Modelo gráfico do VTK: Fonte de Luz e Câmara

Transcrição

1 Modelo gráfico do VTK: Fonte de Luz e Câmara J. Barbosa J. Tavares Visualização Científica

2 Fonte de Luz e Câmara Para criar uma cena 3D (render) é necessário definir pelo menos uma Fonte de Luz e uma câmara. Se não forem criados explicitamente, o vtk cria por defeito os dois elementos. 2

3 Fonte de Luz: vtklight Fornece métodos para posicionar e direccionar a fonte de luz, ligar e desligar, definir o seu brilho e cor. Fonte de luz direccional: fonte de luz no infinito, raios paralelos. Fonte de luz pontual: fonte de luz com posição finita; é possível definir o cone de iluminação e factor de atenuação. Movimento da fonte de luz: as fontes de luz são classificadas com um tipo que indica a forma como se deslocam em relação ao movimento da câmara. 3

4 Fonte de Luz: vtklight vtklight::setlighttypetoheadlight () A sua localização no espaço coincide com a câmara, e brilha na direcção do ponto focal da mesma. vtklight::setlighttypetoscenelight () A SceneLight faz parte da cena 3D e não se move com a câmara. Tipo por defeito quando não é definido. vtklight::setlighttypetocameralight () Move-se com a câmara, mas a sua posição pode ser não coincidente. CameraLights são definidas no espaço de coordenadas normalizado, onde a câmara está em (0, 0, 1), o ponto focal é (0, 0, 0), e o View-Up-Vector é (0, 1, 0). Visualização Científica (Execute o projecto exer3) 4

5 Fonte de Luz: vtklight Métodos mais usados: vtklight::setposition() vtklight::setfocalpoint() vtklight::setcolor() Exemplo: vtklight *fonte = vtklight::new(); fonte->setcolor(1,1,0); // luz amarela fonte->setfocalpoint(camera->getfocalpoint()); fonte->setposition(camera->getposition()); render->addlight(fonte); Executar exercício 3 5

6 Câmara 6

7 Pipeline de Visualização Coordenadas mundo (3D) Clipping no espaço 3D (volume de visualização) Projectar para o plano de projecção Transformação para Viewport Coordenadas 2D do dispositivo de visualização Projecção: é uma transformação que mapeia de um espaço dimensional para um de menor dimensão (ex: 3D 2D). Plano de Projecção: plano no qual é feita a projecção. Centro de projecção (CoP): posição do observador ou câmara em relação ao plano de projecção. 7

8 Definição de uma vista arbitrária 3D O plano de projecção é caracterizado por um ponto no plano designado de view reference point (VRP) e pela normal ao plano view plane normal (VPN). O sistema de eixos v,n,u é definido no plano de projecção. É o eixo de referência para efectuar a projecção. O vector VUP permite ao utilizador indicar a direcção da projecção. Os vectores v e u são obtidos a partir de n e VUP. Janela de visualização definida no plano de projecção. Apenas os elementos projectados no interior desta janela são transformados para o viewport. CW: centre of window 8

9 Projecção A projecção é definida por raios de projecção que saem do centro de projecção, passando por cada ponto do objecto e intersectando o plano de projecção. Perspectiva: a distância de CoP ao plano de projecção é finita Paralela: a distância de CoP ao plano de projecção é infinita 9

10 Volume de visualização Centro de projecção CoP é também designado de PRP (projection reference point). O ponto é definido em relação a VRP. View Volume:limita a região do espaço que vai ser visível (operação de clipping). Para a projecção perspectiva tem a forma de uma pirâmide. View Volume para a projecção paralela tem o formato de um paralelepípedo. 10

11 Projecções Projecção Perspectiva: Distância do Centro de Projecção ao plano de projecção é finito. Projecção Paralela: Distância do Centro de Projecção ao plano de projecção é infinito. 11

12 Perspectiva Projecções Semelhante ao sistema fotográfico/sistema de visão humano. Na projecção o tamanho dos objectos varia inversamente com a distância ao centro de projecção. Vantagem: aspecto realista. Desvantagens: - não é útil para registar a forma e as dimensões exactas dos objectos; - não se pode obter as distâncias reais; - os ângulos só são preservados apenas nas faces do objecto paralelas ao plano de projecção; - linhas paralelas normalmente não são projectadas como paralelas. Paralela Vantagens: - as projecções permitem a medição exacta das dimensões do objecto; - linhas paralelas mantém-se paralelas; Desvantagens: - menos realista; - os ângulos só são preservados apenas nas faces do objecto paralelas ao plano de projecção. Visualização Científica 12

13 Projecção em Perspectiva As projecções em perspectiva são caracterizadas pelo número de Pontos de Fuga principais, ou seja em x, y e z. Para ter um ponto de fuga principal o plano de projecção tem de intersectar o eixo correspondente. Para ter apenas um ponto de fuga, por exemplo em z, o plano de projecção tem de ser paralelo aos restantes eixos. Verifica-se que as projecções têm apenas um ponto de fuga principal porque as rectas paralelas a x e y não convergem. 13

14 Projecção em Perspectiva Plano de projecção corta apenas o plano z Plano de projecção corta o plano z e x Apenas as linhas paralelas ao eixo y não convergem para um ponto. 14

15 Projecção Paralela Caracterizada pela normal ao plano de projecção e direcção dos raios de projecção. Normal ao plano de projecção e direcção da projecção coincidem Normal ao plano de projecção e direcção da projecção não coincidem Três projecções ortográficas: topo, frontal e lateral. Em cada uma das projecções o plano de projecção é perpendiculares a um dos eixos de coordenadas. Utilização: desenho técnico. Permite medir distâncias e ângulos correctamente. 15

16 Volume de Visualização 16

17 Volume de Visualização 17

18 Volume de Visualização 18

19 Câmara Roll: roda o view-upvector em torno do plano de projecção. Azimuth: rotação, na direcção da longitude, da câmara em torno do FP. Elevation: rotação, na direcção da latitude, da câmara em torno do FP. vtkcamera::dolly(double) Move a câmara na direcção do FP, ao longo da direcção de projecção. 19

20 Câmara Yaw: Roda o Focal Point em torno do view-up-vector centrado na posição da câmara. Pitch: Roda o Focal Point em torno do vector obtido pelo produto externo entre view-up-vector e a direcção de projecção, centrado na posição da câmara. 20 Visualização Científica

21 Câmara - exemplo ren1->getactivecamera()->setfocalpoint(0,0,0); ren1->getactivecamera()->setposition(0,0,1); ren1->getactivecamera()->setviewup(0,1,0); // Projecção paralela ren1->getactivecamera()->parallelprojectionon(); ren1->resetcamera(); // Actualiza os parâmetros da câmara de modo a visualizar todos os actores. ren1->getactivecamera()->setparallelscale(1.5); // Com Projecção perspectiva: ren1->getactivecamera()->zoom(3.0); 21 Visualização Científica

22 Registo/Reposição do estado da câmara Em algumas situações é necessário guardar o estado da câmara para o repor mais tarde, i.e. recuperar um ponto de vista. A melhor forma será definir várias câmaras a activar quando necessário: vtkrender::setactivecamera() ou instanciar um objecto vtkcamera com os parâmetros necessários. Nomeadamente: SetClippingRange, SetFocalPoint, SetPosition e SetViewUp. 22

23 vtkrenderer vtkrenderer tem um atributo para indicar a iluminação a usar: one-sided ou two-sided. vtkrenderer::twosidedlightingon() One-Sided: ilumina as face front facing Two-Sided: ilumina as faces front e back facing dos polígonos. One-sided Two-sided 23 Visualização Científica