und Einführung
WS 2002/20032Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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1. Einordnung in GDV Veranstaltungen2. Organisatorisches3. Definition Animation und
erste Beispiele4. Themen dieser Vorlesung:
Animation, VR, Video auf Rechnern, Multimedia
5. Animation – quo vadis? 6. Literaturempfehlungen + weitere Quellen
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WS 2002/20033Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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7. Zusammenfassung 8. Ausblick – Nächste Schritte
WS 2002/20034Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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GDV4V+2Ü
VR+AR RD
2V+1Ü
VIS RD
2V+1ÜAnim+MM
2V+1Ü2 Praktika P4
CG VIS RD/DK AG
CGKoll.S
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Diplomarbeiten
HIWI oder Praktikum im
S PS
GL HJ
2V+2Ü
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WS 2002/20035Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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���� �������� ������������Varrentrappstraße 40-42, 2. OG
60486 FrankfurtTel. .: 49 (0)69 979 95-0140Email: kroemker@cs.uni-frankfurt.de
www: http://www.agc.fhg.de
������������� Dienstag 13 –15 Uhr
nach VereinbarungSekretariat Frau Goinar, Raum 208
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+PIBOO�8PMGHBOH�(PFUIF�6OJWFSTJUU
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WS 2002/20036Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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�� + !"Di12-14 Mi 14-16Magnus HS ab 30.10. 2002
(Christian Seiler)
#$�����Kennenlernen der Methoden und Verfahren der� Scientific Visualization und der � Informationsvisualisierung
� Auswahl von Verfahren und Systemen� Kritische Beurteilung� Problemorientierte Anpassung und Ergänzung � Weiterentwicklung
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WS 2002/20037Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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� Ziel: Sammeln praktischer Erfahrungen mit modernen graphischen Systemen
� Vorbesprechung Di 21.10. Varrentrappstraße, SR 202� Thema: Ein VR-Spiel? 12-14� 4 Teilaufgaben
� Grundlagen von Java 3D: Szenengraph, ..., Interaktion (GDV ++)� spezielle Aufgaben: (Gruppen a 2)� Graphisches Ausmodellieren der Teilszene� Integration
� Einführungskurse: VRML und JAVA 3D, Graphisches Mo-dellieren mit DINO (2 + 1 Vollzeittage), ggf. 3D StudioMax
� Teamarbeit, Projektarbeit, Schnittstellenfestlegung, ...� Abschlussworkshop
WS 2002/20038Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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� Ziel: Sammeln praktischer Erfahrungen mit modernen Visualisierungssystemen
� Vorbesprechung Di 22.10. Varrentrappstraße, SR 202 14-16
� 2 Teilaufgaben� Einführungsaufgabe (Strömungsfeld) alle
� Verschiedene Aufgaben (Benutzung, Erweiterung, Usability-Test,verschiedene Datensätze
� Spezialkurse, z.B. zu Usabilty-Tests� Teamarbeit, wahrscheinlich 3� Abschlussworkshop
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WS 2002/20039Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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�� + !"Mi 12.15 -14 Mi 14-16 Uhr SR 11 (14-tägig)
ab 23.10.2002(Tobias Breiner, Silvan Reinhold, Wolfgang Baier)
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#$�����Kennenlernen von Methoden und Verfahren� /����$��� 2�$�3�$�� $���3��%�3�$�4 .%�3��$�� %�����$��&�������$�1������ %�3��$���/��$���$��/���$���$3�. $��&�2��$&����1
Auswahl + kritische Beurteilung von Verfahren und SystemenProblemorientierte Anpassung und Ergänzung Weiterentwicklung
WS 2002/200310Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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� Vorlesungsfolien auf WWW-Serverhttp://www.agc.fhg.de/uniGoethe/lehre
� Leistungsschein durch Fachgespräch � Belegschein: Übungsanmeldung (1. Übung
oder GDV-Sekretariat) erfoderlich� Rechner-Account bei GDV/AGC
(mit Übungsanmeldung, im Sekretariat melden)
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WS 2002/200311Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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1. Einordnung und Animationspipeline2. Preproduction3. Spezielle Modellierungstechniken (3)
– Parametrische Kurven und Flächen–spezielle interaktive Techniken:
Direct Point Manipulation, Deformation with Lattices– spezielle Ergänzungen: Beveling, Rounding, Fillets– Gruppen und hierarchische Strukturen– Prozedurale Techniken, Gramatiken, Fraktale Techniken–Übernahme von CAD-Daten– 3D-Scanning
WS 2002/200312Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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WS 2002/200313Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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WS 2002/200314Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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WS 2002/200315Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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WS 2002/200316Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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1. Die Rolle des Bewegtbildes und Bewegtbildwahrnehmung
2. Die Animationspipeline3. Spezielle Modellierungsverfahren (3)4. Animationsverfahren (3)5� '�+���,$��������������
��3���'3����%�����$��
6� $���3��%�3�$�4� Systeme und Anwendungen, Erweiterungen: Augmented Reality
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WS 2002/200317Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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1. Die Rolle des Bewegtbildes und Bewegtbildwahrnehmung
2. Die Animationspipeline3. Spezielle Modellierungsverfahren (3)4. Animationsverfahren (3)5� '�+���,$���������&�������$��������$��
(u.a. RenderMan) und ��3���'3����%�����$��6� $���3��%�3�$�4� Systeme und Anwendungen,
Präsentationen Erweiterungen: Augmented Reality
WS 2002/200318Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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WS 2002/200319Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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WS 2002/200320Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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7. Realtime-Medien auf Rechnern (2) $�������2��$
Grundlagen der Kompression und Kodierung Aktuelle Kompressionsschemata: AVI, Quicktime, MJPEG, MPEG (1,2,4,7), ...
8. Videobearbeitung: Schnitt, Morphing
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WS 2002/200321Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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� Grundaufgaben:� Erzeugen, Speichern, Bearbeiten, Übertragen,
Anzeigen
� Analog-Video� Primärparameter und Signale� Modulation� Farbsignalarten:
�Komponenten�Composites: NTSC, SECAM, PAL
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� Symbolisch
� Geometrie & Merkmal
� Diskret, Quantisiert
● vertikal diskret (Zeilen)horizontal analog
� Optisch (unmittelbar wahrnehmbar)
DigitalesBild
Digital-video
Graphik Animation
Modellestatische
dynamischeModelle
Reiz
Erzeugen, BearbeitenSpeichern, Übertragen
Analog-video
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WS 2002/200323Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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Heute übliche Bildfrequenzen (Abtastraten) (= Update-Raten):
Film: 24 Bilder / secFernsehen (gleich der jeweiligen Netzfrequenz)
(���3 25 Bilder (frames) /sec im Zwischenzeilen-Verfahren “interlaced”: Halbbild- (field) Frequenz: 50 Hz
7�2&�83�3� 30 Bilder (frames) /sec im Zwischenzeilen-Verfahren “interlaced”: Halbbild- (field) Frequenz: 60 Hz
Computergraphik / Computervideo:� variabel
Sichtsimulation bis zu 50 Bildern / sec
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Ist der Ortsauflösung des visuellen Systems angepaßt:
Gewählt: Bildschirmgeometrie (aspect ratio): H : B = 3 : 4Betrachtungsabstand: > 5-fach der Bilddiagonale
bei Auflösungsgrenze von ca. 1’ errechnet sich:Anzahl der Zeilen (vertikal): >= 413
Kell Faktor: Auflösungsreduktion durch Interlace-Verfahren
Rechnen Sie selbst!
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USA (NTSC 1, 1941): � 485 (486) sichtbare Zeilen
Europa (zunächst uneinheitlich, dann)� 575(576) sichtbare Zeilen
Fernsehen: weltweit 2 Hauptsysteme:525/60 USA, Japan, ... 625/50 Europa, ...viele weitere Varianten, PAL M (Brasilien)
WS 2002/200326Animation und Multimedia0. 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 bezeichnet die CG-Methoden, die zur Belebung (Bewegung, Veränderung) dienen
(3) Animation nennt man ein vermittels (1,2) erzeugtes Produkt (auf Bewegtbildmedien)
Ursprünge: anima: Lufthauch, Atemanimos: belebenανεµοσ (anemos): Wind, Atem
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WS 2002/200327Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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Die plenoptische Funktion beschreibt die für einen (menschlichen) Beobachter visuell erfaßbaren Informationen an jedem Ort und zu jeder Zeit.
Idealisierung des potentiell Sichtbaren.
WS 2002/200328Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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� P = f (θ, φ, I(�), t, Pb)
θ, φ Raumwinkel
I (�) Lichtintensitätt ZeitPb Position und
Blickrichtungdes Beobachters
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WS 2002/200329Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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Der Mensch wertet viele Parameter dieser Funktion simultan aus:� � &�� durch die flächige Retina: FORMSEHEN� I (�) 3 Abtastungen durch unter-
schiedliche Rezeptoren: FARBSEHEN
� t BEWEGTBILDSEHEN
� Pb 2 Abtastungen STEREOSEHENzusätzlich sukzessiv durch Augen-, Kopf- und Körperbewegung
WS 2002/200330Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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� Bewegungswahrnehmung ist “höhere”(zentralere) Eigenschaft: basiert auf Erfahrung und Konsistenz der Einzelereignisse: “best fit”.
� Minimal notwendige Bildfrequenz (Update-frequenz) zur Wahrnehmung kontinuierlicher Veränderungen (ohne Artifakte: ruckeln, zappeln) ist situations- und bildabhängig.
Bewegung ist eine eigenständige Wahrnehmungsqualität
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WS 2002/200331Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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� Neben Form und Farbe dritte Grundgröße der visuellen Wahrnehmung
Kommunikationsqualität:� Grad des Erreichens des kommunikativen
Ziels� Verhältnis von wahrgenommener
Information zu präsentierter Information
WS 2002/200332Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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Wir müssen den „engen“ Kanal zur� bewußten und� unbewußten
Wahrnehmung optimal nutzen.
Animation nutzen
Video nutzenMultimedia nutzen
Human Centered ComputingKansai Computing
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WS 2002/200333Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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1965
� Fetter, Bernhart (Boeing, 1962): Abfilmen geplotteter 3D-Zeichnungen
� Harrison (CIC, 1962):“������������������� ����� Basisarbeit für CAA
� Sutherland (MIT, 1963): Sketchpad INTERAKTION
• angewiesen auf leistungsfähige Graphik-Hardware• Kopplung zu den klassischen Bewegtbildmedien:Film und Fernsehen
• eng verbunden mit der Entwicklung graphischerDarstellungsalgorithmen
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19651965
19751975
� Hidden Surface Removal
� General Electric: erstes CGI-System� Flugsimulation, 40 Körper, Farbe und schattiert
� MAGI: Erste Anwendungen in Werbefilmen� Grundlegende Algorithmen zum Rendering
� Gouraud und Phong Shading� Image und Bump Texture Mapping� Facial Animation
(Sutherland, Evans et.al., Utah)
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19751975
19851985
� Algorithmen und Technologie:� JPL (Motion Dynamics)� Berkeley (Spline Modeling)� Ohio State University
(Hierarchical Parameter Keyframing, Inverse Kinematics)� Toronto (Procedural Techniques)� Tokyo (Blobby Surface Modeling)
� Zeit der “großen” Produktionshäuser� Digital Effects, MAGI, III, Robert Abel, ..., PDI, Sogitec, Tokyo
Links� eigene Software, teilweise spezielle Hardware
� Wichtige Produktionen: Visuelle Meilensteine� “Voyager 2” (79); “Mechanical Universe” (84): James Blinn, JPL� “Joggler”: Information International Inc. (III)� “TRON”: Disney Productions (20 Minuten Computeranimation)� “Star Track 2”: ILM (Genesis Effect)� “Brilliance” (“The Sexy Robot”): Robert Abel and Associates
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� Algorithmen und Technologie� Optimierung, Qualität und einfache Benutzbarkeit
“kleine Schritte”: Radiosity, Facial Animation, Special Features: Simulationen, Fraktale, Lindenmayer, ...
� Video auf Rechnern
� Zeit der Turn-Key Animationssysteme-- ALIAS -- Wavefront-- TDI -- Softimage
� Wichtige Produktionen: Visuelle Meilensteine� “Luxo Jr.”, “Tin Toy”, “Toy Story”: Pixar, John Lasseter� “Stanley and Stella: Breaking the Ice”: Symbolics, Whitney� “Study of a Numerically Modeled Severe Storm”: NCSA� “Terminator II”: James Cameron, ILM � “Jurassic Park”: Steven Speilberg
19851985
19951995
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WS 2002/200337Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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� 2���$����������9������$�� Image based Lighting
� Data Capturing (Data Suits, …)
� �4������� �*��4,�4������:
� :2�+$���+$���$����������$3��(���������������$��;$��
� �$���$���������$���� <��+�/3��Sony Pictures Imageworks
� ;������'$��� Pixar Animation Studios� 9�������������� Industrial Light + Magic� =�$����3�LingsDigworks Inc.
19951995
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WS 2002/200338Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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Termin:6��>*��,������� "?����7��Varrentrappstraße 40-42 Seminarraum 202
State of the Art Review!
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WS 2002/200339Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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� Alan Watt, Mark Watt: ������ ���������������������������������Addisson Wesley 1992.
� John Vince: ����������� ��������, AddissonWesley 1992.
� Tomas Möller, Eric Haines: Real-Time Rendering, AK Peters, 1999.
� Isaac Victor Kerlow: The Art of 3-D Computer Animation and Imaging, John Wiley&Sons, 1996.
� Ralf Steinmetz: Multimedia Technologie, Springer 2000.
WS 2002/200340Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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� ACM SIGGRAPH ‘XX, Conference Serie der ACM SIGGRAPH (Special Interest Group on Graphics) seit 1974 jährlich (ab 1992 nur noch vereinzelte Beiträge zu Visualisierungthemen)
� Eurographics ´XX, Conference Serie der Eurographics Organisation, seit 1979 jährlich.
� ACM CHI `XX ( ACM Conference on Human Factors in Computing Systems) Conference Serie der ACM SIGCHI (Special Interest Group on Computer Human Interface) seit .. 8X jährlich
� Games Developer Conference
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WS 2002/200341Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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� Transactions on Graphics� ACM Computer Graphics� IEEE Computer Graphics and Applications� Computer and Graphics� Communications of the ACM
WS 2002/200342Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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� Themen der Vorlesung� Bildrepräsentationen im Rechner� Entwicklung und Stand der
3D-Computeranimation
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WS 2002/200343Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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� Klassische Bewegtbildmedien: Film und Fernsehen� Animation � (Multimedia)� CAA – Computer Added Animation
WS 2002/200344Animation und Multimedia0. Prolog und Einführung© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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($������������@����,���$�Animation als grafische MethodeKlassische und moderne AnwendungenAktuelle ForschungsaktivitätenTerminologieEinige Grundbegriffe aus Film, Video & MM
Technik und Gestaltung
$��2�$�3�$���$���$��(Produktionspipeline)
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