Počítačová grafika letem světem

Podobné dokumenty
PB001: Úvod do informačních technologíı

9 Prostorová grafika a modelování těles

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

Vývoj počítačové grafiky

Visualizace objemových dat

Visualizace objemových dat

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

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

Barvy a barevné modely. Počítačová grafika

Počítačová grafika 1 (POGR 1)

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

Počítačová grafika 2 (POGR2)

Vyplňování souvislé oblasti

Kde se používá počítačová grafika

Světlo. Podstata světla. Elektromagnetické záření Korpuskulární charakter. Rychlost světla. Vlnová délka. Vlnění, foton. c = ,8 km/h

Úvod do počítačové grafiky

13 Barvy a úpravy rastrového

Modely prostorových těles

Téma: Vektorová grafika. Určete pravdivost následujícího tvrzení: "Grafická data jsou u 2D vektorové grafiky uložena ve voxelech."

CINEMA 4D : ZKUŠENOSTI S 3D MODELOVÁNíM

Lekce 8 IMPLEMENTACE OPERAČNÍHO SYSTÉMU LINUX DO VÝUKY INFORMAČNÍCH TECHNOLOGIÍ

Počítačová grafika. (Computer Graphics) Úvod do tématu. Martina Mudrová únor 2007

Rekurzivní sledování paprsku

Jana Dannhoferová Ústav informatiky, PEF MZLU

Práce na počítači. Bc. Veronika Tomsová

Počítačová grafika RHINOCEROS

Digitální učební materiály ve škole, registrační číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/

Obsah. Úvod do prostorového modelování 9. Prostředí AutoCADu při práci ve 3D 15 KAPITOLA 1 KAPITOLA 2

PRINCIPY POČÍTAČOVÉ GRAFIKY metodický list č. 1

1.8. Úprava uživatelského prostředí AutoCADu 25 Přednostní klávesy 25 Pracovní prostory 25

1.1. Spuštění ArchiCADu Práce s projektem Pracovní plocha 19

Multimediální systémy. 11 3d grafika

ZPRACOVÁNÍ OBRAZU přednáška 4

Obsah A ROVINNÁ GRAFIKA 17

Rasterizace je proces při kterém se vektorově definovaná grafika konvertuje na. x 2 x 1

Omezení barevného prostoru

Úvod do počítačové grafiky

- obvyklejší, výpočetně dražší - každé písmeno je definováno jako zakřivený nebo polygonální obrys

DATOVÉ FORMÁTY GRAFIKY, JEJICH SPECIFIKA A MOŽNOSTI VYUŽITÍ

Vývoj počítačové grafiky. Tomáš Pastuch Pavel Skrbek

Co je grafický akcelerátor

Zobrazování a osvětlování

Fakulta elektrotechniky a informatiky Počítačová grafika. Zkouška ústní

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

Sítě SFN Systém pro analýzu a vizualizaci pokrytí a rušení vysílacích sítí

Obsah. Úvod do studia 11 Co byste měli předem znát 13. Úvod do obsluhy AutoCADu 23. Kapitola Kapitola 1 23

Grafika na počítači. Bc. Veronika Tomsová

Počítačová grafika. OBSAH Grafické formy: Vektorová grafika Bitmapová (rastrová grafika) Barevné modely

Zobrazovací jednotky a monitory

Osvětlování a stínování

zdroj světla). Z metod transformace obrázku uvedeme warping a morfing, které se

Grafické systémy. Obrázek 1. Znázornění elektromagnetického spektra.

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

11 Zobrazování objektů 3D grafiky

Fakulta informačních technologíı. IZG cvičení 6. - Zobrazování 3D scény a základy OpenGL 1 / 38

Základní techniky zobrazování Josef Pelikán, MFF UK Praha

VY_32_INOVACE_INF.10. Grafika v IT

1. Reprezentace barev, míchání barev. 2. Redukce barevného prostoru. 3. Rasterizace objektů ve 2D.

Počítačová grafika. Studijní text. Karel Novotný

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

Programátorská dokumentace

Deformace rastrových obrázků

Reprezentace 3D scény

Úvod do problematiky. Význam počítačové grafiky. Trochu z historie. Využití počítačové grafiky

Co je počítačová grafika

Barevné modely, práce s barvou. Martin Klíma

Metodické listy pro kombinované studium předmětu. B_PPG Principy počítačové grafiky

Multimediální systémy. 02 Reprezentace barev v počítači

Geekovo Minimum. Počítačové Grafiky. Nadpis 1 Nadpis 2 Nadpis 3. Božetěchova 2, Brno

Anti Aliasing. Ondřej Burkert. atrey.karlin.mff.cuni.cz/~ondra/ ~ondra/stranka

Metamorfóza obrázků Josef Pelikán CGG MFF UK Praha

Práce s texty, Transformace rastru, Připojení GPS

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

Reprezentace bodu, zobrazení

Fungování předmětu. 12 vyučovacích hodin ve 3 blocích Evidence docházky Zápočtový test Aktuální informace a materiály na smetana.filmovka.

Úloha 1. Text úlohy. Vyberte jednu z nabízených možností: NEPRAVDA. PRAVDA Úloha 2. Text úlohy

Obsah. Předmluva 13 KAPITOLA 1 KAPITOLA 2

Monitory a grafické adaptéry

Obsah KAPITOLA 1 13 KAPITOLA 2 33

Počítačová grafika SZŠ A VOŠZ MERHAUTOVA 15, BRNO

Návod k použití softwaru Solar Viewer 3D

Datové formáty grafiky, jejich specifika a možnosti využití. L u b o š T o m e š e k U M T M a n a ž e r s k á i n f o r m a t i k a 2015/ 16

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

Inovace výuky prostřednictvím šablon pro SŠ

B_PPG PRINCIPY POČÍTAČOVÉ GRAFIKY

ak. rok 2013/2014 Michal Španěl,

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

Obsah. Předmluva 15 KAPITOLA 1 17 KAPITOLA 2 39

Příklady otázek PB009/jaro 2015

9. přednáška z předmětu GIS1 Digitální model reliéfu a odvozené povrchy. Vyučující: Ing. Jan Pacina, Ph.D.

Přednáška kurzu MPOV. Barevné modely

Ukázka knihy z internetového knihkupectví

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

Výpočet vržených stínů

Barva. v počítačové grafice. Poznámky k přednášce předmětu Počítačová grafika

Jana Dannhoferová Ústav informatiky, PEF MZLU

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

Vstupní požadavky, doporučení a metodické pokyny

Úvod do problematiky. Význam počítačové grafiky. Trochu z historie. Využití počítačové grafiky

Transkript:

1 Počítačová grafika letem světem 2002 Jiří Sochor FI MU Brno sochor@fi.muni.cz http://www.fi.muni.cz/usr/sochor/

2 Analýza a syntéza obrazu (obrazová) data modelová ní modely analýza (obrazu) syntéza (obrazu) (obrazový) výstup

3 Vizualizace data, funkce, jev vizualizované atributy modely vizualizační prostředky obraz

4 Problémové okruhy co a jak nakreslit jak to vytvořit jak se na to podívat jak to osvětlit jak modelovat realitu jak to rychle vypočítat

5 Něco o tvrdém vybavení

6 Displeje první displeje byly vektorové displeje Electronový paprsek sledoval čáry obraz definován sekvencí koncových bodů drátové zobrazení, bez vypňování

7 Displeje Rastrové displeje elektronový paprsek prochází po pravidelné dráze obraz je 2D pole pixelů rychlé, chyby vzorkování Každý pixel má b bitů pro barvu B&W: 1 bit Základní barvy: 8, 15, 16, 24 bits špičkové: 96 bits

8 Displeje

9 Displeje a obrazové paměti rastrový obraz je uložen v paměti jako 2D pole pixelů obrazová paměť barva každého pixelu určuje intenzitu paprsku Video hardware čte obrazovou paměť 60+ Hz změny v obrazové paměti se ukazují na obrazovce => dvojitá paměť přepnutí pamětí po dokončení kresby snímku

10 Displeje a obrazové paměti Obrazová paměť (double buffer) displej Řadič video Grafický software (rasterizer)

11 Běžná pracovní stanice CPU Cache RAM přídavná zařízení grafický akcelerátor obrazová paměť grafický subsystém řadič video videosignál

12 Nové architektury procesor objektu procesor objektu procesor objektu obrazová paměť

13 Nové architektury procesor oblasti 1 procesor oblasti 2 procesor oblasti n obrazová paměť

14 Rastrové algoritmy

15 Rastrová konverze úseček nalezni pixely nejblíže k ideální přímce m y i = = Δy Δx m. x = i předpoklad m 1: vybarvi 1 pixel ve sloupci, zpracuj inkrementálně if m >1 : x y. + y x e e B y x s s

16 Rastrová konverze úseček ye ys xs xe

17 Rastrová konverze úseček neefektivní metoda: výpočet round(y) pro každé celé x inkrementální výpočet: y i = mx i + B y i+1 = mx i+1 + B = m(x i +1) + B = y i + m pouze celočíselná aritmetika: Bresenhamův algoritmus

18 Rastrová konverze úseček předchozí pixel volba pro současný pixel volba pro následující pixel

19 Výplň ploch obarvení všech pixelů v dané oblasti oblast = všechny pixely určité barvy (pixelově definovaná oblast) všechny pixely v určité vzdálenosti od pixelu všechny pixely uvnitř daného polygonu (oblast definovaná polygonem)

20 Pixelově definované oblasti S 4-connect 8-connect

21 Výplň polygonální oblasti řádka

22 Výplň polygonální oblasti

23 Souřadné systémy a transformace

24 Jak něco nakreslit? okno plotpixel(289,190) plotpixel(320,128) plotpixel(239,67) plotpixel(194,101) plotpixel(129,83) plotpixel(75,73) plotpixel(74,74) plotpixel(20,10)

25 Proč je to nepraktické? Souřadnice jsou vyjádřeny v prostoru obrazovky, ale objekty žijí v (3D) ve světovém prostoru Při změně velikosti okna musíme změnit souřadnice kreslených objektů Chceme rozlišit mezi: hodnotami, které popisují geometrické objekty hodnotami potřebnými pro nakreslení těchto objektů na obrazovku

26 Okno světa & okno pohledu okno obrazovky okno okno světa okno pohledu

27 Souřadné systémy: 2D & 3D Y Z X Y Y Left-handed X Z Right-handed X

28 OpenGL

29 3D proudová architektura SW+HW Modelové transformace triviální test přijetí/odmítnutí osvětlení ořezání (pokud je třeba) perspektivní dělení konverze do prostoru obrazu nastavení interpolátorů interpolace hran interpolace úseků podmíněný zápis podle Z-paměti VRAM obrazová paměť

30 OpenGL Co je OpenGL grafický systém? - je to API (application programming interface) - softwarový interface pro grafický hardware - vrstva mezi programátorem a grafickým hardware - je to Graphics Assembly Language Požadavky na hardware - musí obsahovat frame buffer, tj. musí být pixelově orientován

31 Rysy - nezávisí na hardware -nemápříkazy pro práci s okny - OpenGL není pixelově přesné shodná posloupnost příkazů může vytvořit trochu rozdílné obrazy na různých platformách můžeme použít různé algoritmy (float, int) opět, je hardwarově nezávislé

32 Co dělá GL? - vykreslování trojúhelníků, čar, polygonů (3D) - manipulace s rastrovým obrazem (2D) - texturování -osvětlování - stínování -mlha - výpočet viditelnosti - alpha míchání - transformace -akumulační paměť - šablonová paměť (stencil b.)

33 Co GL nedělá? - úlohy s okny - definice objektů - NURBS (parametrické křivky, plochy) - stíny - odrazy -voxely - reprezentace scény

34 Další pohled na OpenGL - OpenGL je stavový automat -tj., můžeme nastavit stav, nebo se na něj dotázat - nastavení stavu: glenable(), gldisable(), etc. - zjištění stavu: glgetsomething()

35 Jednoduchý program void main(){ OpenWindow(); InitOpenGL(); // nastav GL stav gldisable(gl_lighting); // nastav GL stav glbegin(gl_triangles); // nastav GL stav glshademode(gl_smooth); // nastav GL stav glcolor3f(1.0,0.0,0.0);glvertex3f(0.0, 0.0, 0.0); glcolor3f(0.0,1.0,0.0);glvertex3f(1.0, 0.0, 0.0); glcolor3f(0.0,0.0,1.0);glvertex3f(1.0, 1.0, 0.0); glend(); // nastav GL stav Wait4Key();// čekej na vstup z klávesnice CloseWindow();}

36 Knihovny související s OpenGL - aux.h pomocná knihovna (SGI) - basic window manipulation - simple objects (box, sphere, disc) - obsolete - glu.h OpenGL Utility Library (SGI) - velmi užitečná! - práce s obrazem (měřítko, mip-mapování) - transformace souřadnic - základní objekty - Non Uniform Rational B-Splines (NURBS) - jednoduché (jednodušší) operace glulookat(),gluortho2d()

37 Knihovny související s OpenGL - glut.h OpenGL Utility Toolkit (Mark Kilgard) - velmi užitečná! - manipulace s okny nezávislá na platformě - jednoduché menu - vyhlazování (antialiasing) - stereo zobrazování (pokud je podpořeno hw) - zobecněné válce - vytažené objekty -atd.

38 OpenGL a související API

39 Paměti OpenGL používá několik pamětí - obrazová paměť složená z pixelů (obrazovka) - z-paměť (paměť hloubky) hloubka pixelu -alfa paměť průhlednost pixelu -akumulační paměť pohybové rozmazání, aliasing - indexová paměť barevný mód -paměť šablony popisuje šablonu Některé hodnoty lze nastavit přímo. Některé se nastaví při kreslení.

40 Kresba trojúhelníků glbegin(gl_triangle_fan); glcolor3f(1.0,0.0,0.0); glvertex2i(0, 5); glvertex2i(0, 0); glvertex2i(10, 0); glcolor3f(0.0,1.0,0.0); glvertex2i(10, 5); glcolor3f(0.0,0.0,1.0); glvertex2i(10, 10); glcolor3f(0.0,0.0,0.0); glvertex2i(0, 10); glend();

41 Barva

42 Co je barva? Světlo = elektromagnetické vlny viditelné spektrum 400 nm (fialová) 700 nm (červená)

43 Lidské oko (PCG-Cornell University) pohled optická osa žlutá skvrna slepá skvrna

44 Lidské oko: sítnice (PCG-Cornell University) světlo prochází krevním řečištěm a vrstvami sítnice před dosažením čípků a tyčinek

45 CIE diagram barev

46 Gamut (rozsah) barevného monitoru Ne všechny barvy lze zobrazit na CRT monitoru barevné souřadnice každého luminoforu se u jednotlivých monitorů liší

47 RGB nejběžnější v grafice: přímé mapování na CRT aditivní barevný systém

48 CMY (cyan-magenta-yellow) subtraktivní barevný systém pro získání výsledné barvy odečítá barvy od bílé (r g b) = (1 1 1) (c m y) v systému CMY v systému RGB

49 Barevné iluze

50 Barevné iluze

51 Modely a modelování

52 Parametrické křivky a plochy Bezierova křivka b b c a a p(t) = (1-t)a + tb p(t) = (1-t) 2 a + 2t(1-t)b + t 2 c

53 Polygony Objekty ve 3D jsou zhotoveny z polygonů Polygony jsou základním stavebním blokem v grafice!

54 Tažené (extrudované) povrchy Hranol Povrchová síť trojúhelníků sestrojena automaticky

55 Tažené (extrudované) povrchy obecnější: pohyb profilu podél křivky konstrukce polygonu mezi klíčovými polohami

56 Tažené (extrudované) povrchy

57 Rotační povrchy definice profilu rotace profilu okolo osy

58 Rotační povrchy obdoba tažených povrchů RHINO... (rotační povrch + modifikace)

59 Konstruktivní geometrie těles - CSG CSG Constructive Solid Geometry Máme objekty popsané pomocí polygonů Jak zkombinujeme objekty? Boolské operace: součet, sjednocení průnik rozdíl

60 CSG sjednocení rozdíl rozdíl jednoduchá primitiva

61 CSG B A A U B A B A-B B-A řeší se pomocí ořezávání polygonů netriviální řešení okrajových případů

62 CSG

63 Objemové modelování prostor rozdělen na voxely označení každého voxelu: Patří k objektu? Barva?

64 Objemové modelování Aplikace: projekt viditelný člověk nasnímané řezy mrtvého těla každý řez je polem voxelů celé tělo je popsáno souborem objemových dat

65 Projekt Viditelný člověk

66 Volné tvarování

67 Volné deformace-sederberg&parry volné deformace - Free Form Deformation - FFD

68 FFD - Cracken&Joy

69 Deformace decasteljau

70 Světla a stíny

71 Klasická zobrazovací metoda

Zpětné sledování paprsku (eye ray-tracing) 72 D S L E S

73 Zpětné sledování paprsku

74 Distribuované sledování paprsku

75 Jednoduchá dvoukroková metoda

Tříkrokova metoda (zahrnutí LS * D cest) 76

77 Vizualizace

78 průmyslové aplikace medicína (rentgenová) počítačová tomografie (CAT) nukleární magnetická rezonance (NMR, MRI) pozitronová emisní tomografie (PET) single photon emission computer tomography (SPECT) + kombinace různých technologií (např. CAT+NMR) průmyslová defektoskopie sonogramy, rentgenové přístroje,..

79 Vizualizace v lékařství

80 Vědecké aplikace zobrazení naměřených dat geologie, seismologie meteorologie molekulární chemie a biologie zobrazení matematické simulace (dynamická) vektorová pole: průmyslová konstrukce, aerodynamika, meteorologie,.. astronomie a astrofyzika zobrazení implicitně definovaných ploch

81 Vizualizace v chemii

82 Model rozptylu světla L osvětlení R t 1 t (x,y,z) t 2 I(t )D(t hustota )P(cosθ ) odrazová funkce paprsek R prochází prostorem skalární funkce 3 proměnných x,y,z

83 Antialiasing

84 Antialiasing Alias vzniká díky diskrétní povaze obrazovky (rastrových zařízení): aliasové jevy mohou být redukovány pomocí zvýšeného rozlišení předfiltrováním postfiltrováním

85 Antialiasing původní scéna průběh jasu

86 Vzorkování vzorkování ve středech pixelů vzorky jasového signálu

87 Alias - zobrazení zobrazení průběh jasu

88 Alias zubaté profily originál kresba

89 Alias ztráta detailu originál kresba

90 Alias rozpad tvaru pravidelná šachovnice v perspektivě

91 Filtrování Předfiltrování zjišťuje barevné plochy uvnitř pixelu

92 Ukázka bez antialiasing

93 Ukázka předfiltrování

94 Ukázka bez antialiasing

95 Ukázka předfiltrování