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Informatik-Ansicht

Virtual Reality and Physically-Based Simulation


Virtual Reality and Physically-Based Simulation
Modulnummer
ME-708.03
Master
Pflicht/Wahl
Wahl Basis Ergänzung
Sonderfall
Zugeordnet zu Masterprofil
Basis Ergänzung
Sicherheit und Qualität
KI, Kognition, Robotik
Digitale Medien und Interaktion
Modulbereich : Praktische und Technische Informatik
Modulteilbereich : 708 Computergrafik
Anzahl der SWS
V UE K S Prak. Proj.
3 1 0 0 0 0 4
Kreditpunkte : 6 Turnus

Jedes Wintersemester

Formale Voraussetzungen : -
Inhaltliche Voraussetzungen : Der Besuch der VL "Computergraphik" ist von Vorteil, aber nicht zwingend notwendig. Programmierkenntnisse in Java oder C++ werden benötigt. Im zweiten Teil werden einfache Differentialgleichungen benötigt.
Vorgesehenes Semester : ab 1. Semester
Sprache : Deutsch/Englisch
Ziele :
  • Technologien und Konzepte der VR kennen; verschiedene virtuelle Umgebungen klassifizieren können
  • wichtige 3D- und immersive Interaktionsmetaphern kennen
  • grundlegende Algorithmen und Methoden zur Simulation virtueller Umgebungen kennen
Inhalte :

Virtuelle Realität (VR) befindet sich an der Überschneidung von Computer-Graphik, physikalisch-basierter Simulation, und Human-Computer-Interaction (HCI). VR befaßt sich mit neuartigen Eingabegeräten, intuitiver und direkter Interaktion, Immersion, Echtzeit-Rendering und physikalisch-basierter Simulation in Echtzeit. Bei letzterem geht es um die möglichst realistische Simulation von natürlichen Phänomenen, z.B. Feuer, von Stoff, z.B. als Kleidung, oder dem Verhalten starrer Objekte bei Stößen.

VR hat sich inzwischen in verschiedenen Anwendungsbereichen als wichtiges Werkzeug durchgesetzt, u.a. im Automobil- und Flugzeugbau und der Medizin. Außerdem lassen sich viele Techniken und Lösungen auch im Bereich der Computerspiele anwenden.

In dieser Vorlesung werden zunächst grundlegende Methoden und Algorithmen vorgestellt. Anschließend werden Themen behandelt, die für ein komplexes VR-System relevant sind (z.B. Objekt-Verhalten, Kollisionserkennung, akustisches Rendering, etc.).

Geplante Themen:

  • Einführung, Begriffe, Immersion, Anwendungen
  • VR-Geräte: Displays, Tracking, Software-Design
  • Stereo-Rendering
  • Fehlerkorrektur: Tracking-Korrektur, Filterung,
  • Techniken für Real-time Rendering
  • Grundlegende immersive Interaktionstechniken: Gestenerkennung, Navigation, Selektion, Greifen, Menüs in 3D
  • Komplexere immersive Interaktionstechniken: World-in-Miniature, Action-at-a-Distance, etc.
  • Kollisionserkennung
  • Force-Feedback: Rendering von Kräften
  • Akustisches Rendering
  • Partikelsysteme
  • Feder-Masse-Systeme

Die Übungen sind sämtlich praktischer Natur. Es wird voraussichtlich auf dem cross-plattform-fähigen VR-System InstantReality aufgesetzt. Die Programmiersprache kann von den Teilnehmern gewählt werden; zur Auswahl stehen Java, Javascript, und C++. Gerne dürfen Sie auch in kleinen Teams die Aufgaben bearbeiten.

Unterlagen (Skripte, Literatur, Programme usw.) :
  • William R. Sherman, Alan B. Craig: Understanding Virtual Reality. Morgan Kaufmann, 200
  • Don Brutzman, Leonard Daly: X3D: Extensible 3D Graphics for Web Authors. Morgan Kaufmann, 2007.
  • Daniel Fleisch: A Student’s Guide to Vectors and Tensors. Cambridge University Press
  • Kenny Erleben et al.: Physics Based Animation. Charles River Media, 2005
  • Kay M. Stanney (Ed.): Handbook of Virtual Environments. Lawrence Erlbaum Associates, 2002

Achtung: diese Lehrbücher können nur als generelle Einführung in das Gebiet der VR dienen. Die meisten der in der Vorlesung behandelten Themen orientieren sich nicht direkt an diesen Lehrbüchern. Daher empfiehlt sich der Besuch der Vorlesung.

Form der Prüfung : i.d.R. Bearbeitung von Übungsaufgaben und Fachgespräch oder mündliche Prüfung
Arbeitsaufwand
Präsenz 56
Übungsbetrieb/Prüfungsvorbereitung 124
Summe 180 h
Lehrende: Prof. Dr. G. Zachmann Verantwortlich Prof. Dr. G. Zachmann
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