Лекции Типовая схема графической обработки: графический процесс




НазваниеЛекции Типовая схема графической обработки: графический процесс
Дата конвертации22.02.2013
Размер532 b.
ТипЛекции


Графический процесс. Геометрическое моделирование

  • Алексей Викторович Игнатенко


На лекции

  • Типовая схема графической обработки: графический процесс

  • Геометрическое моделирование

    • Системы координат
    • Разновидности моделей и операции над моделями в различных представлениях


Графический процесс



Графический процесс



Графический процесс: Геометрическое моделирование



Графический процесс: 3D сканеры



Графический процесс: Трехмерная анимация



Графический процесс: Материалы



Графический процесс: Освещение



Графический процесс: Синтез изображений (экранизация)



Графический процесс: Хранение и вывод изображений



Геометрическое моделирование



Понятие о моделировании

  • Модель – это абстрактное представление сущности реального мира

    • Математическое моделирование физических, химических процессов и др.
  • Компьютерное моделирование

    • Данные о физических объектах не могут быть целиком введены в компьютер
    • Необходимо априори ограничить объем хранимой информации об объекте
  • Задача моделирования

    • найти вид модели, наилучшим образом отвечающий решаемой задаче


Геометрическое моделирование

  • В компьютерной графике используется геометрическое моделирование

    • моделирование объектов различной природы с помощью геометрических типов данных
  • Выбор модели

    • максимально использовать возможности графической системы
    • учесть задачи обработки и редактирования модели


Представления объектов

  • Представление объекта = модель объекта

  • Один и тот же объект может иметь несколько представлений (моделей)

    • Представления могут быть получены как из исходного объекта, так и путем преобразования другого представления объекта


Классификация

  • Рассматриваем сплошные тела

  • Характеристики модели:

    • структура данных;
    • алгоритм построения;
    • количество памяти, необходимое для хранения модели;
    • типичные свойства представления (алгоритмы);
    • область применения моделей в данном представлении.
  • Критерии классификации представлений

    • Объем/Поверхность
      • Какие свойства трехмерного объекта описывает модель?
    • Дискретное/Непрерывное
      • Содержится ли в модели информация о дополнении дискретных данных до непрерывных?
    • Явное/Параметрическое
      • Способ получения трехмерных координат точек, принадлежащих модели


Системы координат



Воксельное представление

  • Структура

    • Равномерная сетка, каждый элемент которой показывает, если в нем часть объекта
    • Ячейка называется воксель (voxel = volume element)
    • Каждый воксель принимает значение 0 или 1
    • Может также задавать плотность (0-1)
  • Способ получения

    • Дискретизация трехмерных данных на равномерной сетке


Воксельное представление: свойства

  • Описывает объем

  • Дискретное представление: приближение реального объекта!

  • Плохо описываются части объекта, не параллельные сторонам воксельного куба

  • Явное представление

  • Размер данных пропорционален кубу разрешения сетки

    • 1 байт на точку: 2000 x 2000 x 2000 = 7,45 Гб !


Воксельное представление: типичные алгоритмы

  • Пространственные алгоритмы

    • вычисление объема объекта
    • нахождение центра масс
    • ...
    • булевы операции ( пересечение, объединение)
  • Плохо работают алгоритмы, требующие понятия поверхности!



Воксельное представление: Октодерево

  • Разбиение пространства на восемь октант, которое представляется деревом.

    • Упорядоченно!
  • Располагается вокруг начала его локальной системы координат

  • Октанты первого уровня совпадают с октантами системы координат.

  • Ветвь дерева:

    • Код
      • Код = «черный»
        • Пространство заполнено, лист
      • Код = "белый«
        • Пространство пустое, лист
      • Код = "серый"
        • область пространства частично пуста и частично заполнена.
        • 8 ссылок указывают на подразбиение данной области.
    • Восемь указателей на восемь потомков, пронумерованных от 0 до 7


Октодерево: свойства

  • Применяется для оптимизации воксельного представления

  • Свойства:

    • Позволяет хранить информацию только о блоках, относящихся к объекту
    • Число элементов пропорционально площади поверхности объекта, т.е. квадрату разрешения
    • Для разреженных моделей позволяет уменьшить размер в тысячи раз!
  • Способ получения

    • Из воксельного представления или напрямую, через дискретизацию


Линейная запись октодерева 1

  • Октанты дерева пронумерованы от 0 до 7

  • Конструирование адреса каждой ветви дерева, кроме корня.

  • Адрес ветви уровня i – последовательности i чисел от 0 до 7 – путь от корня к этой ветви

  • Символ X: если в последовательности чисел меньше, чем максимальное разрешение

  • Линейная запись дерева есть просто сортированный массив адресов ветвей с кодом "черный"

  • Пример: {03,1X,51,53}



Линейная запись октодерева 2

  • Обход дерева в фиксированном порядке, например, слева направо, сверху вниз (в глубину).

  • Трехсимвольный алгоритм:

    • «B»: черная ветвь
    • «W»: белая ветвь
    • «(» : внутренняя ветвь
  • Пример: ((WWWBWWWWBWWW(WBWBWWWWWW



Октодерево: типичные алгоритмы

  • Удобно для синтеза:

    • Переменный уровень детализации
    • Вывод back-to-front
  • Усложняются операции, требующие информации о смежных ячейках



Точечное представление

    • Набор неструктурированных точек
    • Количество памяти, необходимое для хранения модели пропорционально количеству точек (дискретов, sample)
    • Дискретное, явное представление


Точечное предсталение: структура

  • Массив точек с атрибутами

    • Атрибуты: положение, цвет, нормаль, размер
  • Описывает только принадлежащие объекту части пространства

  • Явное хранение координат => возможное увеличение размера (для «плотных» моделей)



Точечное представление: свойства, типичные алгоритмы

  • Эффективно аппроксимирует форму объекта

  • По объему памяти обычно более эффективно чем воксельное, но менее эффективно, чем октодерево (или аналогичная структура)

  • Нет связанности, инциндентности => для выполнения преобразований обычно строятся дополнительные структуры данных (октодерево)



Конструктивная геометрия

  • Структура

    • Набор базовых примитивов
      • сфера, куб, цилиндр...
    • Операции по их комбинированию
  • Способ получения

    • Ручное моделирование
  • Свойства

    • Описывает объем и поверхность (!)
    • Непрерывное представление представление
    • Явное представление


Конструктивная геометрия: операции с телами

  • Операции

    • Перенос/поворот/масштабирование
    • Теоретико-множественные:
      • Объединение
      • Разность
      • Пересечение


Конструктивная геометрия: операции с телами 2

  • diff(union(trans1(Block1), trans2(Block2)), trans3(Cylinder))



Конструктивная геометрия: структура данных

  • Дерево из операций и базовых объектов

  • Корень – результирующий объект

  • Листья – базовые примитивы

  • Число потомков равно числу операндов операции

  • Из-за повторного использования превращается в направленный ациклический граф.



Конструктивная геометрия: типичные алгоритмы

  • Пространственные алгоритмы

    • вычисление объема объекта
    • нахождение центра масс
    • ...
  • Есть понятие поверхности!



Каркасное представление



Каркасное представление: неоднозначная интерпретация



Грани и ребра

  • Грани (Faces) 1 {A,B,D} 2 {B,C,D} 3 {A,C,D} 4 {A,B,C}

  • Ребра (Edges) a (A,D) b (A,B) …..



Поверхность



Граничное представление

    • Кусочная аппроксимация поверхности объекта
    • Рассматриваем представления первого порядка (линейная интерполяция) - грани
    • Структура данных: вершины + грани


Разновидности граничных представлений

  • Различаются по способам хранения информации о гранях и ребрах

    • Явное представление
    • Индексированное по вершинам
    • Индексированное по ребрам
    • Крылатое представление


Граничное представление: Явное представление

  • Каждая грань – полигон, состоящий из последовательности координат вершин

  • Объект состоит из набора граней

  • Недостатки

    • взаимоотношения граней заданы неявно
    • координаты каждой вершины появляются столько раз, сколько граней имеют эту вершину.
    • Алгоритмы поиска инцидентных ребер требуют полного перебора


Граничное представление: Индексированное по вершинам

  • Выделение координат вершин в отдельную структуру

  • С гранями ассоциируются не координаты вершин, а индексы в массиве координат вершин

  • Недостатки

    • Аналогично явному представлению


Граничное представление: Индексированное по ребрам

  • Грани определяются через ребра

  • Ребра задаются вершинами

  • Вершины задаются положением в пространстве



Граничное представление: Крылатое представление

  • Добавляется информация о взаимном расположении граней



Граничное представление: типичные алгоритмы

  • Проверка правильности задания

  • Вычисление габаритного объема

  • Вычисление нормали в точке

  • Вычисление кривизны поверхности

  • Нахождение точки пересечения с лучом или кривой

  • Определение положения точки относительно поверхности



Граничные представления высших порядков

  • Контрольные точки + способ интерполяции 2-го порядка и выше (полиномы Эрмита, например)



Литература по теме



Итоги

  • Графический процесс

  • Геометрическое моделирование

  • Представления трехмерных данных

    • Воксельное (+октарное дерево)
    • Точечное представление
    • Конструктивная геометрия
    • Каркасное представление
    • Граничное представление (явное, индексированное по вершинам, ребрам, крылатое)
    • Граничные представление высших порядков


Похожие:

Лекции Типовая схема графической обработки: графический процесс iconПростейшим средством обработки графической информации является графический редактор Paint. Простейшим средством обработки графической информации является графический редактор Paint
Простейшим средством обработки графической информации является графический редактор Paint
Лекции Типовая схема графической обработки: графический процесс iconПравила работы Настройка приборов Правила измерения Правила обработки результатов Правила оформления лабораторной работы Рабочее окно
Схема, расположенная на монтажном столе, будет сохранена в указанном файле и папке. На монтажном столе схема остается. В дальнейшем,...
Лекции Типовая схема графической обработки: графический процесс iconГрафический редактор — специализированная программа, предназначенная для создания и обработки изображений

Лекции Типовая схема графической обработки: графический процесс iconТехнология обработки графической информации Компьютерная графика
Отличаются принципами формирования изображения при отображении на экране монитора
Лекции Типовая схема графической обработки: графический процесс iconТехнология обработки графической информации Распутина Екатерина Васильевна
Создание и редактирование двухмерного изображения (графические редакторы: CorelDraw, PhotoShop, Flash, FreeHand)
Лекции Типовая схема графической обработки: графический процесс iconУрок информатики в 10 классе
Систематизировать знания по темам: «Компьютер и программное обеспечение»; «Информация», «Системы счисления»; технологии обработки...
Лекции Типовая схема графической обработки: графический процесс iconГрафический интерфейс ос windows Графический интерфейс Windows
Графический интерфейс позволяет осуществлять взаимодействие человека с компьютером в форме диалога с использованием окон, меню и...
Лекции Типовая схема графической обработки: графический процесс iconГрафический метод решения системы уравнений
Графический метод решения систем, как и графический метод решения уравнений, красив, но ненадежен
Лекции Типовая схема графической обработки: графический процесс iconЛекции и семеноводства ячменя
Влияние весенней подкормки и обработки фунгицидами на урожайность сорта озимого ячменя Добрыня 3, 2011 г., ц/га
Лекции Типовая схема графической обработки: графический процесс iconГрафический интерфейс Windows Программное обеспечение
Графический интерфейс позволяет осуществлять взаимодействие человека с компьютером в форме диалога с использованием окон, меню и...
Разместите кнопку на своём сайте:
hnu.docdat.com


База данных защищена авторским правом ©hnu.docdat.com 2012
обратиться к администрации
hnu.docdat.com
Главная страница