3DProgrammierung - 1 Einstieg und Kreativtechniken...Prof. Dr. Marco Block-Berlitz Vorlesung...

Hochschule für Technik und Wirtschaft DresdenUniversity of Applied Sciences

Prof. Dr. Marco Block-BerlitzSommersemester 2013

Diplomstudiengang MedieninformatikMasterstudiengang Angewandte Informationstechnologien

Vorlesung

3D-Programmierung

Prof. Dr. Marco Block-Berlitz Vorlesung 3D-Programmierung SoSe 2013 Folie 4

Veranstaltungsplan

Zeiten Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Wochenende

07:30 – 09:00

09:20 – 10:50 PRAKTIKUMZ701

11:10 – 12:40 VORLESUNGS230

13:10 – 14:40

15:00 – 16:30

16:50 – 17:20

Zeiten Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Wochenende

07:30 – 09:00

09:20 – 10:50

11:10 – 12:40 PRAKTIKUMZ701

VORLESUNGS230

13:10 – 14:40

15:00 – 16:30

16:50 – 17:20

1. Woche: Vorlesung und Praktikum

2. Woche: Vorlesung und Praktikum


Organisatorisches

Ich, Du, Er, Sie, Es, Wir, Ihr, Sie?

Pünktlichkeit des Dozenten

Wenn es einen Gruppensprecher gibt, wird er sofort erfahren, fallsmeine Zugverbindung zu einer Verspätung/Verschiebung führt. Dieser informiert dann die anderen Teilnehmer.

Falls es noch keinen gibt, wird jetzt einer gewählt!


Was assoziiert Ihr mit „3D-Programmierung“?


Die Philosophie meiner Veranstaltung


Neben der Vermittlung grundlegender Kenntnisse der 3D-

Programmierung steht die Entwicklung eines spannenden

Softwareprojekts als motivierende Orientierung im Vorder-

grund.

Die Teilnehmer wählen nach einer Kreativphase das

Projekt aus. Zusätzliche Lerninhalte orientieren sich am

konkreten Projekt und der Wahl der Technologie.


Da alle Phasen eines Projekts durchlaufen werden,

beschäftigen wir uns intensiv mit Teamarbeit, Kommu-

nikation, Koordination und Planung von Projekten.

Die Veranstaltungsteilnehmer lernen auf effiziente Weise,

dreidimensionale Welten (z. B. in einer Gameengine)

aufzubauen, zu texturieren, zu beleuchten und erlebbar

zu machen. Hinzu kommt der Einsatz moderner

Interaktionsschnittstellen.


Organisatorisches

Mündliche Prüfung, 30 min 40%Alternative Prüfungsleistung 60%

Scheinkriterien

Unterstützung bei den Praktika

Stefanie Strauß, Dipl.-Inf. (FH)

Projektarbeit in den Praktika

6-7 Wochen


Vorlesungsmaterialen und Literaturliste

Vorlesungsfolien werden bereit gestellt und ersetzen das Vorlesungsskript, Programme, Literaturhinweise und weiteres Material werden auf einer Veranstaltungswebseite zur Verfügung gestellt:

http://www.marco-block.de bzw. http://bildungsportal.sachsen.de/opal

Vorlesungsmaterialien

http://fivedots.coe.psu.ac.th/~ad/kinect/

Literaturliste (wird ständig aktualisiert)

[1] Busby J., et. al.: "Mastering Unreal Technology, Volume I - III", Sams Publishing 2009

[2] Bradski G, Kaehler A.: "Learning OpenCV: Computer Vision in C++ with the OpenCV Library", 2. Auflage, O‘Reilly Media 2012

[3] Ryan H. C.: "Unity 3D Game Development by Example", Packt Publishing 2010

[4] Blackman S.: "Beginning 3D Game Development with Unity: All-In-One, Multi-Platform Game Development", Springer-Verlag 2011

[5] Davison A.: "Kinect Open Source Programming Secrets: Hacking the Kinect with OpenNI, NITE, and Java", McGraw-Hill, 2012

[6] Völcker P: "Spiele entwickeln für iPhone und iPad: Programmierung, Grafik, Sound und Special Effects", dpunkt.verlag, 2012


Für diejenigen, die mich noch nicht kennen …


Wissenschaftlicher Lebenslauf

Diplom Informatik (2004) Promotion (2008)FU Berlin


Autonome Fahrzeuge (Youtube-Video)

http://www.autonomos.inf.fu-berlin.de/



Diplom Informatik (2004)

Mediadesign Hochschule in Berlin - Professor für Gamedesign (2009-2012)

Promotion (2008)FU Berlin


Autonomer Rollstuhl (Youtube-Video)

http://www.autonomos.inf.fu-berlin.de/






HTW Dresden - Professor für Computergrafik (seit 2012)


Pizza Delivery Copter (Youtube-Video)

Googlesuche zum Youtube-Video: „Flying Pizza Delivery Service“


Projekt Archäocopter

www.a-eye.de

Freie Universität BerlinHTW Dresden


23.03.2013 Tag der offenen Tür

05.07.2013 LNDW an der HTW Dresden

08.06.2013 LNDW an der FU Berlin






HTW Dresden - Professor für Computergrafik (seit 2012)


Noch eine kleine Anmerkung …


Wer nicht fragt – bleibt dumm …

Vorlesung 3D-Programmierung

Prof. Dr. Marco Block-Berlitz

Vorlesungsteil

Ideenfindung durch Kreativmethoden

Alle Menschen haben die Anlage, schöpferisch tätig zu sein. Nur merken es die meisten nie.Truman Capote


Wir brauchen Ideen!

Wieviele Äpfel sind notwendig?


Wie kommt Ihr auf Ideen?

Wie löst Ihr neuartige Probleme?


Ideenfindung in Gruppen

Die Ideenfindung in einer heterogenen Gruppe (oft mit einem Moderator) hat Vorteilegegenüber Einzelpersonen:

- eine größere Lösungszahl ist möglich

- eine größere Vielfalt der Lösungswege ist zu erwarten

In der Gruppe sollten dafür allerdings keine Hierarchiezwänge herrschen.


„Brainstorming“-Methoden

Der Begriff Brainstorming („using the brain to storm a problem“) wurde eigentlich durch AlexF. Osborn geprägt, steht aber heutzutage stellvertretend für eine ganze Reihe von kreativenFindungstechniken:

- Brainstorming- Mind Maps- 6-3-5 Methode (Brainwriting)- Collective Notebook (Brainwriting)- Kopfstandtechnik- Provokationstechnik- Reizwortanalyse- Osborn Checkliste- Analogien- Bisoziationen- Semantische Intuition- …

Moderne Unterrichtsmethoden in der Schule, sind ein weiteres Feld, in dem interessante Ideen und Inspirationen zu finden sind.


Brainstorming

Eine Gruppe von 5-7 Personen wird zusammengestellt, am besten ohne Hierarchiefaktor. DieGruppenleitung führt in das Problem ein. Frage- bzw. Aufgabenstellungen werden dabeiformuliert. Bei der Ideenfindung (kann moderiert werden) sollen alle Ideen/Assoziationen ohneKritik und Bewertung geäußert werden.

Phase 1: Ideen finden

- Keine Kritik an anderen Beiträgen- Keine Bewertung oder Beurteilung der Ideen- Jeder soll seine Gedanken frei äußern- Kombinieren und Aufgreifen von bereits geäußerten Ideen- Je kühner und phantasievoller, desto besser- Viele Ideen in kürzester Zeit

Quantität vor Qualität (5-30 min)

Phase 2: Ideen filtern

- alle Ideen werden vorgelesen- jede für sich bewertet - und anschließend sortiert


Ein Beispiel aus dem Jahr 2010


Projektvorgaben – Künstliche Intelligenz (2010)

Echtzeit-Vision mit

einer Low-Budget-

Webcam

Gestik und Sprache als

Kommunikationskanäle

MS Visual Studio

C#

Game engine

Unity 3D

Foyer-

installation

Intuitive

Anwendung

Keine Gewalt,

kein Blut

Alle Altersklassen


Brainstorming Umgebung und Protagonist


Erste Konzeptskizzen


Fortschritte bei der Modellierung


Forschritte in Unity


Der erste Prototyp (nach 8 Tagen)


Forschritte im Leveldesign


Fortschritte bei der Programmierung

Planning the movement

with clustered a*-algorithm

Water simulation

improved

planned


Der zweite Prototyp (nach weiteren 4 Tagen)


Den finalen Prototypen zeige ich nächste Woche.


Was haben wir ganz nebenbei gelernt?

� Projektorganisation und Teamarbeit mit Scrum

� Recherche und „State-of-the-art“-Technologien

� Kauf versus Selbstentwicklung (Xaitment, …)

� Realisierung von komplexem Verhalten

� Logische Repräsentation, Sprache der KI (Prolog)

� Finite-State-Machines (Fuzzy, Probabilistisch, …)

� Repräsentationsformen von Räumen und Wegen

� verschiedene Wegefindungsalgorithmen (A*, …)

� Entscheidungsbäume

� verschiedene Lernverfahren

� Realisierung und Grenzen der Spracherkennung

� Bildverarbeitung, Gesichts- und Augenerkennung

� Projektarbeit in Unity und mit OpenCV bzw. SAPI


Mind Maps

Mind Mapping („Gedankenlandkarten“) ist eine Visualisierungstechnik, die in den 70er Jahrenvon Tony und Barry Buzan entwickelt wurde.

Mit Mind Maps lassen sich Informationen sammeln und strukturieren. Begriffe und Halbsätzewerden hier in Haupt- und Unteräste geschrieben. Inhalte lassen sich durch besondereSchriftauszeichnungen, Farben, Bilder und Symbole kennzeichnen.


Erstellung einer Mind Map

1) Thema in das Zentrum2) Beiträge erfassen und strukturieren3) Wichtige Inhalte hervorheben4) Übersichtlichkeit schaffen5) Reihenfolgen vorgeben6) Beziehungen aufzeigen7) Verzweigungen einbauen8) Ideenproduktion anregen

EDrawMindMap


Beispielrealisierung einer MindMap

Hier ein kleines MindMap-Beispiel:


Was könnte am Mind-Mapping zu kritisieren sein?


6-3-5 Methode

Die Kreativmethode 6-3-5 (von Bernd Rohrbach) ist eine Brainwriting-Technik, die Leute„zwingen“ soll, auf die Ideen anderer aufzubauen und dadurch eigene Ideen zu entwickeln.Abwechslungsreicher als Brainstorming für die Teilnehmer, da durch die zeitliche Taktung derMethode Abwechslung entsteht.

Vorgehensweise:

- 6 Personen - Jeder Teilnehmer erhält ein Formular- Im ersten Schritt wird die erste Zeile (3 Ideen) von jedem Teilnehmer ausgefüllt- Jedes Formular wird nach 5 Minuten von allen gleichzeitig im Uhrzeigersinn weitergereicht- Der Nächste versucht nun die bereits genannten Ideen aufzugreifen, zu ergänzen und weiter

zu entwickeln (Zeile 2 usw.)- Die Runde geht so lange bis alle

Spalten ausgefüllt sind- Innerhalb von 30 Minuten können so

theoretisch 108 Ideen entstehen- Am Ende findet die Bewertung der

Ideen statt

Name Idee 1 Idee 2 Idee 3

MeineBewertung


Beispiel für die 6-3-5-Methode

Schauen wir uns ein kleines Anwendungsbeispiel an: Es geht darum, eine innovative Projekt-idee zu entwickeln (Thema: Intelligente Assistenten im Alltag).


MeineBewertung





Marco

Johann

Peter

Cathrin

Georg

Sabine

MeineBewertung





Marco Intelligenz, die Emails entgegennimmt und sortiert

Johann

Peter

Cathrin

Georg

Sabine

MeineBewertung






Intelligenz, die Webseiten,Newsletter, Zeitschriften nach meinen persönlichen Interessen durchsucht

Johann

Peter

Cathrin

Georg

Sabine

MeineBewertung







Intelligenz, die mit allen Vorlesungs-inhalten gefüttert wird. und alle Fragen beantw.orten kann

Johann

Peter

Cathrin

Georg

Sabine

MeineBewertung








Johann Beantwortet einfache automatischund sendet interessante aufs IPhone

Peter

Cathrin

Georg

Sabine

MeineBewertung









Und auf mein IPhone sendet

Peter

Cathrin

Georg

Sabine

MeineBewertung









Und auf mein IPhone sendet und auf dem IPhone laeuft

Peter

Cathrin

Georg

Sabine

MeineBewertung










Peter Bietet vorgefertigte Antworten aus einem Antwortenpool an., die passen

Cathrin

Georg

Sabine

MeineBewertung











Dazu lernt, was mich interessiert und die Sachen in kompakter Form liefert

Cathrin

Georg

Sabine

MeineBewertung












Fuer mich Tests konstruiert und mich abfragt

Cathrin

Georg

Sabine

MeineBewertung












Fuer mich Tests konstruiert und mich abfragt

Cathrin XXX XXX XXX

Georg XXX XXX XXX

Sabine XXX XXX XXX

MeineBewertung


Collective Notebook

Diese Methode verzichtet auf die Gruppendynamik. Hier müssen die Teilnehmer allerdingsnicht am gleichen Ort sitzen und beeinflussen sich deshalb auch nicht.

Vorgehensweise:

- Jeder Teilnehmer erhält den Auftrag, über einen festgelegten Zeitraum Ideen zur Lösung auf einem Notizblock zu sammeln.

- Dabei sollte dieser immer dabei sein, um spontane Einfälle festzuhalten.


Ja, es gibt auch sehr einfache Techniken :) …


Kopfstandtechnik

Bei der Kopfstandtechnik (oder auch Umkehrtechnik) wird die ursprüngliche Aufgabenstellungins komplette Gegenteil verkehrt. Sie ist besonders gut für Probleme mit einer konkretenFragestellung geeignet, in dem sie sich die Eigenart des Menschen zu Nutze macht, Negativesschneller zu erfassen als Positives.

Vorgehensweise:

- Konkretes Problem/Fragestellung/Thema definieren- Umformulierung des Problems um 180°: „Was müssen wir tun,

um das genaue Gegenteil zu erreichen?“- Lösungen zur umgekehrten Aufgabenstellung finden- Moderator sorgt für kreative, aber nicht zu ausgelassene Atmosphäre- Die Lösungen auf den Kopf stellen- Auswertung der Ideen: Welche Beiträge helfen weiter für die Lösung?


Provokationstechnik

Dabei werden in Analogie zur Kopfstandmethode gezielt bestehende Annahmen undErfahrungen in Frage gestellt oder unerwartete Anregungen geliefert. Provokationen sind dabeinie als wahr oder falsch anzusehen, sondern sollen vielmehr als Trittsteine für weitere Ideendienen und werden interpretiert als „Was wäre, wenn …“. Vorangestellt werden dabei dieBuchstaben PO.

Methoden um Provokationen zu finden:

- Annahme aufheben PO Eine Bibliothek hat keine Bücher- Idealfall PO Niemand fällt durch eine Prüfung- Umkehrung PO Studenten unterrichten Professoren- Übertreibung PO Jeder Student erhält einen Abschluss- Zufall PO Hochschule PO Pizza- Verfälschung PO Studenten sind älter als Professoren

Vorgehensweise:

- nachdem eine Provokation gebildet wurde, müssen darausLösungsideen entwickelt werden

- hier könnten wieder andere Techniken zum Einsatz kommen


Reizwortanalyse

Mit der Reizwortanalyse soll kreatives Denken und intuitive Problemlösung anhand freierAssoziationen ermöglicht werden. Sie ist besonders hilfreich, wenn sich ein Team in einerSackgasse befindet. Durch die verschiedenen „Reizwörter“ fällt es leichter, eine noch niegedachte, neue Idee zu finden.


Moment mal … „Reizworte“ oder „Reizwörter“ …

Was ist eigentlich die Mehrzahl von „Wort“?


Reizwortanalyse

Mit der Reizwortanalyse soll kreatives Denken und intuitive Problemlösung anhand freierAssoziationen ermöglicht werden. Sie ist besonders hilfreich, wenn sich ein Team in einerSackgasse befindet. Durch die verschiedenen „Reizwörter“ fällt es leichter, eine noch niegedachte, neue Idee zu finden.

Vorgehensweise:

- gemeinsame Problemdefinition im Team- Suchen nach Reizwörtern: z. B. willkürliche Auswahl von 3 Substantiven aus einem Buch- Die Reizwörter werden analysiert hinsichtlich ihrer Funktionsweise, Zweck, Ausgestaltung- Zwischen dem Reizwort und dem Problem wird eine Verbindung hergestellt

Beispiel:1. Das Problem wird so definiert, dass jeder die gleiche Vorstellung davon hat.Beispiel: Wie kann das Image unseres Unternehmens am Markt verbessert werden?

2. Es werden maximal 5 Reizwörter durch Zufallsprinzip gefunden (2 Möglichkeiten beachten)Beispiel: Eichhörnchen, Fahrrad, Kastanie, Kaffeekanne und PC

3. Jedes Reizwort wird für sich analysiert.Beispiel: Wenn das Reizwort „Eichhörnchen“ ist, wird jetzt gesammelt, was ein Eichhörnchen ausmacht: es ist flink, lebt im Wald, sammelt Vorräte, etc. Für „Fahrrad“ wäre folgendes denkbar: es muss nicht betankt werden, wird leicht gestohlen, es ist ein Sportgerät, etc.

4. Zwischen dem Reizwort und dem Problem wird eine Verbindung hergestellt. Wie kann man die Qualitäten eines Eichhörnchens für unser Unternehmen interpretieren? Worin könnten die Ähnlichkeiten zwischen unserem Unternehmensimage und einem Fahrrad bestehen?


Wer jetzt immer noch keine Ideen hat, kann sich auch

durch eine laaange Liste von Fragen durcharbeiten …


Osborn Checkliste

Verschiedene Richtungen für ein und dasselbe Thema sollen angedacht werden können. Dieerste sinnvolle Lösung soll so weiter durchdacht und hinterfragt werden.

Vorgehensweise:

- Gemeinsame Problemdefinition im Team- Durchgehen der Checkliste in beliebiger Reihenfolge und evtl. Auswahl von nicht geeigneten

Fragestellungen- Aus den Antworten eine neue Lösungsidee gewinnen

Auszug aus der Osborn Checkliste (62 Fragestellungen):

- Gibt es alternative Verwendungen so wie es ist?- Gibt es alternative Verwendungen wenn es angepasst wird?- Ist etwas anderes so wie dies?- Zu welch anderen Ideen/Verwendungen regt es an?- Gibt es Parallelen in der Vergangenheit?- Was kann ich kopieren?- Wen kann ich nachahmen, was kann ich nachbilden?- Neue Wendung, Drall, Richtung?- Ändere Bedeutung, Farbe, Bewegung, Richtung,

Ton, Geruch, Form, Ausformung!- Gib ihm andere Formen, Geometrien!- Was kann ich hinzufügen?- …


Schöpfen wir doch mal aus unserem Erfahrungsschatz.


Analogien – Direkt

Bei Analogien geht es immer darum, zwei Dinge miteinander zu vergleichen und Ähnlichkeitenfestzustellen. Über diesen Vergleich lassen sich auch Erkenntnisse gewinnen und neue Ideenfinden.

Direkte Analogie Sie suchen sich etwas, was Ihrem Problem entspricht, nur aus einemanderen Bereich stammt.

Beliebt sind zum Beispiel Rückgriffe auf die Natur:Sie vergleichen Flugzeugflügel und Vogelflügel miteinander, lernen soaus den Lösungen der Natur.


Analogien – Visuell


Visuelle Analogie Beruht auf einem ähnlichen Aussehen.

So könnten Sie zum Beispiel die Gestaltungsweise von eBooks an dasvergleichbare Medium Buch anlehnen – und an einem bewährtenKonzept anknüpfen.


Analogien – Funktionell/Strukturell


Funktionelle/strukturelle Analogie Hier vergleichen Sie schon bekannte Aufgaben oderStrukturen mit Ihrem neuen Anliegen.

Beispiel: Sie suchen eine Repräsentationsform (für dasWikingerschach), die zu Ihren Daten passt, und sehen sich dazuverschiedene Strukturen in ähnlichen Kontexten an (BitBoards).


Analogien – Symbolisch


Symbolische Analogie Sie überlegen dabei, mit welchen Symbolen sich Ihr Thema wieder-geben lässt, welche Bilder Ihnen dazu einfallen.

So könnten Sie z.B. das Verteilen von Haarspray aus einer Spraydosemit einer Wolke vergleichen – und sich Gemeinsamkeiten und Unter-schiede bewusst machen.


Analogien – Persönlich


Persönliche Analogie Setzen Sie Ihre Bildersuche mit der persönlichen Analogie fort undfragen Sie sich, wie Sie sich als Spraydose fühlen würden.

Diese Übertragung kann Ihnen nicht nur helfen, sich mit der Spray-dose zu beschäftigen, sondern kann auch für ganz neue Erkenntnissesorgen.


Bisoziationen

Während die Assoziation gedankliche Verknüpfungen auf einer Ebene bezeichnen, haben wirüber die Bisoziation (Kunstwort von Arthur Koestler) einen Mix aus zwei Kontexten, dieansonsten nichts miteinander zu tun haben.

General Game PlayingMaschinelles Sehen

Machina ludens

Bei einer Bisoziation assoziieren Sie zweimal: Das erste Mal sammeln Sie Gedanken und Ideenzu einem Thema, das möglichst wenig mit Ihrer Ausgangsfrage zu tun hat. Im zweitenDurchgang versuchen Sie dann, die Ausgangsfrage mit den so gewonnenen Assoziationen zuverknüpfen und durch diese neuen Ansätze zu lösen.


Semantische Intuition

Zwei Einzelworte werden bei dieser Technik zu einem Wort verschmolzen. Im Unterschied zumStandardweg: Erst Produkt entwerfen, dann Namen geben, wird auf diese Weise erst ein Namekreiert und anschließend das Aussehen/die Funktionalität beschrieben.

Vorgehensweise:

- Liste von Begriffen aus dem Problemumfeld sammeln- Anschließend zwei Wörter zu einem neuen kombinieren- Abschließend wird überlegt, was sich hinter dieser neuen

Bezeichnung verbergen könnte

„Seh-Spielmaschine“


Aufgaben – at home (freiwillig)

Aufgabe 1) Verschaffen Sie sich einen Überblick zu weiteren Kreativ-Techniken. Diese könnten Ihnen beispielsweise der Erarbeitung einer Idee für die Abschlussarbeit sehr nützlich sein.

Das kostenlose E-Book von Heike Thormann (www.kreativesdenken.com) bietet sich als Startpunkt der Recherche an.


Aufgaben – at home (freiwillig)

Aufgabe 4) [Gruppe] Erstellen Sie eine kleine Präsentation (max. 10 Minuten),in der Sie Ihren Kommilitonen und Ihrem Dozenten Ihre besten, kreativ ent-wickelten Lösungsvorschläge präsentieren.

Aufgabe 1) [Gruppe] Erarbeiten Sie mit Hilfe der 6-3-5-Methode eine Lösung zu folgenderFragestellung:

Was gehört alles zu einer perfekten Studentenparty?

Aufgabe 2) [Gruppe] Erarbeiten Sie mit Hilfe der Kopfstand- und der Provokationsmethodeeine Lösung zu folgender Fragestellung:

Wie lässt sich der Lehrbetrieb an der HTW Dresden weiter verbessern?

Aufgabe 3) [Gruppe] Sie haben jetzt bereits ein wenig Erfahrung mit Ideenfindungsme-thoden. Erarbeiten Sie mit Hilfe der Brainstormingmethode eine Lösung zu fol-gender Aufgabenstellung:

Entwickeln Sie eine noch unbekannte Kreativtechnik!

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