Verfügbarkeit: Computergrafik

Computergrafik: [zwei- und dreidimensionale Transformationen ; geometrische Darstellung, Farb- und Schattierungsmodelle, Ray Tracing ; 350 praxisnahe Übungen mit Musterlösungen]

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Bibliographische Detailangaben
Hauptverfasser:	Xiang, Zhigang (VerfasserIn), Plastock, Roy A. (VerfasserIn)
Format:	Buch
Sprache:	German English
Veröffentlicht:	Bonn mitp 2003
Ausgabe:	IT-Studienausg., 1. Aufl.
Schlagworte:	Graphische Programmierung Zweidimensionale Computergrafik Computergrafik Dreidimensionale Computergrafik Aufgabensammlung
Online-Zugang:	Inhaltsverzeichnis
Beschreibung:	432 S. Ill., graph. Darst.
ISBN:	3826609085

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adam_text	INHALTSVERZEICHNIS 1 EINLEITUNG 15 1.1 EIN KLEINER UEBERBLICK 15 1.1.1 BILDVERARBEITUNG 18 1.1.2 DIE INTERAKTION VON MENSCH UND COMPUTER 19 1.2 UNSER PROGRAMM 19 2 BILDDARSTELLUNG 21 2.1 DAS RGB-FARBMODELL 21 2.2 DIREKTE KODIERUNG 23 2.3 NACHSCHLAGETABELLEN 24 2.4 DER MONITOR 25 2.4.1 FARBANZEIGE 26 2.5 DRUCKER 27 2.5.1 HALBTOENE 27 2.5.2 NAEHERUNGSLOESUNGEN FUER HALBTOENE 27 2.5.3 DITHERING 29 2.5.4 FEHLERDIFFUSION 29 2.6 BILDDATEIEN 30 2.7 SETZEN DES FARBATTRIBUTS EINES PIXELS 31 2.8 BEISPIEL: BILDLICHE DARSTELLUNG DER MANDELBROT-MENGE 32 2.8.1 JULIA-MENGEN 34 2.9 AUFGABEN MIT LOESUNGEN 35 2.10 WEITERE AUFGABEN 40 3 SCAN CONVERSION 43 3.1 SCAN CONVERSION EINES PUNKTS 43 3.2 SCAN CONVERSION EINER LINIE 44 3.2.1 UNMITTELBARE ANWENDUNG DER GERADENGLEICHUNG 45 3.2.2 DER DDA-ALGORITHMUS 45 3.2.3 DER LINIENALGORITHMUS VON BRESENHAM 45 INHALTSVERZEICHNIS 3.3 SCAN CONVERSION EINES KREISES 48 3.3.1 DIE DEFINITION EINES KREISES 48 3.3.2 DER KREISALGORITHMUS VON BRESENHAM 50 3.3.3 DER MITTENPUNKTSALGORITHMUS FUER KREISE 52 3.3.4 KREISE MIT WILLKUERLICHEN MITTELPUNKTEN 54 3.4 SCAN CONVERSION EINER ELLIPSE 54 3.4.1 DIE POLYNOMDEFINITION EINER ELLIPSE 54 3.4.2 DIE TRIGONOMETRISCHE DEFINITION EINER ELLIPSE 55 3.4.3 ACHSROTATION EINER ELLIPSE 56 3.4.4 DER MITTENPUNKTSALGORITHMUS FUER ELLIPSEN 57 3.5 SCAN CONVERSION VON BOEGEN UND SEKTOREN 60 3.5.1 BOEGEN 60 3.5.2 SEKTOREN 61 3.6 SCAN CONVERSION EINES RECHTECKS 62 3.7 FUELLEN VON BEREICHEN 62 3.7.1 VIER ODER ACHT VERBINDUNGSPUNKTE? 62 3.7.2 DER BOUNDARY-FILL-ALGORITHMUS 64 3.7.3 DER FLOOD-FILL-ALGORITHMUS 64 3.7.4 DER ABTASTZEILENALGORITHMUS 64 3.8 SCAN CONVERSION EINES ZEICHENS 66 3.8.1 BITMAP-FONTS 66 3.8.2 OUTLINE-FONTS 67 3.9 ANTI-ALIASING 68 3.9.1 TREPPENSTUFEN 68 3.9.2 UNGLEICHMAESSIGE HELLIGKEIT 68 3.9.3 DAS GARTENZAUN-PROBLEM 68 3.9.4 ANTI-ALIASING 69 3.9.5 VOR UND NACH-FILTERUNG 70 3.9.6 FLAECHENABTASTUNG 70 3.9.7 UEBERABTASTUNG 7 71 3.9.8 LOWPASS-FILTER 72 3.9.9 PIXEL PHASING 72 3.10 BEISPIEL: REKURSIV DEFINIERTE ZEICHNUNGEN 72 3.10.1 DIE C-KURVE 73 3.10.2 DIE KOCH-KURVE 74 3.10.3 DAS SIERPINSKI-DREIECK 74 3.11 AUFGABEN MIT LOESUNGEN 75 3.12 WEITERE AUFGABEN 89 6 INHALTSVERZEICHNIS 4 ZWEIDIMENSIONALE TRANSFORMATIONEN 91 4.1 GEOMETRISCHE TRANSFORMATIONEN 91 4.1.1 TRANSLATION 92 4.1.2 ROTATION UM DEN URSPRUNG 92 4.1.3 SKALIERUNG RELATIV ZUM URSPRUNG 93 4.1.4 SPIEGELUNG AN EINER ACHSE 93 4.1.5 INVERSE GEOMETRISCHE TRANSFORMATIONEN 94 4.2 KOORDINATENTRANSFORMATIONEN 94 4.2.1 TRANSLATION 94 4.2.2 ROTATION UM DEN URSPRUNG 95 4.2.3 SKALIERUNG RELATIV ZUM URSPRUNG 95 4.2.4 SPIEGELUNG AN EINER ACHSE 96 4.2.5 INVERSE KOORDINATENTRANSFORMATIONEN 96 4.3 VERKETTETE TRANSFORMATIONEN 96 4.3.1 MATRIXBESCHREIBUNG DER GRUNDTRANSFORMATIONEN 97 4.3.2 VERKETTUNG VON MATRIZEN 98 4.3.3 UNTERSCHIEDLICHE MATRIZENSCHREIBWEISEN 99 4.4 INSTANZTRANSFORMATIONEN 100 4.4.1 VERSCHACHTELTE INSTANZEN UND STRUKTUREN MIT MEHREREN EBENEN 100 4.5 AUFGABEN MIT LOESUNGEN 103 4.6 WEITERE AUFGABEN 115 5 ANSICHTEN UND CLIPPING IM ZWEIDIMENSIONALEN RAUM 117 5.1 ABBILDUNG DES FENSTERS AUF DEN VIEWPORT 118 5.2 ZUSCHNEIDEN VON PUNKTEN 119 5.3 ZUSCHNEIDEN VON LINIEN 119 5.3.1 DER COHEN-SUTHERLAND-ALGORITHMUS 120 5.3.2 MITTELPUNKTUNTERTEILUNG 122 5.3.3 DER LIANG-BARSKY-ALGORITHMUS 123 5.4 ZUSCHNEIDEN VON POLYGONEN 124 5.4.1 CLIPPINGFENSTER FUER KONVEXE POLYGONE 125 5.4.2 DER SUTHERLAND-HODGMAN-ALGORITHM^S 126 5.4.3 DER WEILER-ATHERTON-ALGORITHMUS 127 5.5 BEISPIEL: EINE 2 D-GRAFIKPIPELINE 128 5.5.1 SCHWENKSUNDZOOM 130 5.5.2 DOPPELTE PUFFERUNG 130 5.5.3 ANIMATION IN DER NACHSCHLAGETABELLE 130 5.6 AUFGABEN MIT LOESUNGEN 131 5.7 WEITERE AUFGABEN 145 7 INHALTSVERZEICHNIS 6 DREIDIMENSIONALE TRANSFORMATIONEN 147 6.1 GEOMETRISCHE TRANSFORMATIONEN 147 6.1.1 TRANSLATION 147 6.1.2 SKALIERUNG 148 6.1.3 ROTATION 148 6.2 KOORDINATENTRANSFORMATIONEN 150 6.3 VERKETTETE TRANSFORMATIONEN 151 6.4 INSTANZTRANSFORMATIONEN 152 6.5 AUFGABEN MIT LOESUNGEN 152 6.6 WEITERE AUFGABEN 162 7 MATHEMATISCHE GRUNDLAGEN DER PROJEKTION 163 7.1 EINTEILUNG DER PROJEKTIONSARTEN 163 7.2 PERSPEKTIVISCHE PROJEKTION 164 7.2.1 GRUNDPRINZIPIEN 164 7.2.2 MATHEMATISCHE BESCHREIBUNG EINER PERSPEKTIVISCHEN PROJEKTION 164 7.2.3 PERSPEKTIVISCHE VERZERRUNG 166 7.3 PARALLELPROJEKTION 168 7.3.1 GRUNDPRINZIPIEN 168 7.3.2 MATHEMATISCHE BESCHREIBUNG EINER PARALLELPROJEKTION 169 7.4 AUFGABEN MIT LOESUNGEN 170 7.5 WEITERE AUFGABEN 192 8 ANSICHTEN UND CLIPPING IM DREIDIMENSIONALEN RAUM 193 8.1 DREIDIMENSIONALE ANSICHTEN 193 8.1.1 FESTLEGEN DER ANSICHTSEBENE 193 8.1.2 ANSICHTSKOORDINATEN 193 8.1.3 FESTLEGEN DES ANSICHTSVOLUMENS 196 8.2 CLIPPING 197 8.2.1 ZUSCHNEIDEN AUF EIN ENDLICHES ANSICHTSVOLUMEN 197 8.2.2 CLIPPINGVERFAHREN J 198 8.2.3 CLIPPINGALGORITHMEN 200 8.3 ANSICHTSTRANSFORMATIONEN 201 8.3.1 NORMALISIERTE ANSICHTSKOORDINATEN 201 8.3.2 DIE BILDSCHIRM-PROJEKTIONSEBENE 201 8.3.3 KONSTRUIEREN EINER DREIDIMENSIONALEN ANSICHT 202 8.4 BEISPIEL: EINE 3D-GRAFIKPIPELINE 202 8 INHALTSVERZEICHNIS 8.5 AUFGABEN MIT LOESUNGEN 204 8.6 WEITERE AUFGABEN 220 9 GEOMETRISCHE DARSTELLUNG 221 9.1 EINFACHE GEOMETRISCHE FORMEN 221 9.1.1 PUNKTE UND STRECKEN 221 9.1.2 POLYGONZUEGE 221 9.1.3 POLYGONE 221 9.2 DRAHTMODELLE 222 9.2.1 DARSTELLEN EINES POLYGONNETZ-MODELLS 222 9.2.2 DER POLYEDER 223 9.2.3 VOR UND NACHTEILE VON DRAHTMODELLEN 223 9.3 GEKRUEMMTE OBERFLAECHEN 223 9.4 KURVENENTWURF 223 9.5 POLYNOMIALE BASISFUNKTIONEN 224 9.5.1 LAGRANGE'SCHE POLYNOME VOM GRAD N 225 9.5.2 HERMITE'SCHE POLYNOME 3. ORDNUNG 225 9.5.3 B-SPLINES 225 9.5.4 BERNSTEIN'SCHE POLYNOME 226 9.6 DAS PROBLEM DER INTERPOLATION 227 9.6.1 DIE INTERPOLATIONSLOESUNG FUER LAGRANGE'SCHE POLYNOME 227 9.6.2 DIE INTERPOLATIONSLOESUNG FUER HERMITE'SCHE POLYNOME 3. ORDNUNG 227 9.6.3 INTERPOLATION VON SPLINES 227 9.7 DAS PROBLEM DER NAEHERUNG 229 9.7.1 DIE BOEZIER-BERNSTEIN-NAEHERUNG 229 9.7.2 EIGENSCHAFTEN DER BOEZIER-BERNSTEIN-NAEHERUNG 230 9.7.3 DIE BOEZIER-NAEHERUNG MIT B-SPLINES 230 9.7.4 GESCHLOSSENE KURVEN 231 9.7.5 EIGENSCHAFTEN DER BOEZIER-NAEHERUNG MIT B-SPLINES 231 9.8 ENTWURF VON GEKRUEMMTEN OBERFLAECHEN 232 9.8.1 HILFSNETZE 232 9.8.2 INTERPOLIEREN VON TEILFLAECHEN 233 9.9 TRANSFORMIEREN VON KURVEN UND OBERFLAECHEN 235 9.10 OBERFLAECHEN ZWEITER ORDNUNG 235 9.10.1 KUGEL 235 9.10.2 ELLIPSOID 236 9.10.3 EINSCHALIGES HYPERBOLOID 236 9.10.4 ZWEISCHALIGES HYPERBOLOID 236 9.10.5 ELLIPTISCHER ZYLINDER 237 9.10.6 ELLIPTISCHES PARABOLOID 237 9 INHALTSVERZEICHNIS 9.10.7 9.10.8 HYPERBOLISCHES PARABOLOID ELLIPTISCHER KONUS 238 239 9.11 BEISPIEL: GELAENDESIMULATION 239 9.11.1 MITTELPUNKTSVERSCHIEBUNG 239 9.11.2 BROWN'SCHE VERTEILUNG VON SCHEIBEN 240 9.12 AUFGABEN MIT LOESUNGEN 242 9.13 WEITERE AUFGABEN 247 10 VERDECKTE OBERFLAECHEN 249 10.1 TIEFENVERGLEICH 249 10.2 DER Z-PUFFER-ALGORITHMUS 251 10.3 ENTFERNEN VON RUECKSEITEN 252 10.4 DER MALER-ALGORITHMUS 253 10.4.1 ZUWEISEN VON PRIORITAETEN 253 10.4.2 VERDECKT POLYGON P DAS POLYGON Q? 254 10.4.3 DER ALGORITHMUS 256 10.5 DER ABTASTZEILENALGORITHMUS (SCAN LINE-ALGORITHMUS) 256 10.5.1 Y-ABTASTUNG 257 10.5.2 X-ABTASTUNG 257 10.5.3 ARTEN DER KOHAERENZ 258 10.5.4 EIN ABTASTZEILENALGORITHMUS 259 10.6 DER (JNTERTEILUNGSALGORITHMUS 260 10.6.1 ENTFERNEN VON VERDECKTEN POLYGONEN 262 10.6.2 DER UNTERTEILUNGSALGORITHMUS 262 10.7 ENTFERNEN VON VERDECKTEN LINIEN 263 10.8 RENDERN VON MATHEMATISCHEN OBERFLAECHEN 263 10.8.1 DIE UMFANGSMETHODE ZUM RENDERN VON OBERFLAECHEN 264 10.8.2 DIE SICHTBARKEITSPRUEFUNG 265 10.8.3 DER WRIGHT-ALGORITHMUS ZUM RENDERN VON MATHEMATISCHEN OBERFLAECHEN 266 10.9 AUFGABEN MIT LOESUNGEN 266 10.10 WEITERE AUFGABEN 286 11 FAERB UND SCHATTIERUNGSMODELLE 289 11.1 LICHT UND FARBE 289 11.1.1 GRUNDEIGENSCHAFTEN DES LICHTS 289 11.1.2 DIE DREI-FARBEN-THEORIE 291 11.1.3 DAS CIE-XYZ-FARBMODELL 292 11.1.4 DAS CIE-FARBWERTDIAGRAMM 292 11.1.5 ABBILDUNG VON FARBPALETTEN 293 10 INHALTSVERZEICHNIS 11.1.6 DAS NTSC-YIQ-FARBMODELL 294 11.2 DAS PHONG-MODELL 295 11.3 1 NTERPOL IERENDE SCHATTIERUNGSMETHODEN 297 11.3.1 KONSTANTE SCHATTIERUNG 298 11.3.2 GOURAUD-SCHATTIERUNG 298 11.3.3 PHONG-SCHATTIERUNG 300 11.4 TEXTUR 300 11.4.1 PROJEKTION VON TEXTUREN 300 11.4.2 TEXTUR-MAPPING 301 11.4.3 FESTKOERPERTEXTUREN 302 11.5 AUFGABEN MIT LOESUNGEN 305 11.6 WEITERE AUFGABEN 314 12 RAY TRACING 315 12.1 DIE LOCHKAMERA 315 12.2 EIN REKURSIVER RAY TRACER 316 12.3 PARAMETRISCHE VEKTORDARSTELLUNG EINES STRAHLS 319 12.4 SCHNITTPUNKTE VON STRAHLEN UND OBERFLAECHEN 320 12.4.1 SCHNITTPUNKTE MIT DER EBENE DES KOORDINATENSYSTEMS 320 12.4.2 SCHNITTPUNKTE MIT BELIEBIGEN EBENEN 321 12.4.3 SCHNITTPUNKTE MIT KUGELN 322 12.4.4 SCHNITTPUNKTE MIT ALLGEMEINEN IMPLIZITEN OBERFLAECHEN 323 12.5 EFFIZIENTE AUSFUEHRUNG 323 12.5.1 ADAPTIVE TIEFENSTEUERUNG 323 12.5.2 DIE AUSDEHNUNG VON HUELLKOERPERN 324 12.5.3 DIE HIERARCHIE DER HUELLKOERPER 324 12.5.4 RAEUMLICHE KOHAERENZ UND UNTERTEILUNG 325 12.6 ANTI-ALIASING 325 12.6.1 UEBERABTASTUNG 326 12.6.2 ADAPTIVE UEBERABTASTUNG 326 12.6.3 STOCHASTISCHE UEBERABTASTUNG 326 12.7 WEITERE VISUELLE EFFEKTE 326 12.7.1 UMGEBUNGS-MAPPING 326 12.7.2 WEICHE SCHATTEN 327 12.7.3 UNSCHARFE REFLEXIONEN 327 12.7.4 DURCHSCHEINENDE OBERFLAECHEN 328 12.7.5 BEWEGUNGSUNSCHAERFE 328 12.8 AUFGABEN MIT LOESUNGEN 328 12.9 WEITERE AUFGABEN 339 11 INHALTSVERZEICHNIS AI MATHEMATISCHE GRUNDLAGEN FUER ZWEIDIMENSIONALE COMPUTERGRAFIK 341 A1.1 DAS ZWEIDIMENSIONALE KARTESISCHE KOORDINATENSYSTEM 341 AL. 1.1 ABSTANDSMESSUNG IM KARTESISCHEN SYSTEM 342 AL. 1.2 WINKELMESSUNG IM KARTESISCHEN SYSTEM 342 AL. 1.3 GERADENBESCHREIBUNG IM KARTESISCHEN SYSTEM 343 AL. 1.4 KURVEN UND PARAMETRISCHE GLEICHUNGEN 344 AI .2 DAS POLARKOORDINATENSYSTEM 345 AL .2.1 WECHSELN DES KOORDINATENSYSTEMS 346 AL .3 VEKTOREN 347 AL .3.1 EIGENSCHAFTEN VON VEKTOREN 347 AL .3.2 KOORDINATENVEKTOREN UND KOMPONENT 348 AI .3.3 DAS PUNKTPRODUKT 349 AL .4 MATRIZEN 350 AL .4.1 ARITHMETISCHE EIGENSCHAFTEN VON MATRIZEN 350 AL .4.2 MATRIXINVERSION UND EINHEITSMATRIX 351 AL .5 FUNKTIONEN UND TRANSFORMATIONEN 352 AL .5.1 FUNKTIONSGRAPHEN 353 AL .5.2 ZUSAMMENSETZEN VON FUNKTIONEN 353 AL .5.3 INVERSE EINER FUNKTION 354 AL .6 AUFGABEN MIT LOESUNGEN 354 A2 MATHEMATISCHE GRUNDLAGEN FUER DREIDIMENSIONALE COMPUTERGRAFIK 371 A2.1 DREIDIMENSIONALE KARTESISCHE KOORDINATEN 371 A2.1.1 ORIENTIERUNG 371 A2.1.2 DIE RECHTE-HAND-REGEL 371 A2.1.3 KARTESISCHE KOORDINATEN VON PUNKTEN IM DREIDIMENSIONALEN RAUM 372 A2.1.4 DIE ABSTANDSFORMEL 373 A2.2 KURVEN UND OBERFLAECHEN IN DREI DIMENSIONEN 373 A2.2.1 KURVEN \ 373 A2.2.2 OBERFLAECHEN 374 A2.3 DREIDIMENSIONALE VEKTOREN 377 A2.3.1 DAS PUNKT UND DAS KREUZPRODUKT 378 A2.3.2 DIE VEKTORGLEICHUNG EINER GERADEN 379 A2.3.3 DIE VEKTORGLEICHUNG EINER EBENE 380 A2.4 HOMOGENE KOORDINATEN 382 A2.4.1 DIE ZWEIDIMENSIONALE PROJEKTIVE EBENE 382 A2.4.2 HOMOGENE KOORDINATEN VON PUNKTEN UND GERADEN DER PROJEKTIVEN EBENE 382 12 INHALTSVERZEICHNIS JO IO FO .4.3 DAS VERHAELTNIS VON HOMOGENEN UND KARTESISCHEN KOORDINATEN 383 .4.4 HOMOGENE KOORDINATEN IN DER DREIDIMENSIONALEN PROJEKTIVEN EBENE 384 .5 AUFGABEN MIT LOESUNGEN 384 LOESUNGEN ZU DEN AUFGABEN 399 INDEX 429 13
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