NEREALISTICKÉ ZOBRAZENÍ



Podobné dokumenty
Pokročilé metody fotorealistického zobrazování

Multimediální systémy. 11 3d grafika

Výukový materiál vytvořen v rámci projektu EU peníze školám "Inovace výuky" registrační číslo CZ.1.07/1.5.00/

Počítačová grafika 2 (POGR2)

Adobe Illustrator CS5

Základní ovládání a práce s programem CorelDraw 11

Makroskopická obrazová analýza pomocí digitální kamery

3D Vizualizace muzea vojenské výzbroje

STUDIE MEDOVÝCH SMYČEK

GEOGRAFICKÉ INFORMAČNÍ SYSTÉMY 6

Úvod do zpracování obrazů. Petr Petyovský Miloslav Richter

Vývoj počítačové grafiky

Animace a geoprostor. První etapa: Animace 3. přednáško-cvičení. Jaromír Landa. jaromir.landa@mendelu.cz Ústav informatiky PEF MENDELU v Brně

Rozdìlení poèítaèové grafiky

Druhy masek 1 tvary ohraničené vyhlazené bez stínování

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

Zobrazování vektorových polí

LBP, HoG Ing. Marek Hrúz Ph.D. Plzeň Katedra kybernetiky 29. října 2015

Počítačová grafika III Úvod

ÚSKALÍ POUŽÍVÁNÍ MATEMATICKÝCH MODELŮ POŽÁRŮ MATEMATICKÝ MODEL FIRE DYNAMICS SIMULATOR Ing. Zdenka Pezdová

Reprezentace bodu, zobrazení

Možnosti integrace uměleckých postupů do vzdělávání na technicky zaměřených vysokých školách. Mgr. et MgA. Anna Ronovská

Úprava barev. Otočení snímku o 90. Další snímek. Uložit snímek. Úprava světlosti snímku. Otevřít složku

1.0 Lekce 1: Seznámení s prostøedím. 2.0 Lekce 2: Základní opravy fotografie

Katedra informatiky, Univerzita Palackého v Olomouci. 27. listopadu 2013

Digitalizace signálu (obraz, zvuk)

Mikroskopická obrazová analýza

Návrh a implementace algoritmů pro adaptivní řízení průmyslových robotů

Ing. Jan Buriánek. Katedra softwarového inženýrství Fakulta informačních technologií České vysoké učení technické v Praze Jan Buriánek, 2010

Surfels: Surface Elements as Rendering Primitives

SOFTWARE PRO ANALÝZU LABORATORNÍCH MĚŘENÍ Z FYZIKY

Základy zpracování obrazů

1.0 Lekce 1: Seznámení s prostøedím. 2.0 Lekce 2: Základní opravy fotografie

Výuka počítačové grafiky

ETAG 022 ŘÍDICÍ POKYN PRO EVROPSKÁ TECHNICKÁ SCHVÁLENÍ. Sestavy pro vodotěsné povrchové úpravy podlah a/nebo stěn v mokrých prostorech

Analytický model pro rozptyl světla v mlze. Jan Ondřej

Dálkový průzkum Země. Ústav geoinformačních technologií Lesnická a dřevařská fakulta MENDELU

Vizualizace 3d designu ve strojírenství

2D grafika. Jak pracuje grafik s 2D daty Fotografie Statické záběry Záběry s pohybem kamery PC animace. Počítačová grafika, 2D grafika 2

Prahaa 3. školních. skart. zn.: A 10

Vektorová a bitmapová grafika

Filtrace snímků ve frekvenční oblasti. Rychlá fourierova transformace

Digitální fotoaparáty, základy digitální fotografie

VÝVOJ NOVÉHO REGULAČNÍHO ALGORITMU KOTLE VERNER S PODPOROU PROGRAMU MATLAB

Detekce obličeje v obraze s využitím prostředí MATLAB

Slouží pro výběr prvků, skupin a komponent pro další použití

Pokročilé osvětlovací techniky Josef Pelikán, MFF UK Praha

2 Rekonstrukce ze dvou kalibrovaných pohledů

MODEL VÁRKOVÉ LINKY NA VÝROBU CHLORIDU ŽELEZNATÉHO PRO FARMACEUTICKÉ ÚČELY. Vladimír Hanta

TDS-TECHNIK 13.1 pro AutoCAD LT

Počítačová grafika 1 (POGR 1)

MOZAIKY GEOMETRICKOU SUBSTITUCÍ

NEREALISTICKÉ ZOBRAZENÍ VIDEA

Počítačová grafika III Úvod

SIFT: Scale Invariant Feature Transform Automatické nalezení korespondencí mezi dvojicí obrázků

Dvoupásmová aktivní anténa s kruhovou polarizací

manuál CADKON-KROVY CADKON-KROVY kreslení dřevěných konstrukcí pro Autodesk Architectural Desktop

Závěrečná zpráva projektu Experimentální výpočetní grid pro numerickou lineární algebru

ZÁVAZNÉ POKYNY PRO VYPRACOVÁNÍ BAKALÁŘSKÉ, DIPLOMOVÉ A DISERTAČNÍ PRÁCE

OPTICKÉ VLASTNOSTI OKA. ROZKLAD SVĚTLA HRANOLEM 1. OPTICKÉ VLASTNOSTI OKA

Digitální malba jako specifická oblast počítačové grafiky

III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

SPŠ NA PROSEKU. Počítačová 3D grafika. Daniel Beznoskov IT A

Badatelsky orientovaná výuka matematiky. Mgr. Marta Vrtišová ZŠ Matice školské, České Budějovice

2. Konceptuální model dat, E-R konceptuální model

Herní engine. Co je Engine Hotové enginy Jemný úvod do game designu

Barvy na počítači a grafické formáty

ÚVOD DO PROBLEMATIKY PIV

spsks.cz Část druhá - Praxe Technologie řízení robotického ramena Zpracováno v rámci projektu CZ.1.07/3,2, 10/ financovaného z fondů EU

Cvičení 6 z předmětu CAD I PARAMETRICKÉ 3D MODELOVÁNÍ VÝKRES

TVORBA VÝROBNÍ DOKUMENTACE CV

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA VÝTVARNÝCH UMĚNÍ FACULTY OF FINE ARTS ATELIÉR MULTIMÉDIÍ STUDIO OF MULTIMEDIA

Základy kompozice. 1. Rovnováha. 2. Symetrie

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI FAKULTA UMĚNÍ A ARCHITEKTURY. Studijní program: B8206 Výtvarná umění. Obor: Vizuální komunikace BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

3D grafika. Proces tvorby sekvence s 3D modely Sbírání údajů na natáčecím place Motion capture Matchmoving Compositing

CORELDRAW PRÁCE S RASTRY. Lenka Bednaříková

Kolorování černobílých filmů. Martin Varga MFF UK, 2005

Simulace proudění v ultrazvukových průtokoměrech - úvodní studie

Systémy digitálního vodotisku. Digital Watermarking Systems

Ovladaèe, sdìlovaèe Provozní grafika. Ing. David Vodrážka

Vytváření realistických děl pomocí síťové výplně

MODELOVÁNÍ V INVENTORU CV

Vývoj počítačové grafiky. Tomáš Pastuch Pavel Skrbek

NUMERICKÉ MODELOVÁNÍ ZDIVA. 1. Současný stav problematiky

1 Měření na Wilsonově expanzní komoře

Betony pro vodonepropustné a masivní konstrukce

Fólie pro řízení světla Fólie Dual-Color 3M řady

Řízení pohybu stanice v simulačním prostředí OPNET Modeler podle mapového podkladu

Obsah. Kapitola 1 Stažení a instalace Kapitola 2 Orientace v programu a základní nastavení Úvod... 9

IAESTE České republiky, Logomanuál

Rastrový obraz, grafické formáty

Textury v real-time grafice Josef Pelikán, MFF UK Praha Josef.Pelikan@mff.cuni.cz

Výukové materiály pro výuku 3D grafiky na SOŠ

Turnaj mladých fyziků 2014

Vyplňování souvislé oblasti

12 Metody snižování barevného prostoru

Česká zemědělská univerzita v Praze. Provozně ekonomická fakulta. Katedra informačních technologií

Členění podle 505 o metrologii

D E T E K C E P O H Y B U V E V I D E U A J E J I C H I D E N T I F I K A C E

12. Speciální uživatelská rozhraní

Transkript:

NEREALISTICKÉ ZOBRAZENÍ PGD: Počítačová Grafika Jozef Mlích <imlich@fit.vutbr.cz> 1 Úvod Nejčastějším cílem počítačové grafiky je co nejpřesnější zobrazení reálného světa. Metody pro nerealistické zobrazení se zabývají ostatními způsoby zobrazení realného světa. Jejich cílem může být zvýšení čitelnosti obrazu, zvýšení míry abstrakce, naplnění uměleckého záměru, apod. Techniky nerealistického zobrazení jsou často založeny na kopirování přístupů používaných ve výtvarném umění. Metody nerealistického zobrazení obvykle používají stený data jako fotorealistické techniky (3d modely objektů, textury, fotky). V závislosti na účelu nebo dalším použití nerealistického obrazu je nutné zvolit optimální poměr mezi fotorealistickou a abstraktní části obrazu s ohledem na efektnost výsledného obrazu. Jednotlivé metody pro nerealistické zobrazení lze rozdělit na metody pracující s 3D reprezentací objektu a na metody využívající 2D obraz získaný metodami fotorealistického zobrazení. V počítačovych hrách nebo kreslených filmech se nejčastěji používá metoda označovaná jako toon-shading nebo cel-shading, která upravuje se zaměruje na osvětlovací model objektu. Tyto metody jsou podrobněji zpracovány v [6]. Tato práce se zabývá pouze vybranými metodami nerealistického zobrazení. Přehled odstatní metod lze nalézt na stránce [10]. 2 Malířské techniky Napodobením malířských technik 1 lze dosáhnout efektní obrázek nerealisticky zobrazující realný svět. Paul Haeberli v [7] popsal jak lze pomocí malířských technik interaktivně upravit fotografii (viz. obrázek 1). Metoda se snaží modelovat průběh tvorby samotného obrazu, podobným způsobem jako malířův algoritmus pro řešení viditelnosti objektů, pomocí modelování jednotlivých tahů štětcem. Je nutné definovat tvar a velikost štetce, jeho orientaci, polohu a tlak při každém tahu. Typ štetce se většinou zvolí podle požadavků na výsledný obraz. Tento tvar zůstává většinou staticky. Lze ho definovat pomocí pomocí textury, která vznikne jeho použitím. Vliv tvaru štětce na výsledný obraz je ukázaný na obrázku 2. Tvar tahu a vytvořenou texturu lze různými adhoc způsoby vypočítat z rychlosti pohybu a délky tahu. Barva tahu štetce se získá navzorkováním blízkého okolí polohy štětce v původním obraze. Jednotlivé parametry štětce pro každý tah lze odhadnout automacticky. Požadavky na výsledný obraz obvykle zahrnují vystižení základního tvaru objektu, zvýšenou úroveň detailů v bodech, kde má být soustředěná pozornost pozorovatele. 1 Jedná se o volný překlad výrazu painterly rendering 1

Obrázek 1: Průběh vytváření obrazu z fotografie Obrázek 2: Vliv volby tvaru štětce na výsledný obraz Pro získání informací o tvaru objektu lze použít běžné hranové detektory. Oblasti zájmu (pozornosti uživatele) mohou být definovány jako oblasti ze složitější strukturou, kterou lze detekovat jako oblasti vyšší frekvencí hran, přičemž nejčastěji býva bod pozornosti zaměřený uprostřed fotografie. Směr jednotlivých tahů a jejich délku lze potom odhadnout z lokálních gradientů v původním obrázku. Obvyklý postup je přecházet při vykreslování od větších štetců k menším. Nejprve pokyrýt celou plochu plátna a potom dokreslovat jemnějšími štětci detaily. 3 3D malířské techniky Při automatickém vytváření obrazu pomocí malířských technik je nutné tedy nějakým způsobem simulovat tahy štětcem. V případě, že je k dispozici 3D model scény, tak lze jednotilvé parametry odhadnout podle geometrie objektu. Na obrázku 3 je znázorněné schéma vytváření obrazu pomocí malířských technik. Obrázek je převzaný z [9]. Pro analýzu geometrie se používá Geometry Buffers (G-Buffer - viz. Saito, et. al. [11]). Každý G-Buffer obsahuje jednu geometrickou veličinu. Typicky se jedná o g-buffery popisující absolutní hodnotu hloubky v jendotlivých osách, G-buffery popisující relativní vzdálenosti pro každou osu a normály pro každý pixel objektu. Do G-Bufferu je uložena informace o objektu po zpracování projektční matice a odstranění skrytých povrchů. Informace uložené v jednotlivých G-Bufferech lze potom použít k nalezení hran objektů (například pomocí sobelova 2

Obrázek 3: Renderování 3d objektu pomocí malířských technik detektoru hran), apod. 4 Vodové barvy Tundee Cockshott se ve své disertační práci [5] zabývá chováním barev jako směsí látek a jejich simulací na počítači s ohledem na požadavky v počítačové grafice (Hayesův koncept hloupé fyziky ). Jsou zde simulovány procesy jako je kapilární elevace (vzlínaní), mísení tekutin a gravitace. V případě Cockshottova Wet and Sticky modelu je chování kapky barvy popsané pomocí blíže adhoc definovaných modelů, ktere se vzájemě ovlivňují. Jednotlivé modely zahrnují zjednodušenou simulaci několika fyzikálně chemických jevů. Jedná se o model plátna, stávající malby, štětce a prostředí. Vliv okolního prostředí zahrnuje světlo, teplotu, vlhkosti a gravitace. Chování takto definovaného modelu lze formalizovat pomocí celulárních automatů. 5 Kresba perem Kresbu perem lze popsat jako kresbu neobsahující informace o barvě ani odstínu. Vjem barvy nebo odstínu musí být nahrazen kombinací několika samostatných čar. Klíčovým prvkem metod kresby perem nebo tužkou je oddělení obrysu ubjektu a ostatních vlastností scény. Obrys objektu je výhodný pro abstratní popis objektu, protože tvar objektu je pro rozpoznání typu objektu většinou důležitější než textura. Při bežných typech vykreslování se na základě úrovně detailu často zandebává prostorová informace a informace o vzhledu objektu zůstává pouze v textuře. I z tohoto důvodu je nutné analyzovat strukturu textury. Při vykreslování scény se používá textura a informace o osvětlení samostatně. Pro účely kresby perem lze definovat několik odstínů barvy objektu včetně stínování a každé úrovni přiřadit samostatný vzor šrafování. Podle průměrné hodnoty odstínu v dané oblasti objektu 3

je zvoleno nejbližší šrafování (viz. obrázek 4). Při ořezávání textury by měl být její tvar daný čárou. Obrázek 4: Textury pro jednotlivé odstíny objektu a složená textura Samotná anlýza textury objektu probíha pomocí hranových detektorů, prahování podle odstínu a trasování čar. Při sledování čar se přidává šum, který má zabránit stojovému vzhledu výsledného obrázku. Jedná se hlavně o simulaci roztřesení ruky a mírné přesahy čar. Při zobrazování pomocí této metody přináší 3D reprezentace řadu výhod. Je poměrně jednoduché získat obrysy objektu, olišit jednotlivé stěny objektu a jejich textury předpočítat a odlišit vržené stíny. Navíc lze šrafování zvolit podle tvaru objektu. Naproti tomu normální obraz neobsahuje žádné další informace a je nutné je bud analýzou z obrazu získat nebo tuto informaci zanedbat. Další informace lze najít v [14, 12]. 6 Animace Pro animaci objektu zobrazených pomocí technik nerealistického zobrazování je velmi důležitá stabilita metod, tzn. že části snímků po sobě následujících, které se nezměnily, by se němely výrazně lišit. Pokud se zobrazení scény mění rychle v čase a nesouvisí to s pohybem objektu, tak to působí velmi rušivě. Metoda painterly renderingu popsaná v [9] využívá vykreslování pomocí částic (particle rendering). Podle geometrie objektu se vygenerují náhodně částice, které odpovídají pozici ve scéně. Tyto částice potom odpovídají bodům, ve kterých se budou simulovat tahy štetcem. Pokud je poloha částic stabilní, tak by měla být stabilní i výsledná animace. 7 Praktické ukázky Jednotlivé metody pro nerealistické vykreslování se používají bežně v počítačových hrách, kreslených filmech. Metody toon shadingu nebo sketchingu jsou implementované různých modelovacích a renerovacích nástrojích jako je například v Blenderu [2] nebo 3D Studio MAX. Příkladem 3D modelovacího nástroje zaměřeného na nerealistické zobrazení je SketchUp [4]. Pro vytváření kresby perem v 2d nástrojích na základě fotografie se často nechává na grafikovy jaké metody a filtry použije pro vytvoření požadovaného obrázku. Příkladem nástroje pro kresbu perem je plugin Ink Sketch pro Paint.NET[1]. Pro renderování obrázků pomocí malířských technik lze použít například program painter [13]. Výstup tohoto programu je ukázaný na obrázku 5, záznam průběhu vytváření obrázku je k dispozici na [3]. Další příkaldy malířských technik jsou k dispozici v [15, 8]. 4

Obrázek 5: Malba z fotky viz. [3] Reference [1] Ink sketch plugin pro paint.net http://boltbait.googlepages.com/inksketch. [2] Jak vytvořit pen and ink v blenderu http://matthieu3d.free.fr/tutovira1/tuten.html. [3] Program pro painterly rendering http://www.youtube.com/watch?v=pnmmlohfiw0 http://www.visgraf.impa.br/courses/ip00/proj/painter/ip4.htm. [4] Sketchup http://sketchup.google.com/. [5] Tundee Cockshott. Wet and Sticky: A Novel Model for Computer-Based Painting. PhD thesis, The University of Glasgow, UK, 1991. [6] Amy Gooch, Bruce Gooch, Peter Shirley, and Elaine Cohen. A non-photorealistic lighting model for automatic technical illustration. In SIGGRAPH 98: Proceedings of the 25th annual conference on Computer graphics and interactive techniques, pages 447 452, New York, NY, USA, 1998. ACM. [7] Paul Haeberli. Paint by numbers: abstract image representations. In SIGGRAPH 90: Proceedings of the 17th annual conference on Computer graphics and interactive techniques, pages 207 214, New York, NY, USA, 1990. ACM. [8] Aaron Hertzmann. Painterly rendering with curved brush strokes of multiple sizes. In SIGGRAPH 98: Proceedings of the 25th annual conference on Computer graphics and interactive techniques, pages 453 460, New York, NY, USA, 1998. ACM. [9] Barbara J. Meier. Painterly rendering for animation. In SIGGRAPH 96: Proceedings of the 23rd annual conference on Computer graphics and interactive techniques, pages 477 484, New York, NY, USA, 1996. ACM. [10] Craig Reynolds. Stylized depiction in computer graphics: Non-photorealistic, painterly and toon rendering, http://www.red3d.com/cwr/npr/. 5

[11] Takafumi Saito and Tokiichiro Takahashi. Comprehensible rendering of 3-d shapes. SIGGRAPH Comput. Graph., 24(4):197 206, 1990. [12] Michael P. Salisbury, Sean E. Anderson, Ronen Barzel, and David H. Salesin. Interactive pen-and-ink illustration. In SIGGRAPH 94: Proceedings of the 21st annual conference on Computer graphics and interactive techniques, pages 101 108, New York, NY, USA, 1994. ACM. [13] Michio Shiraishi and Yasushi Yamaguchi. An algorithm for automatic painterly rendering based on local source image approximation. In NPAR 00: Proceedings of the 1st international symposium on Non-photorealistic animation and rendering, pages 53 58, New York, NY, USA, 2000. ACM. [14] Georges Winkenbach and David H. Salesin. Computer-generated pen-and-ink illustration. In SIGGRAPH 94: Proceedings of the 21st annual conference on Computer graphics and interactive techniques, pages 91 100, New York, NY, USA, 1994. ACM. [15] Holger Winnemöller, Sven C. Olsen, and Bruce Gooch. Real-time video abstraction. ACM Trans. Graph., 25(3):1221 1226, 2006. 6