Projekt Systementwicklung: Bildverarbeitung und Computer-Graphik mit C++

von Prof. Dr. Nassir Navab, Christoph Bichlmeier, Tobias Sielhorst, Joerg Traub, Oliver Kutter

Typ: Projekt Systementwicklung MODUL IN0012
Generelle Studienplaneinordnung: BS-INF PF ab 5
Anmeldung bei
Für die Anmeldung benötigen wir folgende Daten: Vorname, Name, Geburtsdatum, Matrikelnummer, Hallen login (z.B. sunhalle), Studiengang.

ECTS: 10 Credits
SWS: 6
Wöchentliches Treffen: dienstags, 16:00-18:00 Uhr im Raum MI 03.13.010
Computer pool: 03.13.008
Programmierberatung: freitags 14:15 - 15:15 Uhr im Raum MI 03.13.008 (hier stehen wir für Fragen zur Verfügung)

Vorbesprechung 24.07.2007 16:00 - 17:00 Uhr im Raum MI 03.13.010.

!!Results of earlier semesters!!

Inhalt

C++: Programmer's Weapon of Choice.
Insbesondere auf dem Gebiet der Computer Graphik (Game Programming, etc.) wird die Programmiersprache C++ der Alternative Java in jedem Fall vorgezogen. In diesem Systementwicklungsprojekt wird Wissen zur Programmierung mit C++ in den Bereichen Bildverarbeitung, 3D Computergraphik und die Schnittstelle zur Shaderprogrammierung (GPU) mit GLSL vermittelt. Für die Bearbeitung und Implementierungen werden Teams zu je zwei bis drei Personen gebildet. Die Aufgaben werden unter Windows mit Visual Studio bearbeitet.
Das Systementwicklungsprojekt ist in zwei Abschnitte unterteilt.
Im ersten Abschnitt werden im Rahmen einer Vorlesung folgende Themen behandelt

1. Versionskontrolle mit SVN, IDE (Visual Studio),
2. C++ Compiler, Linker/Einbinden von Bibliotheken, Debuggen, Standard Template Library, Präprozessor, Objektorientierung, Pointer, Felder und Strukturen
3. Grundlagen der Bildverarbeitung: Effektfilter, Kantenfilter
4. Grundlagen von OpenGL (3D Computer Grafik), OpenAL, OpenInventor, GUIs mit QT
5. Shaderprogrammierung GLSL: Vertex Animation, Beleuchtung, Multipass-Rendering für Image Post Processing, GPU Raycasting

Im zweiten Abschnitt des Systementwicklungsprojekts wird sukzessive eine komplexere Aufgabenstellung (kleines interaktives Spiel) erarbeitet. Die hierfür benötigten Programmiertechniken bauen auf den in Abschnitt eins des Systementwicklungsprojekts erarbeitet Techniken auf.

Wöchentlicher Ablauf

• Montag 12:00 – Abgabe der Aufgaben (SVN commit)
• Dienstag 16:00-18:00 – Wöchentliches Treffen
• Dienstag-Montag – Implementierung der Aufgaben in Teams
• Dienstag Abend - Neues Aufgabenblatt ist online

Aufgaben

Datum	Thema	Folien	Aufgabe	Merkblatt/Lösungshinweise
24.07.2007	Vorbesprechung
23.10.2007	Organisatorisches, !Gruppeneinteilung!, Kurzeinführung C++: Header-files, Präprozessor, Compiler, Linker	Organisatorisches, Intro SVN, Einführung C++	Blatt01
30.10.2007	Einführung in die Bildverarbeitung	Slides Bildverarbeitung (Basics)	Blatt02	ImgProcessingExTemplate
06.11.2007	OpenGL (1): Theorie, GLUT, Transformationen, Beleuchtung	Slides OpenGL Intro	Blatt03
13.11.2007	OpenGL (2): Transparenz, Texturen, Vertex Arrays	Slides OpenGL Intro II	Blatt04
20.11.2007	Projektvorstellung: Tabletop, Einführung in CAMPAR	Folien CAMPAR, Folien Tabletop
27.11.2007	Vorstellung der Gruppenaufgaben mit Zeitplan		Team 1
05.02.2008	Testat und Abgabe der Abschlussarbeit

Teams

Voraussetzungen

Es wird grundlegendes C/C++ Wissen vorausgesetzt. Das Projekt Systementwicklung beinhaltet jedoch zu Beginn eine kurze Einführung in die C++ Programmiersprache. Konzepte der Programmierung und der Objektorientierung, soweit in "Einführung in die Informatik I & II" behandelt, werden vorausgesetzt.

Voraussetzungen für den Erhalt der ECTS-Punkte

• Einreichung der Aufgaben in Teamarbeit von zwei bis drei Teilnehmern bis spätestens Montag 12:00 Uhr

• Aktive Mitarbeit bei den wöchentlichen Treffen
• Abgabe der Projektaufgabe
• Teamarbeit
• Bestehen eines 5min Testats
• Es besteht die Möglichkeit bis 10 Wochen nach dem Vorbesprechungstermin zurückzutreten, um zu vermeiden mit "Nicht bestanden (nicht erschienen)" benotet zu werden.

Wichtige Literatur und Tutorials

C++ Tutorial

• Jesse Liberty, C++ in 21 Tagen . Schritt für Schritt zum Programmierprofi, Eine Einführung in C++ aufgegliedert in ein 21-tägiges Programm. Nach diesen 21 Tagen sollte man die grundsätzlichen Konzepte und Paradigmen von C++ verstanden haben.

C++ Referenzen

• Bjarne Stroustrup, The C++ Programming Language Das C++-Buch, der Autor ist der Begründer dieser Programmiersprache.

OpenGL

• Dave Shreiner, Mason Woo, Jackie Neider, OpenGL Programming Guide 'The Red Book' kann auch hier eingesehen werden (Achtung! Behandelt nicht die aktuellste OpenGL Revision). Grundlegendes Buch für die Open Graphics Library, einer Softwareschnittstelle zur Graphik Hardware. Behandelte Themen sind u.a. das Zeichnen geometrischer Objekte, Farben, der Einfluss auf Licht auf eine Szene, die Repräsentation von Kameras, mit der eine Szene betrachtet werden kann und auch Hardware-nähere Techniken wie Antialiasing, Texture Mapping, oder Framebuffer Control.
• Randi J. Roost, John M. Kessenich, Barthold Lichtenbelt, OpenGL Shading Language 2nd ed.
• http://www.opengl.org

QT

• QT 4.1. Reference Documentation: Komplete Dokumentation inklusive API Dokumentation und Tutorials.

Weiterführende Literatur und Tutorials

C++ Tutorials

• Bruce Eckel, Thinking in C++ 2nd Edition Ein Einführungsbuch, das elektronisch verfügbar ist!
• SGI: Standard Template Library Programmer's Guide Eine Bibliothek von Containern (z.B. Vektoren, Listen, Stacks), Algorithmen (z.B. heap sort, inner product) und Iteratoren (auf Englisch)
• Einführung in die STL
• CPlusplus.com's C++ Tutorial Empfehlenswertes Online Tutorial - auf Englisch

C++ Referenzen

• C++ Library Reference

Advanced Programming with C++

• Scott Meyers, Effective C++: 50 Specific Ways to Improve Your Programs and Designs Eine Anleitung, um C++-code effizient, robust, konsistent, portierbar und wiederverwendbar zu entwerfen, bzw. umzuschreiben
• Scott Meyers, More Effective C++: 35 New Ways to Improve Your Programs and Designs Eine Anleitung, um C++-code noch effizienter, robuster, konsistenter, portierbarer und wiederverwendbarer zu machen

OpenGL

• Dave Shreiner, OpenGL Reference Manual 'The Blue Book' kann auch hier eingesehen werden. Es wurde von den OpenGL Software-Architekten geschrieben und sollte erst verwendet werden, wenn eine gewisse Sicherheit im Umgang mit C++ erreicht wurde. Es enthält alle relevanten OpenGL Methodiken und dazu Code-Beispiele
• NEHE - An Excellent OpenGL Web Tutorial Tutorials und mehr zu OpenGL auf Englisch. Hier die deutsche Übersetzung.

English Version

General content

The Systementwicklungsprojekt is intended to teach C++ for Image Processing, Computer Graphics and Harware based Shader programming (GPU). You will be confronted with a summary about the basics of C++ e.g. preprocessing, compiling, linking, the language itself, version control (SVN). Further topics will be GUIs with QT, 3D Computer Graphics with OpenGL/OpenInventor, Shader programming, Sound with OpenAL.

Prerequisites

The Prjekt Systementwicklung requires basic knowledge in C++. The concepts of OO Programming and other concepts as conducted in the Introduction to CS lecture are assumed.

Schein requirements

Active participation in the weekly meeting, submission of the implementation of the weekly assignments of part I, teamwork, and the presentation of the final assigment.