Vertiefung – Visual Computing

Prof. Hans Kornacher, Prof. Dr. Martin Eisemann

Kreditpunkte
20
Studiensemester
4
Sprache
deutsch
Kürzel
VC
Voraussetzungen nach Prüfungsordnung
keine

Empfohlene Voraussetzungen

Einführung in die Medieninformatik, Algorithmen und Programmierung, Paradigmen der Programmierung, Mensch-Computer Interaktion, Screendesign, Audiovisuelles Medienprojekt

Kurzbeschreibung

Das Modul „Visual Computing” im Medieninformatik Bachelor beschäftigt sich mit der Erzeugung und Verarbeitung visueller Informationen, sowohl in realen als auch computergenerierten Szenarien.

Ziel dieses Moduls ist es den Studierenden eine fachlich fundierte, praktische, sowie theoretische Grundlage im Umgang mit audiovisuellen Medien zu geben. Dabei wird sowohl auf die technische Seite (technischen Grundlagen der Video- und Fernsehtechnik) eingegangen als auch auf die algorithmische (computergenerierte Bildsynthese, Gameentwicklung).

Das Modul ist aus vier Teilbereichen aufgebaut, von denen zwei verpflichtend sind und zwei weitere aus einem Wahlkatalog gewählt werden können. Die beiden Pflichtkurse schaffen ein Fundament, was es erlaubt innerhalb der beiden verbliebenen Kurse, im Gesamtumfang von 10 CP, tiefer in die jeweilige Spezialisierung einzutauchen. Dabei gibt es grundsätzlich die Möglichkeit sich in Richtung Fernseh- und Videoproduktion oder Gameentwicklung zu vertiefen. Die Kurse werden nach Verfügbarkeit angeboten.

Die Kurse sind in der Regel projektbasiert aufgebaut, so dass sowohl theoretischer Hintergrund als auch praxisnahes Wissen vermittelt wird und zur Anwendung kommt.

Lehrform/SWS

Vorlesung, Praktikum / Projekt, Übung mit kursabhängigen Schwerpunkten 4 SWS: Vorlesung 2 SWS; Praktikum 2 SWS

Lehrveranstaltungen

Pflichtmodule im Gesamtumfang von 10CP

  • Audiovisuelle Medientechnik
  • Computergrafik und Animation

Aus den folgenden Wahlkatalogen sind zwei weitere Kurse zu jeweils 5CP zu belegen, welche nach Verfügbarkeit angeboten werden.

Wahlkatalog Film/Video

  • Audiovisuelles Medienprojekt 2
  • Visuelle Effekte und Animation

Wahlkatalog Game Development

  • Crossplatform Game Development mit Unity3D
  • Prozedurale Generierung virtueller Welten

Arbeitsaufwand

600h Gesamtaufwand

Audiovisuelle Medientechnik

36h Vorlesung; 36h Praktikum / Projekt; 78h Selbstlernphase

Computergrafik und Animation

36h Vorlesung; 36h Praktikum / Projekt; 78h Selbstlernphase

Audiovisuelles Medienprojekt 2

36h Vorlesung; 36h Praktikum / Projekt; 78h Selbstlernphase

Visuelle Effekte und Animation

36h Vorlesung; 36h Praktikum / Projekt; 78h Selbstlernphase

Crossplatform Game Development mit Unity3D

36h Vorlesung; 36h Praktikum / Projekt; 78h Selbstlernphase

Prozedurale Generierung virtueller Welten

36h Vorlesung; 36h Praktikum / Projekt; 78h Selbstlernphase

Angestrebte Lernergebnisse

Je nach gewählten Vertiefungskursen entwickeln die Studierenden Fähigkeiten zur selbstverantwortlichen Durchführung von Projekten im Bereich Gamedevelopment, dreidimensionaler Darstellung virtueller Szenen, Film- und Fernsehtechnik, sowie Visueller Effekte.

Audiovisuelle Medientechnik

Die Studierenden sollen durch dieses Modul dazu befähigt werden, auf Basis der technischen Grundlagen der Video- und Fernsehtechnik weitergehende Fragestellungen selbstständig zu erarbeiten und sich so auch zukünftige technische Entwicklungen autonom erschließen zu können. Neben der Entwicklung und Förderung dieser Fachkompetenz ist die Initiierung der Methodenkompetenz eine wichtige Säule des Vorlesungsmoduls. Unter Methodenkompetenz ist hier die Selbstorganisation im Sinne von wissenschaftlicher Fragestellung an einen Themenkomplex und ein strukturiertes Vorgehen in der Erarbeitung eines Lösungsansatzes zu verstehen. Ziel ist es, das Wissen aus verschiedenen Bereichen, wie Kerninformatik, Internet- und Webtechnologien und benachbarten Wissenschaften mit der in diesem Modul unterrichteten Medientechnologien zu kombinieren und in die Medienproduktion zu integrieren. Gerade der Umgang mit Technologien und Methoden aus der Film- und Fernsehproduktion erweitert den Erfahrungshorizont der Studierenden über den bekannten Themenbereich der Kerninformatik hinaus und legt ihnen eine Einarbeitung in informatikfremde Sachverhalte und technologische Problemstellungen und deren Lösungsmethoden nahe. Pragmatisches Ziel ist es, in den unterschiedlichsten Berufsfeldern audiovisueller Medien die Entwicklung und den Einsatz digitaler Medientechnik zu beraten, zu planen, durchzuführen oder zu verantworten.

Computergrafik und Animation

Die Grundlagen der zwei- und insbesondere der dreidimensionalen Computergraphik und Animation stellen ein hervorragendes Paradigma zur Vermittlung zentraler Inhalte und Kompetenzen der Medieninformatik dar.

Den Studierenden wird deutlich, wie der Bogen von den abstrakten, geometrischen und algorithmischen Fakten zu den pragmatischen Gegebenheiten der Computergraphik-Hardware gespannt ist. Sie erkennen die Zusammenhänge zwischen Grundlagenvorlesungen (Mathematik, Algorithmen, Programmierung) und der Gestaltung von Schnittstellen und Oberflächen und werden so für die jeweiligen Inhalte zusätzlich motiviert. Dabei lernen Sie, im Kontext der Computergrafik, Verfahrensweisen kennen, um den algorithmischen Kern eines Problems zu identifizieren und können Algorithmen entwerfen, verifizieren und bzgl. ihres Ressourcenbedarfs bewerten. Sie erwerben die Fähigkeit, aktuelle technologische Entwicklungen im Medieninformatik-Kontext zu bewerten und Trends einzuordnen.

Nach Abschluss des Moduls besitzen die Studierenden grundlegende Kenntnisse über Architektur und Programmierung moderner Graphikhardware, sowie deren Anwendung in konkreten Problemstellungen und Anwendungskontexten. Am Beispiel von OpenGL und der Rendering-Pipeline lernen die Studierenden Problemstellungen im Anwendungskontext zu erkennen und sind mit den zugehörigen Lösungsmustern durch praktische Programmierung vertraut.

Das erlernte Wissen und die erlernten Kenntnisse in der Soft- und Grafikhardware-Architektur ermöglicht es erfolgreichen Teilnehmern, anschließend Echtzeit-Visualisierungen mit OpenGL zu implementieren und somit mit einer modernen, plattformunabhängigen API umzugehen, die flexibel an bestehende Anforderungen angepasst werden kann. Zudem haben Sie die Fähigkeit hochparallele Algorithmen auf der Graphikkarte zu entwerfen und auszuführen.

Dabei beherrschen die Studierenden nach Abschluss des Moduls die Fähigkeit abstrakte Szenen- und Objektbeschreibungen zu erstellen und darzustellen, sowie sich in vorhandenen Quelltext einzuarbeiten und diesen sinnvoll weiter zu entwickeln. Die Inhalte des Moduls befähigen die Studierenden die grundlegenden Algorithmen und Datenstrukturen der Echtzeit-Computergraphik zu beherrschen. Die Studierenden können ihr erworbenes Können und Wissen zur Implementierung einer eigenen Game/Visualisierungs-Engine einsetzen. Dies zeigen Sie durch Umsetzung eines eigenen Projektes in Kleingruppen, wo sie zusätzlich lernen mündlich überzeugend zu präsentieren, abweichende Positionen zu erkennen und in eine sach- und interessengerechte Lösung zu integrieren. Sie zeigen dadurch, dass Sie in der Lage sind sich selbstständig neues Wissen anzueigenen und zu erkennen, welches Wissen relevant ist, können mediengestalterische Grundkompetenzen anwenden und besitzen aktive Vokabularien zur Beschreibung und Realisierung angemessener Konzeptionen. Zudem können sie die Realisationen bezüglich der Zielsetzungen kritisch diskutieren.

Audiovisuelles Medienprojekt 2

Die praktische Umsetzung des Vorlesungsstoffes, die Kommunikation und Zusammenarbeit im Team über Themenbereiche dieses Faches und die Präsentation von eigenen Projekten und Untersuchungsergebnissen sind die Lernziele des Moduls Audiovisuelles Medienprojekt 2. Neben dieser formulierten Fachkompetenz, Methodenkompetenz und Kommunikationskompetenz stehen gerade die sogenannten Softskills Teamfähigkeit und Kommunikationsfähigkeit im Focus der Ausbildung in diesem Modul.

Die Studierenden kennen über die grundlegenden Erzählformen audiovisueller Medien hinaus spezielle Formate wie Spielfilm, Imagefilm und Studioproduktion und haben dabei folgende Fertigkeiten: Sie können eigene audiovisuelle Erzählformen auf der Basis dieser Erzählmuster entwickeln und sind befähigt zur Analyse, zur Diskussion und zur kritischen Betrachtung audiovisueller Medieninhalte.

Pragmatisches Ziel ist es, in den unterschiedlichsten Berufsfeldern digitaler audiovisueller Medien die Entwicklung und den Einsatz audiovisuellen Content zu beraten, zu planen, durchzuführen oder zu verantworten.

Visuelle Effekte und Animation

Die Studierenden kennen die grundlegenden Produktionsschritte und Abläufe einer Film- und TV-Produktion mit visuellen Effekten sowie die in diesem Zusammenhang eingesetzten Softwaretools.

Sie haben die Fertigkeit, spezifische Fragestellungen der Umsetzung visueller, computerbasierter Effekte und der damit zusammenhängenden Bildbearbeitung zu bearbeiten und fallbezogene individuelle Lösungen zu entwickeln.

Unter Entwicklungs- und Methodenkompetenz auf dem Gebiet der Visual Effects ist die Fähigkeit zu verstehen, eigene und für den jeweiligen Anwendungsfall auch eventuell neue Lösungsansätze zu entwickeln, bei denen die unterschiedlichen Methoden der Visual Effects-Ausführung und -Bearbeitung zum Einsatz kommen. Nachdem die Planung, Durchführung und die Bearbeitung von Projekten auf dem Gebiet der Film- und TV-Produktion mit visuellen Effekten in der Regel im kleinen Team erfolgt sind gerade die Softskills der Teamkompetenz und der Organisationskompetenz von großer Wichtigkeit in diesem Modul.

Berufsbilder, die von diesem Modul angesprochen werden, sind zum einen in der Visual-Effects-spezifischen Softwareentwicklung, als auch im Anwendungskontext zu finden: So zum Beispiel in der Planung, Organisation, Durchführung und Verantwortung von VFX-Projekten.

Cross-Platform Game Development mit Unity 3D

Die Studierenden kennen wesentliche Konzepte und Technologien des Game Developments mit Unity 3D und können diese anwenden, um eigenständig im Team Interaktive Applikationen zu konzipieren, realisieren und optimieren.

Die Studierenden kennen die grundlegenden Möglichkeiten von Game Engine Frameworks und sind in der Lage diese kritisch zu beurteilen und auf Basis der Anforderungen eines konkreten Projekts die Umsetzungsmöglichkeiten und Vorgehen zu evaluieren und entsprechende Strategien zu entwickeln, sowie kritisch die benötigten Bibliotheken und Komponenten auszuwählen und diese Wahl zu begründen.

Die Kursteilnehmer sammeln im Rahmen ihres eigenständig entwickelten Projektes Erfahrungen in der Entwicklung von Kleinprojekten bis mindestens zum Grad einer spielbaren Alphaversion oder eines Prototypen.

Prozedurale Generierung virtueller Welten

Die Studierenden haben die Möglichkeit ihr Wissen über 3D-Computergrafik, 3D-Geometrie und Programmierung zu vertiefen und praktisch anzuwenden. Durch den Einsatz von Unity als Crossplatform-Game-Development-Tool können die Studierenden ihre Erfahrung mit einer aktuellen Game-Engine und der dazugehörigen Entwicklungsumgebung vertiefen und werden befähigt diese um Funktionalitäten zu erweitern.

Die Inhalte des Moduls befähigen die Studierenden die grundlegenden Algorithmen und Datenstrukturen der Echtzeit-Computergrafik mit der Game-Engine Unity zu beherrschen. Das Modul ist daher geeignet das Wissen aus den Modulen „Computergrafik und Animation“, sowie ”Cross-Platform Game Development mit Unity 3D” zu vertiefen und zu erweitern.

Konzepte aus der 3D-Computergrafik und der prozeduralen Generierung werden in diesem sehr praktisch ausgelegten Kurs implementiert und die relevanten Grundlagen vermittelt, die es den Studierenden ermöglichen eigenständig Anforderungen für Projekte mit prozeduralen Techniken zu entwickeln und diese praktisch umzusetzen und kritisch zu evaluieren.

Nach Abschluss des Moduls besitzen die Studierenden grundlegende Kenntnisse über verschiedene Techniken der prozeduralen Generierung zur Erstellung von 3D Content für Visualisierungen, Simulationen und Spiele, sowie die Fähigkeiten diese einzusetzen, sowie selbst zu entwickeln.

Inhalt

Audiovisuelle Medientechnik

  • Grundlagen der Fernsehtechnik
  • Digitale Fernsehtechnik
  • HD-Technik
  • Videodatenreduktion
  • Bildwandler
  • Das optische System der Videokamera
  • Signalverarbeitung in der Videokamera
  • Signalaufzeichnung
  • Elektroakustik
  • Bildwiedergabesysteme
  • Lichttechnik und Beleuchtung

Computergrafik und Animation

  • Graphikhardware,
  • OpenGL
  • Transformationen und homogene Koordinaten
  • Interpolation
  • Kameramodelle
  • Clipping
  • Shaderprogrammierung
  • Animation
  • Texturierung
  • Fortgeschrittene Algorithmen (Schatten, Reflexionen, Bump-, Normal-, Parallax-, Relief-Mapping, Globale Beleuchtung, Deferred Shading)
  • Perzeption
  • Grundlagen des Ray Tracings

Audiovisuelles Medienprojekt 2

  • Vertiefung der Video- und Audioaufnahmetechnik
  • Verschiedene Dramaturgiemodelle
  • Drehbuch, Auflösung, Storyboard
  • Schnitt und Montage
  • Liveproduktion im Studio
  • Medienproduktion in den Formaten Spielfilm, Imagefilm und Studioproduktion

Visuelle Effekte und Animation

  • Storyboard
  • Kalkulation
  • Produktionabläufe
  • Keyverfahren mit Green- und Bluescreen
  • Compositing
  • Umgang mit Bild-/Videobearbeitungswerkzeugen

Cross-Platform Game Development mit Unity 3D

  • Aufbau einer Game Engine
  • Gameobjects
  • Game Physics
  • Interaktion
  • Spielmechaniken

Prozedurale Generierung virtueller Welten

  • Einführung in die Game-Engine Unity
  • Primitive und Mesh-Datenstrukturen
  • UV-Mapping und Texturierungstechniken/Materialien
  • Prozedurale Texturgenerierung
  • Parametrisierung von 3D-Modellen
  • Kurven und Flächen
  • Height-Maps
  • L-Systeme und „Turtle“-Grafik-Renderer
  • Triangulations-Algorithmen für Polygone
  • Voxel-Terrain-Generierung
  • Grundlagen 3D-Geometrie
  • Erweiterung des Unity-Editors

Studien-/Prüfungsleistungen

Teilprüfungen in den jeweiligen Kursen. Die Benotung ergibt sich als Mittel aus den jeweiligen Teilnoten.

Audiovisuelle Medientechnik

Schriftliche Prüfung.

Computergrafik und Animation

Die erfolgreiche Teilnahme an den Praktika ist Voraussetzung für die Klausur oder mündliche Prüfung

Audiovisuelles Medienprojekt 2

Projektarbeit

Visuelle Effekte und Animation

Projektarbeit(50%) und schriftliche Ausarbeitung(50%)

Cross-Platform Game Development mit Unity 3D

Präsentation und Dokumentation eines eigenständig entwickelten Projekts

Prozedurale Generierung virtueller Welten

Die erfolgreiche Teilnahme am Abschlussprojekt (eigenständiges Projekt, auch in Kleingruppen möglich) und Fachgespräch

Medienformen

  • Beamer-gestützte Vorlesungen
  • Rechnergestützte Workshops
  • Beispiele aus verschiedenen Medien in elektronischer Form: Filmbeispiele, Webvideos
  • Audiovisuelle Aufnahme- und Wiedergabegeräte

Literatur

Audiovisuelle Medientechnik

  • Schmidt Ulrich, Professionelle Videotechnik, Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 2013, ISBN 978-3-642-38992-4
  • Johannes Webers, Film- und Fernsehtechnik, Franzis Verlag, Poing 2000, ISBN 3-7723-7116-7
  • Möllering, Slansky, Handbuch der professionellen Videoaufnahme Edition Filmwerkstatt, Essen, 1993, ISBN 3 - 9 802 581 - 3 - 0

Computergrafik und Animation

  • Peter Shirley, Fundamentals of Computer Graphics, Peters, Wellesley
  • Andrew Woo, et al., OpenGL Programming Guide, Version 4.3, Addison-Wesley,
  • Tomas Akenine-Möller, Eric Haines, und Naty Hoffman, Real-Time Rendering, 3. Ausgabe, Peters, Wellesley
  • Randi J. Rost, John M. Kessenich, Barthold Lichtenbelt, OpenGL Shading Language, 2. Ausgabe, Addison-Wesley
  • Alan Watt, 3D Computer Graphics, Addison-Wesley
  • Frank Nielsen, Visual Computing, Charles River Media, 2005
  • James Foley, Andries Van Dam, et al., Computer Graphics : Principles and Practice, 2. Ausgabe, Addison-Wesley

Audiovisuelles Medienprojekt 2

  • James Monaco, Film verstehen, Rowolth Taschenbuch Verlag Hamburg, 1980, ISBN 3-499-162717
  • Syd Field, Drehbuchschreiben für Film und Fernsehen, München 2003, ISBN 354836473X
  • Steven D. Katz, Die Richtige Einstellung, Zweitausendeins, Frankfurt a.M.1998,ISBN 3-86150-229-1
  • David Lewis Yewdall, Practical Art of Motion Picture Sound, Focal Press, USA 2003, ISBN 0-240-80525-9
  • Hans Kornacher & Manfred Stross, Dokumentarisches Videofilmen, Augustus Verlag, Augsburg, 1992, ISBN 3-8043-5474-2
  • Hans Beller Hg., Handbuch der Filmmontage, München: TR-Verlagsunion, 1993, ISBN 3-8058-2357-6
  • Karel Reisz, Gavin Millar, Geschichte und Technik der Filmmontage, München: Filmlandpresse, 1988, ISBN 3-88690-071-1
  • Chris Vogler, Die Reise des Drehbuchschreibens, Verlag Zweitausendeins
  • Wolfgang Lanzenberger, Michael Müller, Unternehmensfilme drehen: Business Movies im digitalen Zeitalter, ISBN 978-386764367

Visuelle Effekte und Animation

  • Flückiger Barbara, Visual Effects: Filmbilder aus dem Computer (Zürcher Filmstudien), Schüren Verlag GmbH, 2008, ISBN 978-3894725181
  • Bertram Sascha, VFX (Praxis Film), UVK, 2005, ISBN 978-3896695154

Cross-Platform Game Development mit Unity 3D

Prozedurale Generierung virtueller Welten

  • Peter Shirley, Steve Marschner, “Fundamentals of Computer Graphics“, CRC Press
  • David Salomon, “Curves and Surfaces for Computer Graphics”, Springer
  • Carsten Seifert, “Spiele entwickeln mit Unity 5”, Hanser
  • Noor Shaker, Julian Togelius, Mark J. Nelson, “Procedural Content Generation in Games (Computational Synthesis and Creative Systems)”, Springer
  • Ryan Watkins, “Procedural Content Generation for Unity Game Development”, Packt Publishing
  • Dale Green, “Procedural Content Generation for C++ Game Development”, Packt Publishing