Am 27. Juni 2018 waren wir mit dem Informatik-LK der Q1 von Herrn Reichelt im Schülerlabor Informatik der RWTH Aachen. Dort haben wir das Modul „Wie kommt das Bild auf den Bildschirm? - Einstieg in die Computergrafik“absolviert. Wie der Name schon sagt, haben wir uns ein wenig mit Computergrafik beschäftigt.

Wir starteten mit einem kurzen Fragebogen zu unseren Erwartungen, Vorkenntnissen, etc. Dann wurden unsere Kenntnisse zu Vektoren aufgefrischt und vertieft. Außerdem lernten wir die Grundlagen zum Rechnen mit Matrizen, da diese essentiell für unser Vorhaben gebraucht wurden. Anschließend erhielten wir das erste Arbeitsblatt. Wir hatten Koordinaten gegeben und sollten diese auf einem Steckbrett abstecken, wodurch Formen entstanden. Nun sollten wir die Kanten der Formen, in diesem Fall Dreiecke, verdoppeln. Das Resultat zeigte, dass sich auch die Koordinatenwerte verdoppelten. Aufbauend darauf mussten wir eine Matrix berechnen, die multipliziert mit den Ortsvektoren der Punkte die neuen ergibt, die Länge also verzweifacht. Um dies nachzuvollziehen, ist ein wenig Grundwissen über die Matrizen-Multiplikation von Nöten: Ein zweidimensionaler Vektor ist eine 2x1 Matrix, also eine Matrix mit zwei Zeilen und einer Spalte. Ein dreidimensionaler demnach eine 3x1. Nun multipliziert man Matrix und Vektor, indem man die erste Zeile des Vektors mit dem ersten Eintrag, der ersten Zeile der Matrix multipliziert. Jetzt wiederholt man dies auch mit der zweiten Zeile und dem zweiten Eintrag, usw. Das Ganze wiederholt man dann mit der nächsten Zeile. Zum Beispiel kann man mit dieser Rechnung die Länge von jedem zweidimensionalem Vektor verdoppeln, wenn man ihn mit einer 2x2 Matrix mit Zweien auf der Diagonalen multipliziert.  

Nachdem wir mit dem Arbeitsblatt fertig waren, haben wir eine kleine Führung durch die Informatikinstitute erhalten. Doch bei einem Einblick in das Institut blieb es nicht. Wir durften uns nicht nur Labore, sowie die Arbeitsplätze der Mitarbeiter anschauen, sondern auch Experimente, die dort entwickelt und durchgeführt werden. So gab es zum Beispiel ein Orchester, bei dem man die Möglichkeit hatte den Dirigenten zu spielen. Dies erforderte, wie zu erwarten, einen Dirigentenstab. Dieser wurde von einer Kamera erfasst, wodurch das Programm erkennen konnte, wie schnell man den Stab schwang. Je nachdem spielte dann das (digitale!) Orchester langsamer oder schneller. Machte man zu viel Blödsinn, so beschwerten sich die Musiker irgendwann auch. Als nächstes schauten wir uns eine Weste an, welche den Alltag eines Blinden erleichtern sollte. Diese funktionierte so, dass eine Tiefenkamera die Umgebung dessen erfasste. Um den ein oder anderen aufzuklären, handelt es sich bei einem solchen Prachtstück um eine Kamera, die dreidimensional aufnimmt. Sie war mit einer Weste voller Vibrationsmotoren verbunden. Kommt der Westenträger nun irgendeinem Hindernis zu nahe, so vibriert die Weste an der Stelle, an welcher das Hindernis auftaucht. Das ist natürlich eine große Hilfe, auch wenn der ganze Prozess noch Schwachstellen aufweist .Sollte das Hindernis nicht im Wege stehen, sondern zum Beispiel durch ein Loch im Boden verkörpert sein, so kann es auch nicht erfasst werden.

Nach diesem kleinen Rundgang haben wir wieder zurück an unseren Arbeitsplatz begeben. Dort ging es dann das erste Mal an die PCs. Unsere Aufgabe bestand darin, die graphische Anordnung von Körpern zu verändern. Dazu hatte man eine Matrix gegeben, welche sich auf den drei dimensionalen Raum bezog. Durch Veränderungen ihrer Werte war es möglich das Objekt zu strecken, zu verschieben oder sogar zu drehen. Ein Beispiel war das Haus des Nickolaus. Der allseits bekannte Süßigkeiten-Lieferant hatte, womöglich im Glühweinrausch, seine Haustür auf die falsche Seite des Heimes gebaut. Nun sollten wir ihm helfen dieses Problem zu lösen. Eine von vielen reizvollen Aufgaben, welche in ihren Inhalten zwar noch nicht sehr anspruchsvoll waren, jedoch ein perfektes Grundgerüst für die nun folgende Arbeit boten. Diese wurde mittels der Programmier-Oberfläche Java ausgeübt. In einer gegebenen GUI existierten verschiedene Körper. Einer stellte einen Schneemann, ein anderer einen Hasen dar. Warum die Matrix nun gebraucht wurde, war relativ schnell erkennbar. Als erstes sollten wir die Farbe des Schneemanns verändern, was schnell durch einen Befehl erledigt war. Die nächste Aufgabe stellte einen nun jedoch vor die Aufgabe den Schneemann durch den Raum fliegen zu lassen: In anderen Worten ihn durch einen Timer zu verschieben. Dieser wurde importiert und so in die Matrix eingebaut, so dass sich die Position des Körpers jede Millisekunde veränderte. Während der ganzen Zeit war es uns möglich Hilfe und Tipps von Merkblättern oder den leitenden Hiwis einzuholen. Diese verhielten sich sehr verständnisvoll und hilfsbereit, legten jedoch Wert auf das alleinige Probieren der Schüler.

Abschließend kann man sagen, dass die Exkursion sehr schön war und uns Schüler mit einem interessanten Grundstein für die graphische Programmierung ausgestattet hat. Wir waren alle sehr zufrieden, wären nur gerne zum Anpfiff des Gruppenspiels der DFB Elf wieder zu Hause gewesen. Aber das war nach der miserablen Leistung dann auch egal.

(J. Mörchen und W. Buhl)

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(Fotos: B. Reichelt)

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