Interaktive Grafische Systeme

Studiengänge mit diesem Modul: Informatik - Verteilte und Mobile Anwendungen (M.Sc.)

Kurzbeschreibung: Die rasante Steigerung der Rechenleistung aktueller Graphic Processing Units (GPUs) in mobilen und stationären Geräten hat dazu geführt, dass eine Vielzahl neuartiger Verfahren im Bereich der interaktiven grafischen Systeme entwickelt wurde. Diese Systeme zeichnen sich durch ihre schnellen Reaktionszeiten und komplexen Darstellungsverfahren aus. Selbst klassische „Offline“-Bildsynthese-Verfahren wie Path Tracing, Photon Mapping oder Radiosity werden zunehmend durch massive Parallelisierung auf der GPU echtzeitfähig. Ferner werden komplexe dreidimensionale Szenen mit Hilfe von effizienten Streaming-Verfahren auf mobilen Geräten dargestellt, die den Hauptspeicher des Geräts um das hundertfache überschreiten. Neben den etablierten Desktop-Computergrafik-Anwendungen gewinnen immersive Darstellungsverfahren wie Virtual und Augmented Reality immer mehr an Bedeutung, die hohe Bildraten und spezielle Darstellungstechniken erfordern.Ziel dieser Veranstaltung ist es, den Studenten unterschiedliche State-of-the-Art-Verfahren und Methoden vorzustellen und sie in die Lage zu versetzen, solche Systeme selbst zu konzipieren und GPU-seitig zu implementieren.

Lehrinhalte

Lernergebnisse / Kompetenzziele: Wissensverbreiterung
Die Studierenden, die dieses Modul erfolgreich studiert haben, kennen und verstehen aktuelle Verfahren zur photorealistischen Echtzeit-Bildsynthese für mobile und stationäre Anwendungen. Sie kennen die wesentlichen Vor- und Nachteile interaktiver Syntheseverfahren und verstehen die Verarbeitungsstufen der GPU.
Wissensvertiefung

Können - instrumentale Kompetenz
Die Studierenden sind in der Lage, photorealistische Bildsyntheseverfahren mit strengen Laufzeitanforderungen auf der GPU zu implementieren. Darüber hinaus können sie bestehende Verfahren auf ihre Implementierbarkeit auf der GPU analysieren.
Können - kommunikative Kompetenz
Die Studierenden erkennen die Komplexität grafischer Echtzeit-Anwendungen und können sich fachlich über diese Systeme austauschen. Ferner können sie fachfremden Personen die Besonderheiten dieser Systeme erläutern.

Können - systemische Kompetenz
Die Studierenden können die Fähigkeiten aktueller GPU-Architekturen abschätzen und neue interaktive Verfahren den einzelnen Verarbeitungsstufen dieser Architekturen zuordnen. Sie können für vorgegebene Anwendungsszenarien passende Verfahren vorschlagen oder ggf. mit vorhandenen Verfahren kombinieren.

Lehr-/Lernmethoden: Die Veranstaltung gliedert sich in einen Vorlesungs- und Seminaranteil. Die Studierenden erarbeiten in einem vorgegebenen Bereich der interaktiven grafischen Systeme ein Forschungspaper, welches entweder eine Zusammenfassung bestehender aktueller Forschungskonzepte oder einen interaktiven Softwareprototyp beschreibt.

Empfohlene Vorkenntnisse: Computergrafik, digitale Bildverarbeitung, Algorithmen und Datenstrukturen

Lehr-/Lernkonzept

Workload Dozentengebunden
Std. Workload	Lehrtyp
30	Vorlesungen
15	Seminare
Workload Dozentenungebunden
Std. Workload	Lehrtyp
25	Veranstaltungsvor-/-nachbereitung
70	Hausarbeiten
10	Literaturstudium

Literatur: Tomas Akenine-Moller, Eric Haines, and Naty Hoffman. 2008. Real-Time Rendering (3rd ed.). A. K. Peters, Ltd., Natick, MA, USA.

Matt Pharr and Greg Humphreys. 2010. Physically Based Rendering, Second Edition: From Theory to Implementation (2nd ed.). Morgan Kaufmann Publishers Inc., San Francisco, CA, USA.

Wolfgang Engel. 2011-2016. GPU Pro 1-7 (1st ed.). A. K. Peters, Ltd., Natick, MA, USA.

Prüfungsleistung