Grafika komputerowa Wykład 8 Wstęp do wizualizacji 3D

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

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).

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)

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 ???)

Rendering obrazu rastrowego Co jest widoczne przez piksel obrazu Jak 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)

Przykłady wizualizacji – technika uproszczona

Przykłady wizualizacji – analiza cieni J. Sas: Zaawansowane Metody Grafiki Komputerowej - Wstęp

Przykłady wizualizacji – dodany substytut światła rozproszonego

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

Przykłady technik zaawansowanych J. Sas: Zaawansowane Metody Grafiki Komputerowej - Wstęp

Przykłady technik zaawansowanych J. Sas: Zaawansowane Metody Grafiki Komputerowej - Wstęp

Przykłady technik zaawansowanych © Integra Inc, Japan

Przykłady technik zaawansowanych © Integra Inc, Japan

Przykłady technik zaawansowanych © Integra Inc, Japan

Przykłady technik zaawansowanych © Integra Inc, Japan

© Integra Inc, Japan

Przykłady technik zaawansowanych – odbicia lustrzane

Przykłady technik zaawansowanych – odbicia lustrzane

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

Potok wizualizacji (ang Potok 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)

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

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

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

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