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E. B.
E. B.
Diese Lernkarten behandeln auf Universitätsniveau die Grundlagen der Medieninformatik, mit Fokus auf HTML, Webseitenstrukturierung und Hypermedia. Sie decken Themen wie Elemente, Attribute, Formulare, Hyperlinks und Dokumentenstruktur ab, sowie die Einbindung von Bildern, Videos und Audio. Die Karteikarten sind ideal für Studierende und Entwickler, die ihr Verständnis von Webtechnologien vertiefen möchten, insbesondere in Bezug auf die Erstellung und Gestaltung von Webinhalten.
Flashcards
382
Students
1
Language
German
Category
Marketing
Level
University
Created / Updated
29.06.2022 / 30.06.2022
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Flashcards
Was ist komplexes Compositing was gilt es zu beachten?
- Komplexes Compositing mit Chroma-Keying
- Vordergrund: Aufnahme neutralen Hintergrund
- Ersetzen der Hintergrundfarbe durch transparenten Alphakanal
- Hintergrund: Aufnahme Hintergrund wird hinter die erste Videospur gesetzt
- Beachte:
- Wahl der Hintergrundfarbe (Blue-/Greenscreen)
- Wahl der Accessoires (≠ Farbe Hintergrund)
- Konsistenz: Szenen gleich beleutet, Perspektive, Anordnung und co. muss konsistent sein
- keinen Yellowscreen (weil gelb keine Grundfarbe = schwieriger zu filtern)
- keine Redscreens (weil rot in menschlicher Hautfarbe zentral ist)
Was ist Video-Rendering?
- Zusammenfügen verschiedener Elemente:
- Videospure(n)
- Tonspure(n)
- Titel
- Überblendungen
- Parameter abhängig von späterer Darbietungsform
- Auflösung
- Framerate (z.B. 25 fps)
- Codec (z.B. H.265)
- Dateiformat (z.B. MP4)
- Ton Codec: z.B. MP3, Anzahl: z.B. Stereo)
Was sind Einsatzgebiete der 3D-Computergrafik?
- Animationsfilme
- keine physikalische Einschränkungen
- Bilder aus 3D Umgeung herausrendern und Objekte hinein animieren
- erster Film: Tron (1982), Jurassic Parc hat alle Dinos animiert (1993) und Toy Story erster komplett computeranimierter Film (1995)
- Computerspiele
- Medizinische Visualisierung (medizinische Ausbildung und in Chirurgie)
- rechnerunterstützes Konstruieren (computer-aided design: z.B. Autoteile werden vorab erstellt)
Was sind Grundbegriffe der 3D-Grafik?
- KOOS inkl. z-Achse (vorne: positive Werte = rechtsorientiertes KOOS)
- Polygone
- beliebige zweidimensionale Figur, die aus geraden Linien besteht
- ergeben zusammen einen geschlossenen Streckenzug: d.h. ist geschlossen, wenn Endpunkt auch Startpunkt ist (P = (x0, y0, z0) = (xn, yn, zn))
- Planarität bei Polygonen:
- Polygon = planar, wenn alle Knoten in einer Ebene liegen
- erst ab 3D relevant, weil dann erst dritte Dimension
- bsp. Tischplatte = planares Objekt
- Flächennormale
- Normale (Normalenvektor) einer Fläche = Vektor, der orthogonal zu seiner Oberfläche
- planares Polygon: Flächennormale ist an jeder Stelle gleich (Polygonnormale)
- nicht-planares Polygon: Normale ist verschieden an unterschiedlichen Punkten
- Polygonnetze
- Sammlung von zusammenhängenden Knoten, Kanten und Flächen
- müssen geschlossen sein (geschlossene Hülle, die ein Objekt darstellt)
- oft: Dreieck- und Vierecksnetze
- Bsp.: Utah Teapot
Wie wird ein Objekt i.d.R. unterteilt?
- in Dreiecke, da diese immer planar sind
- Utah-Teapot:
- Übungsprojekt
- komplexer Gegenstand, der durch viele verschiedene Formen, Materialien, Schatten etc. modelliert wird
Welche Transformationen sind in der 3D-Grafik zu finden?
- Transformationen bewegen einzelne Punkte
- Ganze Objekte transformiert, indem Transformation auf alle Punkte des Objektes angewandt werden
- Transformationen:
- Translation: Verschiebung
- Skalierung: Vergrößerung, Verkleinerung, Verzerrung
- Rotation: Drehung
Wie wird translatiert?
- Vektoraddition: alte Punkte addieren Punkte des Vektors inzu
Wie wird skaliert?
- Matrizenmultiplikation
- Wert > 1: Vergrößerung
- Wert < 1: Verkleinerung
Wie wird rotiert?
- Matrizenmultiplikation
- Diagonale immer 1
- Rest = Winkel
- Siehe Beispielbild
Was ist das Problem bei Matrizenrechnungen?
- Vektoraddition und Matrizenmultiplikation kann man nicht zusammenfassen
- d.h. bei mehreren Rechenschritten pro Pixel: Schritte müssen einzeln durchgeführt werden (uff)
- Lösung: Homogenisierung
- Hinzunahme einer Einheitsmatrix (4. Dimension) zur Darstellug in homogenen Koordinaten
- Vektoren und Matrizen mit homogenen Koordinaten berechnen
- Reihenfolge wichtig: man kann nicht in beliebigen Reihenfolgen die Matrizen zusammenfassen
Wie werden 3D Modelle aufgebaut?
- Polygonnetze: Wireframes
- Objekt inkl. Material und Farbe
Was sind typische Herausforderungen bei dem Aufbau von 3D-Modellen?
- komplexe Objekte setzen sich aus mehreren Teilen zusammen
- manche Einzelteile sollen mehrfach verwendet werden
- Transformationen (und Aninationen) sollen effizient auf mehrere Teile angewandt werden
- mühsam, jeden einzelnen Punkt in Polygonnetze zu erstellen
- lieber: Punkte kopieren und einfügen
Bsp.: Erstellung eines GoCarts, dafür Räder einfach kopieren und ggf. Rückräder etwas größer skalieren und verschieben
Was ist die hierarchische Modellierung?
- erlaubt Mehrfachverwendung von Geometrien und Vererbung von Transformationen (= Objekte, die zu anderem Objekt gehören, bekommen gleiche Transformation)
- Szenengraph
- gerichteter, azyklischer Graph
- gerichtet = Pfeile, die in eine Richtung gegen
logisch, was Elternelement, was Kinderelement ist - azyklisch: immer Richtungen, keine Kreise
- gerichtet = Pfeile, die in eine Richtung gegen
- gerichteter, azyklischer Graph
Was sind Elemente des Szenengraphs?
- logische Elemente (Zusammenfassen mehrerer Elemente)
- Geometrien (Quader, Zylinder, ...)
- Attribute (z.B. Material)
- Transformation (Skalierung, Translation, Rotation)
Was sind Materialien?
- (Oberflächen-) Eigenschaften
- Farbe, Material (bestimmt durch Transparenz, Spiegelung etc.)
- oft unterschiedliche Materialeigenschaften je nach Element
Was sind Texturen?
- Darstellung "natürlicher" Oberflächen
- Oberflächen, die man nicht modellieren möchte
- auf modellierte Fläche kann man Textur (= Bild) legen und so Oberflächenstruktur simulieren
- hoher Detaillierungsgrad möglich
- Texturen sind 2D Rastergrafiken
- über 3D Geometrie legen
- mit Materialeigenschaften von 3D Geometrie verbinden
Wie kann man Objekte positionieren?
- Objektkoordinatensystem
- Objekt in Objekt-KOOS
- Lokales KOOS
- Ursprung des KOOS liegt im Schwerpunkt des Objekts (Pivot-Punkt)
- dadurch: Skalierung und Rotation unkritisch
- Weltkoordinatensystem
- in Szene liet Objekt im Welt-KOOS
- Anwenden von Transformationen wird Objekt vom lokalen ins globale KOOS überführt
- im globalen KOOS: oft mehrere Objekte
Was kann die Kamera in der 3D Umgebung?
Kamera kann unterschiedlich gesetzt werden
Szene ist jeweils eine ander (Blickwinkel unterscheiden sich)
Welche Kameras gibt es?
- Editorkamera
- Blick des Modellierers in 3D Szene
- mehrere Ansichten möglich, z.B. frontal/oben
- Szenenkamera
- Blick auf 3D Szene, wie sie später aussehen soll
- mehrere Kameras für Kamersprünge möglich
- Kamerafahrten:
- mittels Positionsveränderung über Zeit entlang von Kurvenzügen
- durch Anhängen an bewegte Objekte
- Sicht-KOOS
- aus Sicht der Kamera liegt Objekt in Sicht-KOOS
- Urpsrung des KOOS = Kameraposition
- up- und look-Vektoren bestimmen Orientierung
Was sind die Lichtquellen in der 3D-Umgebungen?
- Licht in der 3D-Computergrafik durch Cornellbox modelliert
- Cornellbox dient der Einstellung komplexer Beleuchtung
- Lichtquellen = konzeptionelle Objekte, keine geometrischen Elemente
- verfügen nciht über Oberfläche
- reflektieren kein Licht
Welche Lichtquellen gibt es?
- Ambientes Licht
- gerichtetes Licht
- Lokale Lichtquellen
- Punktlicht
- Spotlicht
- Flächenlicht
Was ist ambientes Licht?
- simuliert allgemeine Raumhelligkeit (Grundhelligkeit)
- ungerichtete Lichtstrahlen
- gleichmäßig verteilt
- Lichtintensität = konstant, unabhängig von Entfernung
Was ist gerichtetes Licht?
- wie weit entferne Lichtquelle (z.B. Sonnenlicht)
- Lichtstrahlen = parallel und gleichmäßig
- Lichtintensität = konstant, unabhängig von Entfernung (da Lichtquelle so weit weg ist, dass minimale Entfernungsunterschiede keine Auswirkungen haben)
Was sind lokale Lichtquellen?
- zusätzlich lokale Lichtquellen positionieren
- Position
- Lichtfarbe
- Intensität (lineare Abnahme der Intensität mit Entfernung)
- Punktlicht
- Ausstrahlung von Licht gleichmäßig in alle Richtungen
- Spotlicht
- Ausstrahlung von Licht restringiert auf kegelförmigen Bereich
- Abnahme der Intensität mit Nähe zum Rand des Lichtkegels (falloff)
- Flächenlicht:
- Licht mit geometrischer Ausdehnung
- oft Annäherung durch über die Fläche verteilte Punktlichtquellen
Somit: was sind Grundelemente in einer 3D Szene?
- Modelle (GoCart, Bodenfläche): Geometrie, Material, Textur, Position
- Kamera
- Lichtquelle
daraus: Szenengraph
Was ist Rendering und was ist dessen Ziel?
- Rendern = Ausgangsdaten werden auf Rasterbildschirm dargestellt
- Ziel:
- beschreibt Erstellung einer 2D Repräsentation von 3D Modellen
- 2D Bilder müssen für Betrachter nach 3D Raum aussehen
Was sind notwendige theoretische Anforderungen beim Rendering?
- Blickpunkt festlegen
- Kameraeigenschaften festlegen (Bildformat, Öffnungswinkel, ...)
- Beleuchtung: Farbverläufe, Reflexionen
- Bestimmung sichtbarer Objekte
- Perspektivische Verzerrungen
Beachte:
es werden mehrere Bilder pro Sekunde gerendert (ca. 60 fps bei 3D Spielen mit schnellen Bewegungen)
Echtzeitanforderung bei interaktiven Anwendungen (innerhalb Sekunden muss decoded werden)
-> Berechnungen werden ausgelagert auf die GPU (Graphic Processing Unit = Grafikkarte)
Wie verläuft die 3D-Rendering Pipeline?
- Modellierung der Geometrie
- Modellierung von Kamera und Lichtquellen
- Positionierung in der Szene
- Bestimmung der Sichtbarkeit
- Beleuchtung
- Projektion
- Rasterung (auf Pixel abbilden)
- 2D Bild
Beachte: oft nicht so sequentiell, sondern eingebaute Shader
Was sind Shader?
- kleine Programme, die parallel auf GPU ausgeführt werden
- Berechnen, wie Pixel eingefärbt werden sollen
- können an unterschiedlichen Stellen der Grafikpipeline aufgerufen werden
- je nach Stelle anderer Shader
- z.B. Wortex-Shader bearbeitet Wirtices (Ecken und Knoten der 3D Modelle) - geht nur vor Rasterung
- Geometrie-Shader: fügen neue Konten in Geometrie ein, z.B. Fell bei Hunden als kleine geometrische Dreiecke statt Textur, um Haare detaillierter zu simulieren
- Shader führen zu realistischeren optischen Darstellungen
Was ist mit der Sichtbarkeitsermittlung gemeint?
- Objekte und aktive Kamers = positioniert
> Objekte liegen im Sicht-KOOS der Kamera- zu jedem Zeitpunkt nur Bruchteil der Polygone sichtbar
- nicht sichtbare Polygone nicht weiter durch Pipeline verarbeiten
Was für Möglichkeiten der Entfernung von Polygonen gibt es?
- Culling gegen das Sichtvolumen (View Frustum Culling)
- Polygone, die außerhalb des Kamerabildes liegen, werden ausgeschlossen
- Sichtvolumen bestimmt durch Kameraposition, Bildränder, vordere und hintere Schnittebene
- erhebliche Optimierungen möglich
- Back Face Culling
- Polygone, deren Nomale von Kamera wegzeigt (liegen auf Rückseite von Objekten), werden verworfen
- wichtig: planare Polygone
- geht nur bei geschlossenen Polygonnetzen
- i.d.R. wird dadurch zu verarbeitende Polygonanzahl halbiert
Welche Beleuchtungsmodelle gibt es?
- Ziel: Berechnung realistischer Lichtinteraktion (Approxaimation mit Modellen)
- Lokale Beleuchtungsmodelle
- nur Beleuchtung durch Lichtquelle wird berücksichtigt, die auf direktem Weg auf Szenenobjekt trifft
- globale Beleuchtungsmodelle
- zusätzlich wird indirekte Beleuchtung berücksichtigt
Was sind Einflussfaktoren für lokale Beleuchtungen?
- für jeden zu beachtenden Knoten der Szenenobjekte wird Lichtintensität berechnet
- Einflussfaktoren
- Position des Punktes P
- Orientierung der zugehörigen Fläche (Normale, N; Normalenvektor auf planarem Objekt
- physikalische Eigenschaften der Fläche (Materialkoeffizienz k)
- Lage und Art der Lichtquelle
- Position des Betrachters (Kamerarichtung V)
- Reflexionsvektor R:
Einfallswinkel = Ausfallswinkel- Vektor wird an Normale gespiegelt
Was ist das Beleuchtungsmodell nach Phong?
- einfaches, bekanntes, lokales Beleuchtungsmodell
- Beschreibung von Interaktionen des Lichts einer Lichtquelle und der Oberflächen
- empirisches Modell: nur Approximation an physikalischen Grundlagen
- Berechnung durch Addition von Reflexionen:
- ambiente Reflexion
- diffuse Reflexion
- spekulare Reflexion
Was ist die ambiente Reflexion?
- Simulation einer Grundhelligkeit
- Annahme:
- konstante Lichteinwirkung auf alle Punkte unabhängig von deren Ausrichtung und Position
- jeder Punkt = konstant beleuchtet
- somit kein 3D Effekt
- Ia*ka
- Ia = Intensität des ambienten Lichtanteils (konstant)
- ka = ambienter Reflexionskoeffizient (abhängig vom Objekt)
Was ist die diffuse Reflexion?
- Simulation von Streulicht
- Matte Oberflächen = stark diffus reflektierend (z.B. Papier, Holz)
- Annahme: auf einem Punkt einfallendes Licht wird in alle Richtungen reflektiert
- Id*kd*{L,N}
- Id = Intensität diffusen Lichtanteils
- kd = diffuser Reflexionskoeffizient (Objektbeschaffung)
- {L,N} = Skalarprodukt der Normalen des Punktes N und des Vektors zur Lichtquelle L
- entspricht cos(Theta) = Winkel, der für jeden Vektor aussagt, wie stark diffus er ist
Was ist das Lambertsche Gesetz?
- Die Intensität des reflektierten Lichts einer Fläche ist proportional um Kosinus des Winkels Theta zwischen der Lichtrichtung L und der Normane N
- Winkel Theta zwischen L und N kleiner, nimmt Intensität des reflektierten Lichts zu
- je größer der Winkel, desto kleiner der Wert des Cosinus
- Bsp.: jeder Punkt des Objekts wird unabhängig von seiner Orientierung zur Lichtquelle beleuchtet und Krümmungen werden so sichtbar
Was ist die spekulare Reflexion?
- Simulation von Spiegellicht (Glanzreflexion)
- glatte, glänzende Oberflächen sind meist stark spekular reflektierend (z.B. Metall)
- Annahme: eintreffendes Licht wird besonders konzentriert in Spiegelrichtung reflektiert
- für Spiegelrichtung gilt Reflexionsgesetz: Einfallswinkel = Reflexionswinkel
- Intensität spekularer Reflexion ist abhängig von Betrachterrichtung V
- Bsp. Jemand trägt Uhr am Arm - Reflexion ist abhängig vom Betrachterstandpunkt
- Intensität ist abhängig vom Cosinus des Winkels delta zwischen Spiegelrichtung R und Betrachtungsvektor V (= Betrachter/Kamerastandpunkt)
- Ia*ks*{V,R}n
- Is = Intensität spekularen Lichtanteils
- ks = spekularer Reflexionskoeffizienz
- {V,R}n = n-te Potenz des Skalarprodukts zwischen Betrachtungsvektor V und Reflexionsvektor R (cos(delta)n
- je kleiner der Winkel, desto stärker die Reflexion
- n = spekularer Exponent (bestimmt Glänzung)
- n = 0 > kein Glanzpunkt
- n = 10 > Objekt erscheint schwach glänzend
- n = 150 > Objekt erscheint stark glänzent
Was muss bei Projektionen von 3D zu 2D beachtet werden?
- Anwendungen geometrischer Projektionen (Projektionsmatrix) zur Projektion jedes Punktes einer 3D Szene auf eine Projektionsfläche (Canvas)
- Objekte liegen in Sichtkoordinaten vor
- Ziel: Objekte in Bildkoordinaten umwandeln
Was ist mit Verdeckung gemeint?
- manche Objekte liegen näher an Kamera und verdecken so andere
- einfache Lösung: Polygone nach Lage im Raum sortieren und von hinten nach vorne zeichnen
- Problem: Welches Objekt/Polygon wird zuerst gerendert - z.T. nicht eindeutig
- Lösung: z-Buffer Algorithmus
