Metamorfóza obrázků Josef Pelikán CGG MFF UK Praha

Podobné dokumenty
Deformace rastrových obrázků

Výpočet průsečíků paprsku se scénou

Bézierovy křivky Bohumír Bastl KMA/GPM Geometrické a počítačové modelování Bézierovy křivky GPM 1 / 26

KŘIVKY A PLOCHY. Obrázky (popř. slajdy) převzaty od

Kristýna Bémová. 13. prosince 2007

Circular Harmonics. Tomáš Zámečník

Výpočet průsečíků paprsku se scénou

Numerické metody a programování. Lekce 8

Matice. Je dána matice A R m,n, pak máme zobrazení A : R n R m.

Geometrické transformace obrazu

Geometrické transformace obrazu a související témata. 9. přednáška předmětu Zpracování obrazů

KMA/GPM Barycentrické souřadnice a

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ

Plochy počítačové grafiky II. Interpolační plochy Bezierovy pláty nad obdélníkovou a trojúhelníkovou sítí Recionální Bezierovy pláty B-spline NURBS

Jana Dannhoferová Ústav informatiky, PEF MZLU

MATURITNÍ TÉMATA Z MATEMATIKY

Plochy zadané okrajovými křivkami

2D transformací. červen Odvození transformačního klíče vybraných 2D transformací Metody vyrovnání... 2

Tvorba výpočtového modelu MKP

13. Lineární programování

DIPLOMOVÁ PRÁCE OPTIMALIZACE MECHANICKÝCH

Pružnost a plasticita II CD03

15. listopadu Matematický ústav UK Matematicko-fyzikální fakulta. Hermitovská interpolace

Vyhodnocení 2D rychlostního pole metodou PIV programem Matlab (zpracoval Jan Kolínský, dle programu ing. Jana Novotného)

TENSOR NAPĚTÍ A DEFORMACE. Obrázek 1: Volba souřadnicového systému

2.2 Mezní stav pružnosti Mezní stav deformační stability Mezní stav porušení Prvek tělesa a napětí v řezu... p03 3.

Cvičení z Lineární algebry 1

Vektorové podprostory, lineární nezávislost, báze, dimenze a souřadnice

Interpolace pomocí splajnu

Úterý 8. ledna. Cabri program na rýsování. Základní rozmístění sad nástrojů na panelu nástrojů

Lineární transformace

ZŠ ÚnO, Bratří Čapků 1332

2. RBF neuronové sítě

Cvičné texty ke státní maturitě z matematiky

Maturitní témata profilová část

Gymnázium Česká a Olympijských nadějí, České Budějovice, Česká 64, 37021

ÚLOHY S POLYGONEM. Polygon řetězec úseček, poslední bod je totožný s prvním. 6 bodů: X1, Y1 až X6,Y6 Y1=X6, Y1=Y6 STANOVENÍ PLOCHY JEDNOHO POLYGONU

ρ 490 [lb/ft^3] σ D 133 [ksi] τ D 95 [ksi] Výpočet pružin Informace o projektu ? 1.0 Kapitola vstupních parametrů

Zobrazování těles. problematika geometrického modelování. základní typy modelů. datové reprezentace modelů základní metody geometrického modelování

Aproximace funkcí. x je systém m 1 jednoduchých, LN a dostatečně hladkých funkcí. x c m. g 1. g m. a 1. x a 2. x 2 a k. x k b 1. x b 2.

Algoritmizace prostorových úloh

Rekurzivní sledování paprsku

Diplomová práce Prostředí pro programování pohybu manipulátorů

GEODETICKÉ VÝPOČTY I.

Voronoiův diagram. RNDr. Petra Surynková, Ph.D. Univerzita Karlova v Praze Matematicko-fyzikální fakulta

Výpočet přetvoření a dimenzování pilotové skupiny

Obr. 0.1: Nosník se spojitým zatížením.

Omezení barevného prostoru

Betonové konstrukce (S) Přednáška 3

Pružnost a pevnost I

UNIVERZITA PARDUBICE. 4.4 Aproximace křivek a vyhlazování křivek

Posouzení mikropilotového základu

Teorie tkaní. Modely vazného bodu. M. Bílek

OPTIMALIZACE A MULTIKRITERIÁLNÍ HODNOCENÍ FUNKČNÍ ZPŮSOBILOSTI POZEMNÍCH STAVEB D24FZS

Text úlohy. Která barva nepatří do základních barev prostoru RGB? Vyberte jednu z nabízených možností: a. Černá b. Červená c. Modrá d.

Watkinsův algoritmus řádkového rozkladu

CVIČNÝ TEST 22. OBSAH I. Cvičný test 2. Mgr. Tomáš Kotler. II. Autorské řešení 6 III. Klíč 13 IV. Záznamový list 15

Tematický plán Obor: Informační technologie. Vyučující: Ing. Joanna Paździorová

Hierarchický model Josef Pelikán CGG MFF UK Praha. 1 / 16

Aproximační křivky. Trocha historie. geometrické modelování veliký pokrok v oblasti letectví 1944 Roy Liming

Obecná rovnice kvadratické funkce : y = ax 2 + bx + c Pokud není uvedeno jinak, tak definičním oborem řešených funkcí je množina reálných čísel.

Postup zadávání základové desky a její interakce s podložím v programu SCIA

Mgr. Ladislav Zemánek Maturitní okruhy Matematika Obor reálných čísel

1. Dva dlouhé přímé rovnoběžné vodiče vzdálené od sebe 0,75 cm leží kolmo k rovine obrázku 1. Vodičem 1 protéká proud o velikosti 6,5A směrem od nás.

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

Matematika I 12a Euklidovská geometrie

Rovinná úloha v MKP. (mohou být i jejich derivace!): rovinná napjatost a r. deformace (stěny,... ): u, v. prostorové úlohy: u, v, w

Fyzikálně založené modely osvětlení

OTÁZKY K PROCVIČOVÁNÍ PRUŽNOST A PLASTICITA II - DD6

Grafická data jsou u 2D vektorové grafiky uložena ve voxelech NEPRAVDA Grafická data jsou u rastrové grafiky uložena v pixelech PRAVDA Grafická data

Křivky a plochy technické praxe

Příklady na testy předmětu Seminář z matematiky pro studenty fakulty strojní TUL.

Geometrické transformace pomocí matic

Rozdíly mezi MKP a MHP, oblasti jejich využití.

Aplikované úlohy Solid Edge. SPŠSE a VOŠ Liberec. Ing. Jan Boháček [ÚLOHA 27 NÁSTROJE KRESLENÍ]

NEXIS 32 rel Generátor fází výstavby TDA mikro

MATEMATIKA II - vybrané úlohy ze zkoušek ( 2015)

Příklad 7 Průhyb nosníku - složitější případ

5. Lokální, vázané a globální extrémy

Geometrické vyhledávání

Rovinné přetvoření. Posunutí (translace) TEORIE K M2A+ULA

8. Okrajový problém pro LODR2

Maturitní témata z matematiky

Aproximační křivky. Trocha historie. geometrické modelování veliký pokrok v oblasti letectví 1944 Roy Liming

13 Barvy a úpravy rastrového

Nelineární problémy a MKP

Přímé zobrazování objemových dat DVR

Přijímací zkouška - matematika

FOURIEROVA ANAL YZA 2D TER ENN ICH DAT Karel Segeth

Úlohy k přednášce NMAG 101 a 120: Lineární algebra a geometrie 1 a 2,

MOZAIKY GEOMETRICKOU SUBSTITUCÍ

Státní závěrečná zkouška z oboru Matematika a její použití v přírodních vědách

Otázky ke státní závěrečné zkoušce

Numerické řešení diferenciálních rovnic

Rastrová reprezentace

Předpjatý beton Přednáška 4

Mechanika

Systematická tvorba jízdního řádu 2. cvičení

Čebyševovy aproximace

Vektorový prostor. Př.1. R 2 ; R 3 ; R n Dvě operace v R n : u + v = (u 1 + v 1,...u n + v n ), V (E 3 )...množina vektorů v E 3,

Transkript:

Metamorfóza obrázků 1998-2011 Josef Pelikán CGG MFF UK Praha pepca@cgg.mff.cuni.cz http://cgg.mff.cuni.cz/~pepca/ Morphing 2011 Josef Pelikán, http://cgg.mff.cuni.cz/~pepca 1 / 21

Metamorfóza obrázků - morphing transformace mezi dvěma obrázky spojitá přechodová funkce generování mezi-snímků ( in-betweening ) geometrická deformace (warping) deformace souřadné soustavy obrázku změna obrazové (atributové) funkce barevný přechod jednoho obrázku v druhý Morphing 2011 Josef Pelikán, http://cgg.mff.cuni.cz/~pepca 2 / 21

Schéma zobrazení obrazové souřadnice [x,y] U R 2 [u,v] U R 2 g čas začátek f 0 f 1 konec [R,G,B,..] prostor atributů (barva) Morphing 2011 Josef Pelikán, http://cgg.mff.cuni.cz/~pepca 3 / 21

Interpolace deformační funkce Zavedení časové proměnné do funkce g: g ( x y) t [ x y] t, 0 1,, U R Okrajové podmínky: g x, y = x, y 0 ( ) [ ] g x, y = g x, y = u, v 1 ( ) ( ) [ ] 2 g 0 g 0.5 g 1 Morphing 2011 Josef Pelikán, http://cgg.mff.cuni.cz/~pepca 4 / 21

Interpolace obrazové funkce Obrazová funkce v čase t: [ ( ) ] = ( 1 ) ( ) + ( ) [ ] [ ] ft gt x, y t f0 x, y t f1 g1 x, y 0 t 1, x, y U R 2 může být předpočítáno f 0 f 0.5 f 1 Morphing 2011 Josef Pelikán, http://cgg.mff.cuni.cz/~pepca 5 / 21

Interpolace deformační funkce deformace zadávané sítí interpolují se jednotlivé uzly sítě (trojúhelníková síť, sítě spline křivek) deformace zadané soustavou šipek lineární interpolace koncových bodů šipek interpolace středů šipek, jejich délky a orientace deformace mnohoúhelníku v rovině přechodová funkce minimalizující vynaloženou deformační práci Morphing 2011 Josef Pelikán, http://cgg.mff.cuni.cz/~pepca 6 / 21

Metamorfóza mnohoúhelníků vzájemná transformace dvou mnohoúhelníků v rovině mohou mít různý počet vrcholů spojitá přechodová funkce (pro in-betweening ) metoda má fyzikální základ model polygonu vyrobeného z drátu minimalizace deformační práce mezi koncovými stavy natahovací i ohýbací práce Morphing 2011 Josef Pelikán, http://cgg.mff.cuni.cz/~pepca 7 / 21

Lineární interpolace vrcholů Mnohoúhelníky se stejným počtem vrcholů: [,, ] P 0 = P 0 P 0 P 0 = P 0 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 0 1 N 0 [,, ] P 1 = P 1 P 1 P 1 = P 1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 0 1 N 0 Mezipoloha vrcholu i: P(0) P t = 1 t P 0 + t P 1 ( ) ( ) ( ) ( ) i i i P(0.5) P(1) Morphing 2011 Josef Pelikán, http://cgg.mff.cuni.cz/~pepca 8 / 21

Interpolace úhlů B i (0) P i (0) F i (0) P i+1 (0) P i-1 (0) θ i ( 0) P i (0.5) θ i ( 0. 5) P i+1 (0.5) P i-1 (0.5) P i (1) θ i ( 1) P i+1 (1) P i-1 (1) Morphing 2011 Josef Pelikán, http://cgg.mff.cuni.cz/~pepca 9 / 21

Vyjádření vnitřních úhlů θ i = i 1, i, i + 1 t P t P t P t ( ) ( ) ( ) ( ) = B t tan A, 0, B = ( ) i, 0, F t ( ) ( ) Pro úhel svíraný dvěma úsečkami platí: i A B = A B x y x x + x y y y A B B A A B A B B tan θ i ( ) i t Fi t t = B t F t ( ) ( ) i ( ) ( ) i = y 1 t + y 2t 1 t + y t 0 2 ( ) ( ) 1 2 2 x 1 t + x 2t 1 t + x t 0 2 ( ) ( ) 1 2 2 Morphing 2011 Josef Pelikán, http://cgg.mff.cuni.cz/~pepca 10 / 21

Vyjádření vnitřních úhlů [, ] [ ( 0) ( 0), ( 0) ( 0) ] Q = x y = F B F B 0 0 0 i i i i 1 ( F ( ) B ( ) F ( ) B ( ) ) Q [ x y ] 2 i 1 i 0 + i 0 i 1, 1 = 1, 1 = 1 2 Fi 1 Bi 0 + Fi 0 Bi 1 Q = x y = F B F B ( ( ) ( ) ( ) ( ) ) [, ] [ ( 1) ( 1), ( 1) ( 1) ] 2 2 2 i i i i Kvadratická Bézierova křivka daná uzly Q i : Q t = Q 1 t + Q 2t 1 t + Q t ( ) ( ) ( ) 0 2 1 2 přitom platí: θ i ( t) = [ 1, 0],[ 0, 0], Q( t) 2 Morphing 2011 Josef Pelikán, http://cgg.mff.cuni.cz/~pepca 11 / 21

Změna vnitřního úhlu Q 2 Q 1 90 Q 0 monotónní Q 0 180 θ θ θ Q 0 0 Q2 θ Q 1 Q 2 Q 1 jeden návrat 270 přechod přes nulu Morphing 2011 Josef Pelikán, http://cgg.mff.cuni.cz/~pepca 12 / 21

Natahovací práce Fyzikálně přesný vzorec: A průřez drátu E modul pružnosti materiálu původní délka drátu L 0 δ (absolutní) prodloužení W = δ 2 2 A E L 0 Při degeneraci drátu do jednoho bodu by vyšla nekonečná práce! Morphing 2011 Josef Pelikán, http://cgg.mff.cuni.cz/~pepca 13 / 21

Natahovací práce Upravený vzorec: W S = S ks L1 L0 1 c min L, L + c max L, L ( ) { } { } S e 0 1 S 0 1 ks = A E koeficient pružnosti materiálu e S c S exponent pružnosti (1.. plastický, 2.. pružný) pokuta za degeneraci úsečky Morphing 2011 Josef Pelikán, http://cgg.mff.cuni.cz/~pepca 14 / 21

Ohýbací práce ( ) B θ θ ( ) B W = k + m + p Q B B B e k B m B θ θ p B koeficient pružnosti v ohybu pokuta za nemonotónní změnu vnitř. úhlu celková změna vnitřního úhlu přehnutí vnitřního úhlu pokuta za přechod přes nulu ( překlopení ), nula pro Q(t) neprotínající osu nulového úhlu Morphing 2011 Josef Pelikán, http://cgg.mff.cuni.cz/~pepca 15 / 21

Výpočet celkové práce součet všech natahovacích a ohýbacích prací natahovací práce pro každou hranu ohýbací práce pro každý vrchol normalizace velikosti mnohoúhelníků natahovací práce závisí na absolutním měřítku uniformní změna měřítka každého z polygonů tak, aby jejich obalové obdélníky měly delší stranu délky 1 Morphing 2011 Josef Pelikán, http://cgg.mff.cuni.cz/~pepca 16 / 21

Globální optimalizace hledání takového vzájemného přiřazení zdrojových a cílových vrcholů, aby byla celková deformační práce minimální nepředpokládá se stejný počet vrcholů některé hrany mohou degenerovat delší hrany mohou být předem rozděleny na několik úseků dynamický algoritmus se složitostí O(MN) postup od kratších přiřazovacích úseků k delším Morphing 2011 Josef Pelikán, http://cgg.mff.cuni.cz/~pepca 17 / 21

Graf přiřazení vrcholů P(0) 0 1 2 M-1 M=0 P(1) 1 kolaps v P(0) 2 přiřazení 1:1 natahovací práce (hrana) kolaps v P(1) zakázáno! ohýbací práce (dvě sousední hrany) N-1 N=0 Morphing 2011 Josef Pelikán, http://cgg.mff.cuni.cz/~pepca 18 / 21

Algoritmus hledám cestu z [0,0] do [M,N] s minimálním ohodnocením cesta se nesmí vracet a zatáčet o 90 každá hrana cesty má natahovací práci každé dvě sousední hrany definují ohýbací práci dynamický algoritmus každý počáteční úsek cesty má v pomocném poli tři hodnoty kdyby se pokračovalo na V, JV nebo J Morphing 2011 Josef Pelikán, http://cgg.mff.cuni.cz/~pepca 19 / 21

Obecnější algoritmus hledám cestu z [i,0] do [i,n] s minimálním ohodnocením musím probrat všechny možné začátky (i) cesta cyklicky přechází přes vertikální okraj o jeden řád větší složitost matice velikosti O(M N M) Morphing 2011 Josef Pelikán, http://cgg.mff.cuni.cz/~pepca 20 / 21

Konec Další informace: J. Gomes et al.: Warping and Morphing of Graphical Objects, C.N., SIGGRAPH 95 T. Sederberg, E. Greenwood: A Physically Based Approach to 2D Shape Blending, SIGGRAPH 92 Morphing 2011 Josef Pelikán, http://cgg.mff.cuni.cz/~pepca 21 / 21