Компютърна Графика и Презентации - Алгоритми за Визуализация

Препис

1 Компютърна Графика и Презентации Алгоритми за Визуализация гл. ас. д-р А. Пенев

2 Визуализация Построяване на изображение съответстващо на модел. Операция по преобразуване на представяне на двумерни/тримерни обекти в графично изображение. 2/39

3 Класификация Алгоритми работещи в обектното пространство; Алгоритми работещи в екранното пространство. Отстраняване на невидимите линии и повърхности; Построяване на реалистични изображения. 3/39

4 Алгоритми за визуализация ВИЗУАЛИЗАЦИЯ Растеризация: От сцената напред към камерата/наблюдателя. Ray Tracing: От камерата назад към сцената/геометрията. 4/39

5 Обща постановка Проекционна Равнина Y Обем Наблюдател т им о с д и в на y X x Z z Прозорец на Гледане (ViewPort) Пространствена Сцена 5/39

6 Алгоритми за Визуализация Алгоритъм на плаващият хоризонт; Алгоритъм на Робъртс; Алгоритъм на Варнок; Разбиване на криволинейни повърхности; Алгоритъм, използващ Z-буфер; Алгоритъм, използващ списък на приоритетите; Алгоритми за поредово сканиране; Интервален алгоритми за поредово сканиране; Трасиране на лъчи (Ray Tracing). 6/39

7 Алгоритъм на плаващия хоризонт Алгоритъмът на плаващият хоризонт се използва най-често за отстраняването на невидимите линии при тримерно представяне на функции, описващи повърхности във вида F(x,y,z)=0 7/39

8 Алгоритъм на плаващия хоризонт Основната идея е да се визуализират последователно сечения на функцията с различни равнини (например z=const), започвайки от най-близката до наблюдателя. 8/39

9 Алгоритъм на плаващия хоризонт Всяко сечение е крива, която се визуализира по x, като се показват само тези точки, за които y не е по-малко от това на предишните сечения. 9/39

10 Алгоритъм на плаващия хоризонт За целта се използва масив съхраняващ максималните стойности на y за всяко x до момента. Това е така нареченият хоризонт. 10/39

11 Пример y x z4 z3 z2 z1 z 11/39

12 Пример y z4 z3 z2 z1 x 12/39

13 Пример 2 13/39

14 Алгоритъм на Робъртс Основната идея е за тримерните тела (описани чрез стените си) да се пресметнат ъглите между посоката на гледане на наблюдателя и нормалните вектори на всички стени. Това става чрез скаларното им произведение. 14/39

15 Алгоритъм на Робъртс Телата трябва да са изпъкнали. Нормалните вектори да сочат в посока навън от тялото. Определят се кои стени не са видими 15/39

16 Алгоритъм на Робъртс Определят се кои стени не са видими в зависимост от ъглите. В зависимост от видимостта на стените ребрата може да се класифицират като: Видими; Контурни; Невидими. 16/39

17 Алгоритъм на Робъртс За всички видими се прави проверка за закриване от всички други тела и се определят видимите части. Визуализират се всички без невидимите. 17/39

18 Алгоритъм на Робъртс Класификация на ребрата y x z наблюдател контурни ребра видими ребра невидими ребра 18/39

19 Алгоритъм на Робъртс Класификация на ребрата y x z контурни ребра видими ребра невидими ребра 19/39

20 Алгоритъм на Варнок Идеята е че за обработката на области, съдържащи малко информация, се изразходват малко време и усилие. Използва се т.н. кохерентност на изображението. По-голямата част от времето и труда се ангажират от области с високо информационно съдържание. 20/39

21 Типизация на многоъгълник относно прозорец Външен, ако той се намира изцяло извън прозореца. Екран 21/39

22 Типизация на многоъгълник относно прозорец Вътрешен, ако той се намира изцяло вътре в прозореца. Екран 22/39

23 Типизация на многоъгълник относно прозорец Обхващащ, ако прозореца се намира изцяло вътре в многоъгълника. Екран 23/39

24 Типизация на многоъгълник относно прозорец Пресичащ, ако вътрешността и границата на многоъгълника имат общи точки с вътрешността и границата на прозореца. Екран 24/39

25 Алгоритъм на Варнок 25/39

26 Алгоритъм, използващ Z-буфер Това е един от най-простите алгоритми за отстраняване на невидими повърхности. За пръв път той е предложен от Кетмул. Алгоритъмът работи в пространството на изображенията. Идеята за Z-буфер е просто обобщение на идеята за буфер на кадъра. 26/39

27 Алгоритъм, използващ Z-буфер M N Цветовете, които съответстват на всеки пиксел се записват в матрица МxN, която наричаме буфер на кадъра. 27/39

28 Алгоритъм, използващ Z-буфер M N Използва се втори буфер (на дълбочината), в който се записва найблизкото до наблюдателя разстояние. 28/39

29 Пример Буфер на цвета (Color Buffer) Буфер на дълбочината (Depth Buffer) 29/39

30 Алгоритъм, използващ списък на приоритетите Основната идея е многоъгълниците да се наредят по някакъв критерии (например по отдалеченост от наблюдателят) и да се изрисуват в обратна посока. Този алгоритъм още се нарича Алгоритъм на художника. 30/39

31 Пример КГиГПИ - Алгоритми за Визуализация 31/39

32 Пример КГиГПИ - Алгоритми за Визуализация 32/39

33 Пример КГиГПИ - Алгоритми за Визуализация 33/39

34 Проблеми Циклично припокриване Взаимно пресичане 35/39

35 Поредово сканиране 36/39

36 Ray Tracing светлинен източник пречупен лъч (ген.3) отразен лъч (ген.3) камера отразен лъч (ген.2) сонда за сянка първичен лъч (генерация 0) отразен лъч (генерация 1) 37/39

37 Пример 1 38/39

38 Пример 2 39/39

39 Алгоритми за Визуализация Въпроси? 40/39