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

Podobné dokumenty
Plochy počítačové grafiky

KMA/GPM Barycentrické souřadnice a

FERGUSONOVA KUBIKA. ( u) ( ) ( ) X s X s. Kubický spline C 2 má dva stupně volnosti Q 1 Q 2

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

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

POČÍTAČOVÁ GRAFIKA - PGR PROGRAM PŘEDNÁŠEK. Po 9:00-10:30, KN:A-214

Kristýna Bémová. 13. prosince 2007

Základní vlastnosti ploch

Rekonstrukce ploch: Polygonální a analytická reprezentace Vybrané metody aproximace ploch

Plochy zadané okrajovými křivkami

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

5. Plochy v počítačové grafice. (Bézier, Coons)

Křivky a plochy technické praxe

Matematický ústav UK Matematicko-fyzikální fakulta

Matematický ústav UK Matematicko-fyzikální fakulta

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

Jana Dannhoferová Ústav informatiky, PEF MZLU

3. SB 3. SC. Kružnice nemá s úběžnicí žádný společný bod. Obraz nemá žádný nevlastní bod. Tímto obrazem je křivka zvaná elipsa.

Diferenciáln. lní geometrie ploch

Subdivision křivky a plochy

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

Základní vlastnosti křivek

Funkce dvou proměnných

NURBS REPREZENTACE KŘIVEK V MAPLE

Základní topologické pojmy:

9.1 Definice a rovnice kuželoseček

Křivky a plochy I. Petr Felkel. Katedra počítačové grafiky a interakce, ČVUT FEL místnost KN:E-413 na Karlově náměstí

Další plochy technické praxe

8 Plochy - vytvoření, rozdělení, tečná rovina a normála. Šroubové plochy - přímkové, cyklické. Literatura:

Offsety KMA/ITG Informační technologie ve vyučování geometrie Offsety ITG 1 / 33

Výpočet průsečíků paprsku se scénou

Obsah a průběh zkoušky 1PG

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Výpočet průsečíků paprsku se scénou

Rekonstrukce křivek a ploch metodou postupné evoluce

Elementární křivky a plochy

Křivky a plochy. Pavel Strachota. FJFI ČVUT v Praze

Rhino - základní příkazy

Počítačová grafika RHINOCEROS

Zobrazování 2D Nadpis křivek 2 Nadpis 3

Přehled. Motivace Úvod. Křivky a plochy počítačové grafiky. Závěr. Rozvoj počítačové grafiky Výpočetní geometrie

HVrchlík DVrchlík. Anuloid Hrana 3D síť

Geometrie pro počítačovou grafiku - PGR020

PROSTORU MODELLING OF NURBS CURVES AND SURFACES IN THE PROJECTIVE SPACE

Matematika pro real-time grafiku

Klasické třídy ploch

DERIVACE. ln 7. Urči, kdy funkce roste a klesá a dále kdy je konkávní a

Šroubovice... 5 Šroubové plochy Stanovte paprsek tak, aby procházel bodem A a po odrazu na rovině ρ procházel bodem

Metamorfóza obrázků Josef Pelikán CGG MFF UK Praha

TEORIE TVAROVÝCH PLOCH

[obrázek γ nepotřebujeme, interval t, zřejmý, integrací polynomu a per partes vyjde: (e2 + e) + 2 ln 2. (e ln t = t) ] + y2

SROVNÁNÍ KVALITATIVNÍCH VLASTNOSTÍ INTERPOLAČNÍCH NURBS KŘIVEK

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

Příklady otázek PB009/jaro 2015

Analytická geometrie v E 3 - kvadriky

na magisterský studijní obor Učitelství matematiky pro střední školy

ROTAČNÍ PLOCHY. 1) Základní pojmy

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

Interpolace pomocí splajnu

Použití splinů pro popis tvarové křivky kmene

Rozvinutelné plochy. tvoří jednoparametrickou soustavu rovin a tedy obaluje rozvinutelnou plochu Φ. Necht jsou

2 OBSAH. Literatura 162

modelovani_ploch.pdf - návod k vypracování 2.sam. práce a vzor vyplnění formuláře ( přineste na 5.cvičení)

ICT podporuje moderní způsoby výuky CZ.1.07/1.5.00/ Matematika analytická geometrie. Mgr. Pavel Liška

Linearní algebra příklady

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

KMA/G2 Geometrie 2 9. až 11. cvičení

Konstruktivní geometrie

Konstruktivní geometrie PODKLADY PRO PŘEDNÁŠKU

ŠROUBOVICE. 1) Šroubový pohyb. 2) Základní pojmy a konstrukce

maticeteorie 1. Matice A je typu 2 4, matice B je typu 4 3. Jakých rozměrů musí být matice X, aby se dala provést

Matematika pro real-time grafiku

Fergusnova kubika, která je definována pomocí bodu P1, vektoru P1P2, bodu P3 a vektoru P3P4

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

Kinematika tuhého tělesa. Pohyb tělesa v rovině a v prostoru, posuvný a rotační pohyb

Systematizace a prohloubení učiva matematiky. Učebna s dataprojektorem, PC, grafický program, tabulkový procesor. Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

Obsah. Předmluva 1. Úvod do studia 3 Komu je tato kniha určena 4 Co byste měli předem znát 4 Co se naučíte v učebnici AutoCADu? 5

Zavedeme-li souřadnicový systém {0, x, y, z}, pak můžeme křivku definovat pomocí vektorové funkce.

Definice Tečna paraboly je přímka, která má s parabolou jediný společný bod,

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

Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství MATEMATIKA 2

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.

SurfCAM. Modelování ploch

VIDEOSBÍRKA DERIVACE

Střední průmyslová škola a Vyšší odborná škola technická Brno, Sokolská 1

+ 2y y = nf ; x 0. závisí pouze na vzdálenosti bodu (x, y) od počátku, vyhovuje rovnici. y F x x F y = 0. x y. x x + y F. y = F

Zobecněné klínové plochy

Zborcené plochy. Lenka Macálková Lenka (Brkos 2011) Brkosí prezentace / 16

Veronika Chrastinová, Oto Přibyl

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

10. Analytická geometrie kuželoseček 1 bod

Diplomová práce Prostředí pro programování pohybu manipulátorů

Klíčová slova Mongeovo promítání, kuželosečka, rotační plocha.

Kapitola 5. Seznámíme se ze základními vlastnostmi elipsy, hyperboly a paraboly, které

VE 2D A 3D. Radek Výrut. Abstrakt Tento článek obsahuje postupy pro výpočet Minkowského sumy dvou množin v rovině a pro výpočet Minkowského sumy

Smysl otáčení. Aplikace. Pravotočivá

B-spline a racionální B-spline křivky

Analytická geometrie přímky, roviny (opakování středoškolské látky) = 0. Napište obecnou rovnici. 8. Jsou dány body A [ 2,3,

KRUHOVÁ ŠROUBOVICE A JEJÍ VLASTNOSTI

VIDEOSBÍRKA DERIVACE

Transkript:

II Interpolační plochy Bezierovy pláty nad obdélníkovou a trojúhelníkovou sítí Recionální Bezierovy pláty B-spline NURBS

Konstrukce a zadání plochy hraniční křivky sítí bodů Kinematicky vytvořené křivky rotační plochy (vnikne rotací křivky okolo přímky) plochy vzniklé skládáním pohybů posun, rotace Analytický předpis ploch - parametrické, explicitní, implicitní vyjádření

Příčné tečné vektory Směrové vektory tečen v- křivky sestrojené podél okrajové u-křivky. (, ) P ( u, v) ( ) ( ) ( ) P u v P0 ( v) = u = 0, v ; P1 v = u = 1, v ; u u Směrové vektory tečen v- křivky sestrojené podél okrajové u-křivky (, ) P ( u, v) ( ) ( ) ( ) P u v P0 ( u) = u, v = 0 ; P1 u = u, v = 1 ; v v

Bezierovy pláty ( ) ( ) ( ) ( ) Plochy počítačové grafiky ( 0, n 1, n n, n ) ( 0, m ( ) 1, m ( ) n, m ( )) X u, v = B u, B u,, B u U B v, B v,, B v U.mapa plochy U B i,n.bernsteinovy polynomy P P P P P P... P P P 00 01 0m 10 11 1m = n0 n1 nm n Bi, n u u 1 u i i ( ) = ( ) n i

Algoritmus de Casteljau po křivkk ivkách (, ) = ( ) ( ) = ( ) ( ) = ( ) ( ) 0 ij in 0 jm jm ij in 0 jm j 0 j= 0 i= 0 j= 0 i= 0 j= 0 ( v ), je bod na Bezierově ploše 0 0 m n m n m X u v P B u B v B v P B u B v Q u X u ( ) ( ) ( ) je to bod na Bezierově křivce s řídícími body Q u, v, Q u, v, Q u, v 0 0 0 1 0 0 n 0 0

Algoritmus de Casteljau-přímá metoda Plocha stupně je dána (n+1)(n+1) body P ij Plochy počítačové grafiky P 0 ij = P ij r r P 1 i, j P i, j 1 1 v r+ + 0 Pij = ( 1 u0, u0 ) r r Pi 1, j P i 1, j 1 v + + + 0 r = 0 n 1 i, j = 0 n r 1

Napojení Bezierových obdélníkových plátů

Plátování C 0 - pláty mají společný okraj, ale různé příčné tečné vektory Plochy počítačové grafiky U P P P P P P... P P P 00 01 0m 10 11 1m = n0 n1 nm U P P P P P P... P P P 0m 01 0m 1m 11 1m = nm n1 nm

Plátování Plochy počítačové grafiky C 1 - pláty mají společný okraj i příčné tečné vektory podél společného okraje U P P P P P P... P P P 00 0m 1 0m 10 1m 1 1m = n0 1m 1 nm U P P P P P P... P P P 0m 01 0m 1m 11 1m = nm n1 nm P im = P + i, m 1 Pi,1

Plátování Plochy počítačové grafiky C - pláty mají společný okraj, příčné tečné vektory podél společného okraje a společnou křivost parametrických křivek U P P P P P P... P P P 00 0m 1 0m 10 1m 1 1m = n0 1m 1 nm U P P P P P P... P P P 0m 01 0m 1m 11 1m = nm n1 nm Pi, m 1 + P i,1 Pim = P = P + P P ( ) i i, m i,1 i, m 1

16 vektorový Coonsův plát jako Bezierova bikubická plocha Plochy počítačové grafiky

16 vektorový Coonsův plát jako Bezierova bikubická plocha ( 0, 0 ), ( 0,1 ), ( 1, 0 ), ( 1,1) P = V P = V P = V P = V 00 03 30 33 P P P P ( 0, 0) = 3 ( V10 V00 ), ( 1, 0) = 3 ( V30 V0 ), ( 0,1) = 3 ( V13 V03 ), ( 1,1) = 3 ( V33 V3 ), u u u u P P P P ( 0, 0) = 3 ( V01 V00 ), ( 1, 0) = 3 ( V03 V0 ), ( 0,1) = 3 ( V31 V30 ), ( 1,1) = 3 ( V33 V3 ), v v v v P P ( 0,0) = 9 ( V11 V10 ) ( V01 V00 ) u v, ( 1, 0) = 9 ( V31 V30 ) ( V1 V0 ), u v P P ( 0,1) = 9 ( V13 V1 ) ( V03 V0 ), ( 1,1) = 9 ( V33 V3 ) ( V3 V ), u v u v V V V V V V V V V0 V V V V V V V 00 01 0 03 10 11 1 13 1 3 30 31 3 33

Subdivision Plochy počítačové grafiky

Zvýšen ení stupně Bezierovy křivky ( α ) Q P P i = αi i 1 + 1 i i i αi = i = 0 n + 1 n + 1 Př: Kvadratická Bezierova křivka je dána body P 0, P 1, P. Zadejte tutéž parabolu pomocí 4 řídících bodů. 1 1 Q = P ; Q = P + P; Q = P + P ; Q = P 3 3 3 3 0 0 1 0 1 1 3 X( t ) = ( 1 t) 3 Q0+ 3 t ( 1 t) Q1+ 3 t ( 1 t) Q+ t 3 Q3 X( t ) = P0 P0t + P0t + t P1 t P1+ t P X( t ) = ( 1 t + t ) P0 + ( t + t) P1+ t P

U P P P P P P... P P P 00 01 0n 10 11 1n = m0 m1 mn 1 n P P + P P n + 1 n + 1 1 n P P + P P U = n + 1 n + 1... 1 n P P + P P n + 1 n + 1 00 00 01 0n 10 10 11 1n m0 m0 m1 mn

Racionální Bezierova plocha Řídící body jsou zadány v afinním prostoru vnořeném do projektivního prostoru P 3. (,,,1) (,,, ) P = x y z w x w y w z w ij ij ij ij ij ij ij ij ij ij ij x = w x B ( u) B ( v) x = w y B ( u) B ( v) x = w z B ( u) B ( v) x = w B ( u) B ( v) ( 1 3 4 ) ( ) = 3 Bezierova plocha v P,,,, 1 3 4 m n j= 0 i= 0 m n j= 0 i= 0 m n j= 0 i= 0 m n j= 0 i= 0 ij ij in jm ij ij in jm ij ij in jm ij in jm X u v x x x x (, ) P u v = m n j= 0 i= 0 m n j= 0 i= 0 ( ) ( ) w P B u B v ij ij in jm ( ) ( ) w B u B v ij in jm

Kinematicky vytvořené plochy Plochy počítačové grafiky

Kružnice jako kvadratický NURBS Plochy počítačové grafiky Oblouk - Bezierova kvadrika 1. Délka úseků na tečnách musí být shodná. Vektor uzlových bodů [0,0,0,1,1,1] w0 =1 w 0 = 1 w 3 = Kružnice kvadratický NURBS 1. Řídící vrcholy jsou tvořeny vrcholy opsaného čtverce a středy stran w 4 = 1. Vektor uzlových bodů 0,0,0, 1 1 1 1 3 3,,,,, 4 4 4 4,1,1,1 w = 5 w = 1 w 6 = 1 w = w 1 0 = w8 = 1 w = 7

Válec jako Racionální Bezierova plocha ¼ Rotační válcové plochy. (, ) P u v = m n j= 0 i= 0 m n j= 0 i= 0 ( ) ( ) w P B u B v ij ij in jm ( ) ( ) w B u B v ij in jm [ ] V = r,0,0 w = 1 00 00 V01 = [ r, r,0] w01 = V = 0, r,0 w = 1 [ ] [ ] 0 0 V = r,0, v w = 1 10 10 V11 = [ r, r, v] w11 = V = 0, r, v w = 1 [ ] 1 1 r = 1, v = X ( u, v ) = ( + + 3 v 4 v ) ( 1 + v ) ( 4 v + 3 v ) v,, 4 v + 6 v + 4 v 6 v 4 v + 6 v + 4 v 6 v u

Rotační plocha Je dán meridián plochy jako (Neracionální) Bezierova křivka v rovině (x,z). Řídící body P i =[x i,0,z i ] w = 1 w = 1 w = 0.707 w = 0.707 w = 0.707 [ ] V = x,0, z w = 1 0i i i 0i V1 i = [ xi, xi, zi ] w1 i = V = 0, x, z w = 1 [ ] i i i i w = 1 w = 0.707

Anuloid jako Racionální Bezierova plocha 1/16 Anuloidu. w = 1 w = 0.707 w = 0.707 w = 0.5 [ ] V = 0, R, r w = 1 00 00 V01 = [ 0, R + r, r] w01 = V = 0, R + r,0 w = 1 [ ] 0 0 V10 = [ R, R, r] w10 = V = R + r, R + r, r w = 0.5 [ ] 11 11 w = 1 w = 0.707 w = 1 w = 0.707 [,,0] V = R + r R + r w = 1 1 [ ] V = R,0, r w = 1 0 0 [ ] V1 = [ R + r,0, r] w1 = V = R + r,0,0 w = 1

Trojúhelníková síť Plochy počítačové grafiky

z Bezierův obdéln lníkový plát Plocha st. n.m je dána obdélníkovou sítí (n+1)(m+1) bodů P ij y Bezierův trojúheln helníkový plát Plocha stupně n=i+j+k je dána trojúhelníkovou sítí ½(n+1)(n+) bodů P ijk Ω [u 0,v 0 ] x z Barycentrické souřadnice u + v + w = 1 u 0, v 0, w 0, Ω [u 0,v 0, w 0 ] x y

Bezierův trojúhelníkový plát Plocha je dána trojúhelníkovou sítí ½(n+1)(n+) bodů P ijk stupeň plochy n=i+j+k Plát stupně 1 trojúhelník P 001, P 100, P 010 X ( u, v) P001 u ( P100 P001 ) v ( P010 P001 ) = vp010 + ( 1 u v) P001 + up100 (,, ) = + + ; + + = 1 = + + = X u v w up vp wp u v w 100 010 001

Bezierův trojúhelníkový plát Plochy počítačové grafiky

Bezierův trojúhelník-subdivision Plochy počítačové grafiky

Racionální Bezierův trojúhelník Plochy počítačové grafiky Je dána trojúhelníková siť P ijk. Každý řídící bod má svou váhu w ijk (,, ) P u v w = i+ j+ k = n n wijk Pijk B ijk i, j, k 0 i+ j+ k = n n wijk B ijk i, j, k 0 ( u, v, w) ( u, v, w)

BSpline Plochy počítačové grafiky

BSpline X ( u, v) = Plocha je určena: řídící sítí (m+1)x(n+1) bodů Stupněm k pro bázové polynomy parametru u Stupněm l pro bázové polynomy parametru v i= 1 j= 1 Uzlovými vektory parametrizace pro parametry u a v. m Plochy počítačové grafiky n P N ij i, k ( u) N ( v) j, l N i1 1 t ti, ti+ pro 0 jinde t t 1 i i+ k = Nik ( t) = Nik 1( t) + Ni+ 1, k 1( t) ti+ k 1 ti ti+ k ti+ 1 t t

Vlastnosti BSpline Lokalita změn Podmínka konvexního obalu Afinní invariance Plochy počítačové grafiky Interpolace okrajem hraniční křivky jsou B-spline křivky pro uzlové hodnoty parametrů U = (u0 =... = uk, uk+1,..., um, um+1 =... = um+k+1), V = (v0 =... = vl, vl+1,..., vn, vn+1 =... = vn+l+1)

Coonsův bikubický plát (uniformní B-spline plát) 1 (, ) = ( 0 ( ), 1 ( ), ( ), 3 ( )) ( 0 ( ), 1 ( ), ( ), 3 ( )) X u v C u C u C u C u U C v C v C v C v 36 U.mapa plochy U C i,.coonsovy polynomy U U U U U U U U 00 01 0 03 10 11 1 13 = U0 U1 U U3 U U U U 30 31 3 33

NURBS Plochy počítačové grafiky

NURBS De Boorův algoritmus

Vytažení křivky jako NURBS Profilová NURBS křivka stupně k je dána řídícími body P i, i=0 n. Je dán vektor posunutí a. C( u) = Dva sloupce matice řídících bodů jsou dány původními řídícími body a body posunutými ve směru vektoru a. n i= 1 n i= 1 PN i w N i i, k i, k ( u) ( u) P P i0 i1 = Pi = P + a i X ( u, v) = n 1 i= 0 j= 0 n 1 i= 0 j= 0 ( ) ( ) w P N u N v i ij i, k j,1 ( ) ( ) w N u N v i i, k j,1

Přímkové plochy jako NURBS Jsou dány dvě NURBS křivky Sjednotíme stupeň a uzlové vektory obou křivek. Křivky se osadí novým uzlovým vektorem a sjednotí se tak, aby měly stejný počet řídicích bodů. Povrch se vytvoří za pomocířídicích bodů a uzlových vektorů obou křivek. Každá křivka se stává řádkem hodnot v matici řídicích bodů.