Christian Lessig

Mathematical Tools for Computer Graphics


Spring/Summer 2017, Otto-von-Guericke Universität Magdeburg

Details: Vorlesungsverzeichnis

Lecturer: Christian Lessig

Lectures: Tuesdays, 13:00 - 15:00, G29-335

Tutorials: Thursdays, 11:00 - 13:00, G29-426

Office hours: Thursdays, 14:00 - 15:00, G29-215

Course description:

Computergraphik beschäftigt sich mit dem Rendern von Bildern, der Simulation von Flüssigkeiten, dem Modifizieren und Glätten von Dreiecksnetzen, dem Manipulieren von Fotographien, … Trotz der Vielfalt von Anwendungen basieren diese oft auf den selben mathematischen und algorithmischen Werkzeugen. Diese spielen darüber hinaus auch in andere Gebieten wie zum Beispiel Computer Vision und dem maschinellen Lernen eine große Rolle. In diesem Kurs werden einige dieser Werkzeuge aus einem einheitlichen Ansatz heraus entwickelt und für Anwendungen in der Computergraphik und insbesondere der Bildgenerierung verwendet. Neben einer Einführung in die mathematischen Grundlagen werden wir untersuchen, wie (oft kontinuierliche) mathematische Modelle auf einem (endlichen) Computer umgesetzt werden können und uns mit dem Wechselspiel zwischen mathematischer Modellierung, analytischen Methoden und numerischer Berechnung beschäftigen.


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Lectures


Week 1:

IntroductionRecap linear algebra

Week 2:

From velocity vectors to function spaces

Week 3:

Beyond orthogonality

Week 4:

Banach spaces, Hilbert spaces, and the isomorphism to sequence spaces

Week 5:

Covariance and functionals

Week 6:

Frames: redundant representationsRobustness of frames

Week 7:

Integration and coordinate transformations on the real line

Week 8:

Integration and linear coordinate transformations on Euclidean spaces

Week 9:

Nonlinear coordinate transformations and integration on manifolds

Week 10:

Galerkin projection and the shading equation

Week 11:

Galerkin projection and the weak form of operator equations

Week 12:

Error bounds for Galerkin projection and finite elements

Week 13:

Poisson equation: finite element and spectral methods

Week 14:

Solution of the heat equation using Green's functions


Tutorials


Week 1:

notes on pythonnotes on floating point numbers

Week 2:

taskcode

Week 3:

taskcodesolution

Week 4:

tasksolution

Week 5:

tasksolutionsolution (code)

Week 6:

taskcodesolutionsolution (code)

Week 9:

taskcodesolutionsolution (code)

Week 10 / 11:

taskresourcessolutionsolution (code)

Week 13:

tasksolutionPoisson image editing


Assignments


Assignment 1:

Task

Assignment 2:

Taskcode


Readings


Week 2: J. von Neumann, The Mathematician, Works of the Mind, vol. 1, no. 1, pp. 180–196, 1947.

Week 4: J. Kovacevic and A. Chebira, Life Beyond Bases: The Advent of Frames (Part I), Signal Process. Mag. IEEE, vol. 24, no. 4, pp. 86–104, 2007.


Literature



Software