1 Grafika komputerowa Wykład 8 Wstęp do wizualizacji 3D

2

3 Rendering = wizualizacja –process tworzenia obrazu syntetycznegoSkrajnie uproszczone techniki wizualizacyjne wykorzystują grafikę wektorową Realistyczne techniki wizualizacji wykorzystują grafikę rastrową.

4 Celem wizualizacji 3D jest wygenerowanie obrazu syntetycznego na podstawie opisu sceny tak, aby dawał on wrażenie oglądania modelowanej sceny w świecie rzeczywistym. Symulacja zjawisk optycznych i transportu światła w scenie Wyświetlenie wyników symulacji – generowanie obrazu rastrowego Obraz rastrowy Model sceny Model sceny – opis wszystkich elementów sceny rzeczywistej związanych z przepływem światła od ich pierwotnych źródeł do sensora obrazu (matryca CCD/CMOS w cyfrowym aparacie fotograficznym, błony filmowej w tradycyjnym aparacie, siatkówki oka).

5 Elementy opisu sceny: Opis geometrii obiektów sceny (np. CSG, reprezentacja brzegowa, funkcje uwikłane, płaty powierzchni, reprezentacja kroplowa, reprezentacje wolumetryczne) Atrybuty powierzchni: określone przez postać modelu powierzchni oraz modelu oświetlenia Atrybuty materiałowe – używane w przypadku brył z materiałów przezroczystych ( np. woda, szkło, przezroczyste tworzywa sztuczne …) Opis pierwotnych źródeł światła: pozycja, emitowany strumień świetlny lub światłość, kolor (rozkład spektralny emitowanej energii Parametry obserwatora (kamery): pozycja, kierunek patrzenia, kat obserwacji, kąt obrotu wokół osi kamery, rozdzielczość i/lub proporcje obrazu Specyfikacja własności ośrodka (mgła, zadymienie, chmury, perspektywa powietrzna)

6 Cieniowanie (ang. shading)Generowanie obrazów scen 3D: Analiza widoczności - określenie widocznych w danym punkcie obrazu fragmentów obiektów (co widać ???) Cieniowanie (ang. shading) określenie koloru obiektu w danym punkcie obrazu tak jak jest on postrzegany z zadanego punktu obserwatora (jak to postrzegamy ???)

7 Rendering obrazu rastrowego Co jest widoczne przez piksel obrazuJak to postrzegamy = + Podstawowe uproszczenia: Brak cieni Brak załamania światła – na granicach ośrodka Brak odbić lustrzanych Oświetlenie tylko z pierwotnych źródeł światła – nie uwzględniamy rozproszenia światła na powierzchniach matowych (np. ściany, syfit) Uproszczony model powierzchni – nie uwzględniamy kierunkowych własności powierzchni (np. powierzchnia płyty CD)

8 Przykłady wizualizacji – technika uproszczona

9 Przykłady wizualizacji – analiza cieniJ. Sas: Zaawansowane Metody Grafiki Komputerowej - Wstęp

10 Przykłady wizualizacji – dodany substytut światła rozproszonego

11 Przykłady wizualizacji – analiza światła rozproszonego, załamanie i skupienie światłaJ. Sas: Zaawansowane Metody Grafiki Komputerowej - Wstęp

12 Przykłady technik zaawansowanychJ. Sas: Zaawansowane Metody Grafiki Komputerowej - Wstęp

13 Przykłady technik zaawansowanychJ. Sas: Zaawansowane Metody Grafiki Komputerowej - Wstęp

14 Przykłady technik zaawansowanych© Integra Inc, Japan

15 Przykłady technik zaawansowanych© Integra Inc, Japan

16 Przykłady technik zaawansowanych© Integra Inc, Japan

17 Przykłady technik zaawansowanych© Integra Inc, Japan

18 © Integra Inc, Japan

19 Przykłady technik zaawansowanych – odbicia lustrzane

20 Przykłady technik zaawansowanych – odbicia lustrzane

21 Przykłady technik zaawansowanych© Integra Inc, Japan J. Sas: Zaawansowane Metody Grafiki Komputerowej - Wstęp

22 Potok wizualizacji (angPotok wizualizacji (ang. Rendering pipeline) – sekwencja operacji prowadząca od opisu sceny do jej syntetycznego obrazu Geom 1 T1 Scena w ukl. wsp. światła Scena w ukl. wsp. obserwatora Widoczne fragmenty obiektów Geom 2 T2 . Parametry obserwatora Określenie widoczności Geom n Tn Parametry źródeł światła Parametry powierzchni Parametry ośrodka + + T1, T2, Tn – macierze transformacji Obraz Obliczenia oświetleniowe (model oświetlenia)

23 Model oświetlenia – formuła (procedura, algorytm) określający postrzegany kolor powierzchni na podstawie informacji o oświetleniu obserwowanego punktu (iluminacji) oraz jego własności powierzchniowych (modelu powierzchni) Wtórne źródła światła – POMIJAMY !!! Iluminacja Model oświetlenia Pierwotne źródła światła Postrzegany kolor Model powierzchni

24 Model powierzchni – zbiór parametrów charakteryzujących własności powierzchni związane z je oddziaływaniem z padającym na nią i reemitowanym w zadanym kierunku światłem. Uproszczone modele odtwarzają tylko niektóre efekty swietlne, np. rozproszenie światła i połyskliwość. Dla uproszczonego modelu oświetlenie i powierchni izotropowych (tzn. wyglądających tak samo niezaleznie od obrotu wokół wektora normalnego): zdolność do rozpraszania światła: kdR, kdG, kdB współczynniki połyskliwości: ksR, ksG, ksB współczyniki połyskliwości: g zdolność do rozpraszania światła otaczajacego: kaR, kaG, kaB luminancja własna: SR, SG, SB

25 Model oświetlenia Phonga – jeden z najprostszych modeli oświetlenia odtwarzający efekt oświetlenia powierzchni rozpraszających światło (dyfuzyjnych), efekt połyskliwości oraz oświetlenie jednorodnym światłem otaczającym (ang. ambient light) - substytut oświetlenia światłem rozproszonym na innych powierzchniach) Lc - luminancja w kierunku obserwatora dla składowej C modelu RGB; inaczej – wartość składowej C do wyświetlenia w obrazie rastrowym EiC - światłość i-tego źródła światła dla komponentu C, ri odległość do i-tego światła, N - wektor jednostkowy prostopadły do powierzchni, Ii wektor jednostkowy w kierunki i-tego światła, O - wektor jednostkowy w kierunku obserwatora, OS - kierunek odbicia wektora obserwatora, AC - natężenie oświetlenia od jednorodnego światła rozproszonego dla składowej C. Ei ri N Ii O OS

26 Przykłady obrazów uzyskanych przy zastosowaniu modelu Phonga© Wikipedia at the article on Phong shading kd=ks=0, ka > 0, A > 0 kd > 0, ks=0 ka = 0 lub A = 0 kd = 0, ks > 0 ka = 0 lub A = 0 kd > 0, ks > 0 ka = 0 lub A = 0