Computação Gráfica e Áreas Correlatas

Transcrição

1 INF 1366 Computação Gráfica Interativa VRML Virtual Reality Modeling Language POVRAY Persistence of Vision Raytracer Alberto B. Raposo Computação Gráfica e Áreas Correlatas processamento de imagens Imagem digital computação gráfica (síntese de imagens) visão computacional Modelos modelagem geométrica 1

2 POVRAY Arquivo de Entrada - POVRAY Sistema de coordenadas 2

3 Arquivo de Entrada - POVRAY Definição de câmera (posição e direção). Ex.: camera { location <0, 2, -3> look_at <0, 1, 2> Arquivo de Entrada - POVRAY Definição de fonte de luz puntual (posição e cor, RGB, variando de 0 a 1). Ex.: light_source { <2, 4, -3> color rgb <1.0, 0.0, 0.5> Definição de cor de fundo. Ex: background { color rgb <1.0, 1.0, 1.0> 3

4 Arquivo de Entrada - POVRAY Definição de esfera (centro e raio) e características da superfície sphere { <0, 1, 2>, 2 pigment { color rgb < > finish { ambient 0.8 diffuse 0.5 phong 0.35 phong_size 10.0 reflection { 0.7 Arquivo de Entrada POVRAY - Exemplo camera { location <0, 5, -5> look_at <0, 1, 0> light_source { <2, 4, -3> color rgb <1.0, 1.0, 0.5> light_source { <-2, -4, -3> color rgb <0.0, 1.0, 0.0> background {color rgb< > sphere { <-3, 0, 2>, 1.5 pigment { color rgb < > finish { ambient 0.8 diffuse 0.5 phong 0.35 phong_size 1.0 reflection { 0.7 sphere { <0, -5, 3>, 3.5 pigment { color rgb < > finish { ambient 0.7 diffuse 0.8 phong 0.1 phong_size 10.0 reflection { 0.1 sphere { <7, -4, 9>, 2.5 pigment { color rgb < > finish { ambient 0.6 diffuse 0.2 phong 0.6 phong_size 20.0 reflection { 0.3 4

5 Arquivo de Entrada POVRAY - Exemplo Exemplos de obras com POVRAY: "Warm Up" Norbert Kern (2001) 5

6 Exemplos de obras com POVRAY: "Office" Jaime Vives Piqueres (2004) Exemplos de obras com POVRAY: "The Prisoners" Gilles Tran (2000) 6

7 Exemplos de obras com POVRAY: "Alchemists Laboratory" Jaime Vives Piqueres (2001) VRML 7

8 VRML - Introdução (1) Surgiu da necessidade de prover um formato gráfico 3D para a Web Modelo similar à HTML linguagem textual independente de plataforma Linguagem escolhida como referência: Open Inventor VRML - Introdução (2) VRML 1.0 (1995) Descrição de cenas estáticas VRML 2.0 ou VRML97 (1997) Cenas animadas Interação com o usuário Integração com programas externos 8

9 VRML - Introdução (3) Órgão mantenedor: Wed 3D Consortium Elaboração e manutenção de novos padrões para a transmissão de conteúdo 3D através da Web Visualização: através de browser VRML, normalmente um plug-in de um browser Web convencional VRML: VRML - Introdução (4) Linguagem independente de plataforma para a publicação de páginas Web tridimensionais Objetivo: prover ricos ambientes tridimensionais interativos, permitindo ao usuário definir mundos estáticos e animados, e interagir com eles 9

10 Exemplo de VRML Exemplo de VRML 10

11 VRML - Estrutura Hierárquica da Cena (1) Paradigma de criação de mundos VRML: hierarquia de nós definindo o grafo hierárquico da cena Grafos de Cena (1) Ferramentas conceituais para representação de ambientes virtuais tridimensionais nas aplicações de computação gráfica Grafos acíclicos direcionados, mantendo relações espaciais e semânticas dos objetos Relacionamentos espaciais e semânticos Relacionamento semântico ok, mas viola relacionamentos espaciais: INADEQUADO para CG 11

12 Grafos de Cena (2) Atributos e transformações aplicadas hierarquicamente Grafos de Cena (3) Organização hierárquica da cena Otimizações essenciais para visualização em tempo real em RV Descartes LOD (Level of Detail) Melhoria no desempenho da aplicação! 12

13 Grafos de Cena (4) Produtividade Grafo de cena gerencia toda a parte gráfica, reduzindo as várias linhas de código que seriam necessárias para implementar a mesma funcionalidade utilizando uma interface de programação baixo nível, como a OpenGL. Portabilidade Grafos de cena encapsulam as tarefas de baixo nível necessárias para renderizar a cena e ler e escrever arquivos, reduzindo, ou até mesmo extinguindo, a quantidade de código que é específica de alguma plataforma. Escalabilidade Grafos de cena são feitos para funcionar em configurações simples baseadas em computadores de mesa e placas gráficas aceleradoras convencionais ou em hardware complexo, como cluster de máquinas gráficas. Exemplo de Grafo de Cena SGI OpenGL Performer (1) Interface de programação para desenvolvimento de aplicações gráficas 3D em tempo real. Funciona em IRIX, Linux e Windows Baseado em OpenGL. Excelente solução para renderização em tempo real. Solução comercial de alto custo Desenvolvida especialmente para equipamentos da Silicon Graphics. Em outros equipamentos, boa parte das otimizações não estão presentes. 13

14 Exemplo de Grafo de Cena SGI OpenGL Performer (2) Exemplo de Grafo de Cena OpenScenGraph Interface de programação construída sobre OpenGL Responsável pela gerência do grafo de cena e otimizações gráficas Multi-plataforma, gratuito e de código aberto Por ser orientado a objetos, o OpenSceneGraph é bastante extensível, permitindo ao usuário a criação de novas funcionalidades sem a necessidade de modificação do seu código fonte. 14

15 VRML Grafo de Cena Nós Conjuntos de abstrações de objetos e de certas entidades do mundo real: formas geométricas, luz, som, texturas, etc. Componentes fundamentais de VRML cenas são construídas a partir da disposição, combinação e interação entre os nós Hierarquias das cenas são construídas a partir do agrupamento de nós VRML - Tipos de Nós (1) De agrupamento Criam estrutura hierárquica da cena e pemitem que operações sejam aplicadas sobre um conjunto de nós simultaneamente Exemplos Anchor: cria links entre mundos VRML Anchor { children [] url [] (...) 15

16 VRML - Tipos de Nós (2) De agrupamento Exemplos(cont.) Transform: define um sistema de coordenadas e realiza transformações sobre os nós filhos Transform { translation rotation scale children [] (...) Geométricos VRML - Tipos de Nós (3) Definem forma e aparência dos objetos Exemplos Shape: define objeto 3D Shape { geometry <nó geométrico> appearance <nó Appearance> (...) 16

17 VRML - Tipos de Nós (4) Geométricos Exemplos(cont.) Box: define uma caixa centrada na origem Box { size #VRML V2.0 utf8 Transform { children [ Shape { geometry Box { size appearance Appearance { material Material { diffusecolor NavigationInfo { type "EXAMINE" Background { skycolor ] 17

18 VRML - Tipos de Nós (5) Geométricos Exemplos(cont.) Cone: define cone centrado na origem Cone { bottomradius 1 height 2 side TRUE bottom TRUE VRML - Tipos de Nós (5) Geométricos: Cylinder e Sphere 18

19 VRML - Tipos de Nós (7) Geométricos IndexedLineSet (define linhas a partir de conjunto de pontos) IndexedLineSet { exposedfield SFNode color NULL exposedfield SFNode coord NULL field MFInt32 colorindex [] field SFBool colorpervertex TRUE field MFInt32 coordindex [] Shape { geometry IndexedLineSet { coord Coordinate { point [ , 0 0 0, , , ] coordindex [ # axes 3 4 ] # centerline color Color { color [ 1 1 1, ] colorindex [ 0 1 ] # white for axes, green for centerline colorpervertex FALSE # color per polyline Lista de pontos y z 1 2 x The Annotated VRML 97 Reference 19

20 Shape { geometry IndexedLineSet { coord Coordinate { point [ , 0 0 0, , , ] coordindex [ # axes 3 4 ] # centerline color Color { color [ 0 0 1, ] colorindex [ 0 1 ] colorpervertex FALSE # color per polyline Linhas conectando os pontos listados Shape { geometry IndexedLineSet { coord Coordinate { point [ 2 1 0, 5 2 0, , , , ] coordindex [ ] # connect the dots color Color { color [ 1.9.9, 1.8.8, 1.5.5, 1.3.3, 1.6.6, ]

21 Imagem final gerada (com as cores definidas no exemplo) VRML - Tipos de Nós (8) Geométricos IndexedFaceSet (define linha a partir de conjunto de pontos) IndexedFaceSet { exposedfield SFNode color NULL exposedfield SFNode coord NULL exposedfield SFNode normal NULL exposedfield SFNode texcoord NULL field SFBool ccw TRUE field MFInt32 colorindex [] field SFBool colorpervertex TRUE field SFBool convex TRUE field MFInt32 coordindex [] field SFFloat creaseangle 0 field MFInt32 normalindex [] field SFBool normalpervertex TRUE field SFBool solid TRUE 21

22 #VRML V2.0 utf8 Transform { children [ Shape { geometry IndexedFaceSet { coord Coordinate { point [ 1 0-1, , , 1 0 1, ] coordindex [ # face A, direita # face B, atrás # face C, esquerda # face D, frente ] # face E, embaixo ] # end of children and Transform The Annotated VRML 97 Reference #VRML V2.0 utf8 Viewpoint { description "Initial view" position NavigationInfo { type "EXAMINE" # A tetrahedron, with a color at each vertex: Transform { translation children Shape { appearance Appearance { material Material { geometry IndexedFaceSet { coord Coordinate { point [1 1 1, , , ] coordindex [ , , , ] color Color { # Four colors: color [ 0 1 0, 1 1 1, 0 0 1, ] 22

23 geometry IndexedFaceSet { coord Coordinate { point [ # Coords/indices derived from "Jim Blinn's Corner" 1 1 1, 1 1-1, 1-1 1, , , , , , , , , , , , , , , , , ] coordindex [ , , , , , , , , , , , , ] color Color { # Six colors: color [ 0 0 1, 0 1 0, 0 1 1, 1 0 0, 1 0 1, ] colorpervertex FALSE # Applied to faces, not vertices # This indexing gives a nice symmetric appearance: colorindex [ 0, 1, 1, 0, 2, 3, 3, 2, 4, 5, 5, 4 ] 23

24 VRML - Tipos de Nós (9) Geométricos PointSet Text Contour2D Polyline2D Extrusion TrimmedSurface NurbsCurve / NurbsSurface ElevationGrid / GeoElevationGrid Aparência VRML - Tipos de Nós (10) Define propriedades visuais das figuras geométricas Exemplo Appearance: Appearance { material NULL texture NULL texturetransform NULL 24

25 VRML - Tipos de Nós (11) Câmera Define ponto de vista do usuário (posição e orientação da câmera) Exemplo Viewpoint: Viewpoint { fieldofview orientation position (...) Iluminação VRML - Tipos de Nós (12) Exemplos PointLight: define uma fonte de luz pontual, iluminando igualmente todas as direções, localizada em um ponto fixo do espaço DirectionalLight: fonte direcional, com raios paralelos SpotLight: cone direcional de iluminação 25

26 Iluminação VRML - Tipos de Nós (13) Exemplos(cont.) SpotLight SpotLight { color location direction radius 100 cutoffangle beamwidth on TRUE (...) VRML - Tipos de Nós (14) Sensores Interpoladores Script 26

27 #VRML V2.0 utf8 Viewpoint { position orientation fieldofview PointLight{ location #Caixa vermelha Transform { translation children [ Shape { geometry Box { size appearance Appearance { material Material { diffusecolor ] VRML - Exemplo 1 (1) #Esfera amarela Transform { translation children [ Shape { geometry Sphere { radius 0.7 appearance Appearance { material Material { diffusecolor ] # Texto Transform { translation children [ Shape { geometry Text { string [" teste "] fontstyle FontStyle { style "ITALIC" justify "MIDDLE" length [6] maxextent 10 ] VRML - Exemplo 1 (2) Visualização do exemplo anterior 27

28 VRML - Exemplo 1 (3) Grafo do exemplo anterior Viewpoint PointLight Transform Transform Transform Shape Shape Shape Shape Shape Shape Box Box Appearance Sphere Sphere Appearance Text Text Material Material FontStyle VRML - Reuso de Nós Atribuindo-se um nome a um nó (DEF), pode-se futuramente referenciá-lo por este nome (USE) Exemplo DEF Cone_Verde { geometry Cone { appearance Appearance { material Material { diffusecolor (...) USE Cone_Verde 28

29 VRML - Exemplo 2 (1) #VRML V2.0 utf8 Viewpoint { position PointLight{ location ambientintensity 0 attenuation color intensity 0.2 on TRUE radius 20 #Cone verde Transform { children [ DEF Cone_Verde Shape { geometry Cone { appearance Appearance { material Material { diffusecolor #Reutilização do Cone Transform { translation children USE Cone_Verde ] VRML - Exemplo 2 (2) Visualização do exemplo anterior 29

30 VRML Nó Script (1) Nó Script Evento Programa externo (processamento do evento) Evento (alterando estado do mundo VRML) VRML - EAI (External Authoring Interface) (1) mundo VRML E A I applet Java EAI é uma inteface para pemitir que ambientes externos acessem nós de uma cena VRML 30

31 X3D (Extensible 3D) Proposta para nova versão de VRML Compatibilidade com VRML 97 Integração com XML definição de um novo conjunto de tags adequado à classe de documentos que se deseja representar Componentização funcionalidade crucial encapsulada em um núcleo Extensibilidade núcleo expandido para prover novas funcionalidades (e.g., H-Anim, GeoVRML) X3D - Exemplo de Código (1) <?xml version= 1.0 encoding= utf-8?> <!DDOCTYPE X3D PUBLIC file://localhost/c:/ [ <!ENTITY % VRML97Profile INCLUDE > <!ENTITY % CoreProfile IGNORE > <!ENTITY % X3dExtensions IGNORE > <!ENTITY % GeoVrmlProfile INCLUDE > <!ENTITY % HAnimProfile INCLUDE > ]> 31

32 X3D - Exemplo de Código (2) <X3D> <Scene> <Transform> <children> <NavigationInfo headlight= false avatarsize= type= "EXAMINE" /> <DirectionalLight/> <Transform translation= > <children> <Shape> <geometry><sphere radius= 2.3 /></geometry> <appearance><appearance> <material> <Material diffusecolor= /></material> </Appearance></appearance> </Shape> </children> </Transform> </children> </Transform> </Scene> </X3D> X3D H-Anim Exemplo 32

33 Informações Adicionais The Annotated VRML 97 Reference: AnnotatedVrmlRef/Book.html Web3D Consortium: Cortona: OpenGL Performer: OpenSceneGraph: POVRAY: POVRAY vs VRML Imagem Foto-realismo VRML: Interação / Animação Tempo-real 33