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Geometric Computing in Computer Graphics and Robotics using Conformal Geometric Algebra

Hildenbrand, Dietmar (2007)
Geometric Computing in Computer Graphics and Robotics using Conformal Geometric Algebra.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

In computer graphics and robotics a lot of different mathematical systems like vector algebra, homogenous coordinates, quaternions or dual quaternions are used for different applications. Now it seems that a change of paradigm is lying ahead of us based on Conformal Geometric Algebra unifying all of these different approaches in one mathematical system. Conformal Geometric Algebra is a very powerful mathematical framework. Due to its geometric intuitiveness, compactness and simplicity it is easy to develop new algorithms. Algorithms based on Conformal Geometric Algebra lead to enhanced quality, a reduction of development time, better understandable and better maintainable solutions. Often a clear structure and greater elegance results in lower runtime performance. However, it will be shown that algorithms based on Conformal Geometric Algebra can even be faster than conventional algorithms. The main contribution of this thesis is the geometrically intuitive and - nevertheless - efficient algorithm for a computer animation application, namely an inverse kinematics algorithm for a virtual character. This algorithm is based on an embedding of quaternions in Conformal Geometric Algebra. For performance reasons two optimization approaches are used in a way to make the application now three times faster than the conventional solution. With these results we are convinced that Geometric Computing using Conformal Geometric Algebra will become more and more fruitful in a great variety of applications in computer graphics and robotics.

Typ des Eintrags: Dissertation
Erschienen: 2007
Autor(en): Hildenbrand, Dietmar
Art des Eintrags: Erstveröffentlichung
Titel: Geometric Computing in Computer Graphics and Robotics using Conformal Geometric Algebra
Sprache: Englisch
Referenten: Alexa, Prof. Dr. Marc ; Straßer, Prof. Dr.- Wolfgang ; Fellner, Prof. Dr. Dieter W.
Berater: Alexa, Prof. Dr.- Marc
Publikationsjahr: 5 Januar 2007
Ort: Darmstadt
Verlag: Technische Universität
Datum der mündlichen Prüfung: 13 Dezember 2006
URL / URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-7647
Kurzbeschreibung (Abstract):

In computer graphics and robotics a lot of different mathematical systems like vector algebra, homogenous coordinates, quaternions or dual quaternions are used for different applications. Now it seems that a change of paradigm is lying ahead of us based on Conformal Geometric Algebra unifying all of these different approaches in one mathematical system. Conformal Geometric Algebra is a very powerful mathematical framework. Due to its geometric intuitiveness, compactness and simplicity it is easy to develop new algorithms. Algorithms based on Conformal Geometric Algebra lead to enhanced quality, a reduction of development time, better understandable and better maintainable solutions. Often a clear structure and greater elegance results in lower runtime performance. However, it will be shown that algorithms based on Conformal Geometric Algebra can even be faster than conventional algorithms. The main contribution of this thesis is the geometrically intuitive and - nevertheless - efficient algorithm for a computer animation application, namely an inverse kinematics algorithm for a virtual character. This algorithm is based on an embedding of quaternions in Conformal Geometric Algebra. For performance reasons two optimization approaches are used in a way to make the application now three times faster than the conventional solution. With these results we are convinced that Geometric Computing using Conformal Geometric Algebra will become more and more fruitful in a great variety of applications in computer graphics and robotics.

Alternatives oder übersetztes Abstract:
Alternatives AbstractSprache

In der Computergraphik und in der Robotik werden eine ganze Reihe von unterschiedlichen mathematischen Systemen eingesetzt wie Vektoralgebra, homogene Koordinaten, Quaternionen und duale Quaternionen. Jetzt scheint ein Paradigmenwechsel vor uns zu liegen, der auf konformer geometrischer Algebra basiert, die in der Lage ist, diese unterschiedlichen Ansätze in einem mathematischen System zu vereinheitlichen. Die konforme geometrische Algebra ist ein sehr mächtiges mathematisches Werkzeug. Dank ihrer geometrischen Intuitivität und Kompaktheit ist es einfach, mit ihr neue Algorithmen zu entwickeln. Algorithmen, die auf konformer geometrischer Algebra beruhen, führen zu erhöhter Qualität, einer Reduzierung von Entwicklungszeit, besser verständlichen und besser wartbaren Lösungen. Oft ist es jedoch so, dass eine klare Struktur und größere Eleganz zu einer geringeren Laufzeit führen. Demgegenüber kann aber in dieser Arbeit gezeigt werden, dass Algorithmen in konformer geometrischer Algebra sogar schneller sein können als herkömmliche Algorithmen.

Deutsch
Freie Schlagworte: Inverse Kinematik, geometrische Algebra, Forschungsgruppe Geometric Algebra Computing (GACO), Geometric algebra (GA), Inverse kinematics, Computer animation, 3D Computer graphics, Computational geometry, Robotics
Schlagworte:
Einzelne SchlagworteSprache
inverse kinematics, geometric algebraEnglisch
Zusätzliche Informationen:

116 p.

Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC): 000 Allgemeines, Informatik, Informationswissenschaft > 004 Informatik
Fachbereich(e)/-gebiet(e): 20 Fachbereich Informatik
20 Fachbereich Informatik > Graphisch-Interaktive Systeme
Hinterlegungsdatum: 17 Okt 2008 09:22
Letzte Änderung: 21 Nov 2023 09:05
PPN:
Referenten: Alexa, Prof. Dr. Marc ; Straßer, Prof. Dr.- Wolfgang ; Fellner, Prof. Dr. Dieter W.
Datum der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung: 13 Dezember 2006
Schlagworte:
Einzelne SchlagworteSprache
inverse kinematics, geometric algebraEnglisch
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