Matematický ústav UK Matematicko-fyzikální fakulta

Podobné dokumenty
Matematický ústav UK Matematicko-fyzikální fakulta

Geometrie pro počítačovou grafiku - PGR020

Jana Dannhoferová Ústav informatiky, PEF MZLU

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

Kristýna Bémová. 13. prosince 2007

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

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

Křivky a plochy technické praxe

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

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

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

NURBS REPREZENTACE KŘIVEK V MAPLE

Plochy zadané okrajovými křivkami

D - Přehled předmětů studijního plánu

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

Rekonstrukce ploch: Polygonální a analytická reprezentace Vybrané metody aproximace ploch

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

Generování sítě konečných prvků

KMA/GPM Barycentrické souřadnice a

Základní vlastnosti ploch

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Počítačová grafika RHINOCEROS

Geometrické transformace

Matematika drsně a svižně -- nekonvenční projekt výuky a učebnice

České vysoké učení technické v Praze Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská OKRUHY. ke státním závěrečným zkouškám BAKALÁŘSKÉ STUDIUM

Modelování systémů a procesů (11MSP) Bohumil Kovář, Jan Přikryl, Miroslav Vlček. 8. přednáška 11MSP pondělí 20. dubna 2015

Obsah A ROVINNÁ GRAFIKA 17

Požadavky k písemné přijímací zkoušce z matematiky do navazujícího magisterského studia pro neučitelské obory

Zobrazování 2D Nadpis křivek 2 Nadpis 3

Subdivision křivky a plochy

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

Křivky a plochy. Pavel Strachota. FJFI ČVUT v Praze

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

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.

Základy 3D modelování a animace v CGI systémech Cinema 4D C4D

POŽADAVKY K SOUBORNÉ ZKOUŠCE Z MATEMATIKY

Isogeometrická analýza nad optimalizovanými křivočarými triangulacemi

4. Digitální model terénu.

B-IIa Studijní plány pro bakalářské a magisterské SP - prezenčního

Přednáška 1 Úvod do předmětu

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

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

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

Základní vlastnosti křivek

Počítačová grafika 1 (POGR 1)

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

Matematika 1 Jiˇr ı Fiˇser 19. z aˇr ı 2016 Jiˇr ı Fiˇser (KMA, PˇrF UP Olomouc) KMA MAT1 19. z aˇr ı / 19

Grafické programy pro tvorbu 3D modelů

Učební texty k státní bakalářské zkoušce Matematika Diferenciální rovnice. študenti MFF 15. augusta 2008

Úvod do předmětu, úvod do problematiky CAE a MKP (přehled nástrojů a obecné postupy CAD/CAE, vazby součástí CAE)

Interpolace, ortogonální polynomy, Gaussova kvadratura

Mgr. Ladislav Zemánek Maturitní okruhy Matematika Obor reálných čísel

Základy tvorby výpočtového modelu

Numerická matematika Písemky

Maturitní témata profilová část

Detekce kolizí v 3D Josef Pelikán KSVI MFF UK Praha

Čebyševovy aproximace

Zimní semestr akademického roku 2014/ prosince 2014

Počítačová grafika 2 (POGR2)

Circular Harmonics. Tomáš Zámečník

Simulace (nejen) fyzikálních jevů na počítači

CINEMA 4D : ZKUŠENOSTI S 3D MODELOVÁNíM

Počítačová geometrie I

Rekonstrukce křivek a ploch metodou postupné evoluce

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

Matematika I. dvouletý volitelný předmět

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

Obsah a průběh zkoušky 1PG

Maturitní okruhy z matematiky - školní rok 2007/2008

Netradiční výklad tradičních témat

PROSTORU MODELLING OF NURBS CURVES AND SURFACES IN THE PROJECTIVE SPACE

Maturitní témata z matematiky

Numerické integrace některých nediferencovatelných funkcí

CZ 1.07/1.1.32/

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

MATURITNÍ TÉMATA Z MATEMATIKY

Metoda konečných prvků Charakteristika metody (výuková prezentace pro 1. ročník navazujícího studijního oboru Geotechnika)

Topografické mapování KMA/TOMA

Mechanika s Inventorem

Datová věda (Data Science) akademický navazující magisterský program

7 Konvexní množiny. min c T x. při splnění tzv. podmínek přípustnosti, tj. x = vyhovuje podmínkám: A x = b a x i 0 pro každé i n.

Matematika PRŮŘEZOVÁ TÉMATA

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

Přednášky z předmětu Aplikovaná matematika, rok 2012

Učební plán 4. letého studia předmětu matematiky. Učební plán 6. letého studia předmětu matematiky

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

Institucionální akreditace - bakalářské studium informatiky

Příklady otázek PB009/jaro 2015

DEFINICE,VĚTYADŮKAZYKÚSTNÍZKOUŠCEZMAT.ANALÝZY Ib

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

Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství MATEMATIKA 2

Bonn, Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität

Polynomy a interpolace text neobsahuje přesné matematické definice, pouze jejich vysvětlení

Od Pythagora ke geometrickému modelování. Miroslav Lávička 1

Stanovení forem, termínů a témat profilové části maturitní zkoušky oboru vzdělání M/01 Technické lyceum STROJNICTVÍ

Maturitní otázky z předmětu MATEMATIKA

Cvičení z matematiky jednoletý volitelný předmět

Oblasti ovlivňující přesnost a kvalitu obrobení povrchu (generované dráhy).

Transkript:

Geometrické modelování Zbyněk Šír Matematický ústav UK Matematicko-fyzikální fakulta 2. října 2018 Zbyněk Šír (MÚ UK) - Geometrické modelování 2. října 2018 1 / 15

Obsah dnešní přednášky Co je to geometrické modelování? Cíle předmětu a jeho kontext na MFF. Plánovaná témata. Jakým způsobem budeme pracovat? Praktické záležitosti a úmluva času. Příklady Zbyněk Šír (MÚ UK) - Geometrické modelování 2. října 2018 2 / 15

Co je geometrické modelování? moderní teoretická geometrická disciplína studuje objekty a reprezentace vhodné pro geometrické aplikace Robotika a kinematika FEM, numerické simulace CAD systémy Geometrické modelování CAM systémy Počítačová grafika, animace Umělé vidění, zprac. obrazu Zbyněk Šír (MÚ UK) - Geometrické modelování 2. října 2018 3 / 15

Teoretické a metodologické souvislosti Vzájemné ovlivňování: Výpočetní geometrie Teorie aproximace Diferenciální geometrie GM Algebraická geometrie Numerická matematika Symbolické počítání Zbyněk Šír (MÚ UK) - Geometrické modelování 2. října 2018 4 / 15

Správné pochopení geometrie je zásadní Obrábění rotoru turbodmychadla: pouze rozvinutelné plochy je možno obrábět válcovou frézou, jinak nutně dochází k podřezu chyby jsou často marně odstraňovány pokusy o vyšší kvalitu a přesnost frézování návrh správného nástroje je obtížný geometrický problém Zbyněk Šír (MÚ UK) - Geometrické modelování 2. října 2018 5 / 15

Co je geometrické modelování Zachycení tvaru pomocí daných dovolených elementů. Zbyněk Šír (MÚ UK) - Geometrické modelování 2. října 2018 6 / 15

Dva hlavní typy geometrických reprezentací v GM 1 diskrétní či po částech lineární objekty, mnohostěny, mračna bodů především v počítačové grafice, animacích, FEM... paradigmatem je trojúhelníkový mesh metody výpočetní geometrie, diskrétní matematiky, diskrétní diferenciální geometrie... 2 spojité a hladké reprezentace, C n parametrizace, implicitní plochy využívá se zejména v CAD, CAM, robotice... paradigmatem je po částech polynomiální či racionální parametrizace užívá metod diferenciální a algebraické geometrie, teorie aproximace... Zbyněk Šír (MÚ UK) - Geometrické modelování 2. října 2018 7 / 15

Ráj racionálních parametrizací Bézierovy křivky mají mnoho dobrých vlastností (vysoká stabilita, intuitivní ovládání tvaru, efektivní vykreslení, výpočet polohy, omezení konvexním obalem, omezená variace) racionální po částech = NURBS (non-uniform rational B-splines) v CAD, CAM systémech jsou reprezentovány velmi efektivně neracionální reprezentace tradičně podporovány nejsou Zbyněk Šír (MÚ UK) - Geometrické modelování 2. října 2018 8 / 15

Cíle předmětu a jeho kontext Pochopit co to je NURBS a spol. (level designer, level programátor, level matfyzák). Motivace, podstata, algoritmy, omezení. Kultivovat geometrické myšlení a dovednosti ve 2d a 3d. Seznámit se s některými významnými matematickými koncepty, větami a postupy. Souvisí s předměty Matematická analýza, Lineární algebra (ty jediné předpokládá) Geometrie (diferenciální) Geometrie pro počítačovou grafiku Diskrétní matematika (výpočetní geometrie) Matematické modelování (obor) Počítačová algebra, Algebraická geometrie, Deskriptivní geometrie, atd. Seznámit se se zajmavým software Případně se připravit na geometrickou větev magisterského MIT (matematika pro informační technologie) - přes struktury. Zbyněk Šír (MÚ UK) - Geometrické modelování 2. října 2018 9 / 15

Možná témata - upravíme podle času a zájmu Parametrický popis křivky, plochy a tělesa. Křivosti a podobně. Lineární, kruhové, parabolické a kubické splajny. Problém interpolace a aproximace. Béziérovy křivky, racionální křivky, NURBS křivky. Vlastnosti a algoritmy. Totéž pro plochy. Aproximační a interpolační plochy. Bilineární a bikubická Coonsova plocha. Obalové křivky a plochy. Křivky a plochy se zvláštními algebraickými vlastnostmi. PH křivky a PN plochy. Polygonální reprezentace povrchu, triangulace, diskrétní diferenciální geometrie. Dělící schémata (Subdivision), Doo-Sabin a Catmull-Clark. Isogeometrická analýza, diskrétní diferenciální geometrie. Kinematika. Zbyněk Šír (MÚ UK) - Geometrické modelování 2. října 2018 10 / 15

Praktické záležitosti,způsob práce Přednášky: definice, algoritmy, tvrzení (občas nějaký důkaz), příklady. Cvičení: řešení problémů za pomocí papíru a software MATHEMATIKA. Zápočet: předvedení několika předem určených vypracovaných úkolů z průběhu roku. Zkouška: písemná, základní definice, algoritmy a věty. 2/2 Z+Zk, 6 kreditů pro studenty oboru matematika je možná lepší zapsat si jako NMMB434. Zbyněk Šír (MÚ UK) - Geometrické modelování 2. října 2018 11 / 15

Příklad: Křivka převedená na kruhové oblouky Tomuto formátu se říká G-code a je využíván v počítačem řízeném obrábění (CNC). Zbyněk Šír (MÚ UK) - Geometrické modelování 2. října 2018 12 / 15

Příklad: Bézierova křivka Každou polynomiální křivku parametrizujeme na intervalu [0, 1]. i-tý Bernsteinův polynom stupně n je definován jako ( ) n Bi n (t) = t i (1 t) n i i Polynomy B0 n(t),..., Bn n(t) pevného stupně n tvoří bázi prostoru polynomů stupně nejvýše n. Ten má opravdu dimenzi n + 1. Máme-li n + 1 bodů P i R 2, které tvoří tzv. řídící polygon, pak definujeme Bézierovu křivku na intervalu [0, 1] n c(t) = P i Bi n (t). Zbyněk Šír (MÚ UK) - Geometrické modelování 2. října 2018 13 / 15 i=0

Příklad: Subdivision křivky Zbyněk Šír (MÚ UK) - Geometrické modelování 2. října 2018 14 / 15

Příklad: Zachycení nejen tvaru, ale i pohybu. Paralelní robot (Steward platform): dvě šestice bodů leží na kuželosečkách a jsou projektivně příbuzné samopohyb šest spojnic tvoří projektivní lineární komplex robot lokálně ztrácí stupeň volnosti Zbyněk Šír (MÚ UK) - Geometrické modelování 2. října 2018 15 / 15