Sistemas Gráficos e Modelos

Transcrição

1 Sistemas Gráficos e Modelos Edward Angel, Cap. 1 Instituto Superior Técnico Computação Gráfica 2009/2010 1

2 Contacto com corpo docente Nos contactos com o corpo docente de CG Indiquem o campus a que pertencem! Alameda ou Tagus

3 Grupos de Laboratório Há (pelo menos) um grupo com dois alunos Existe alguém sem grupo?

4 Objectivos Aprender diferenças entre CG vectorial e raster (quadrículas) Conhecer evolução nos últimos 40 anos de conceitos, sistemas, equipamentos, normas, aplicações Saber quais as entidades necessárias para criar a imagem de uma cena e saber justificar Conhecer o pipeline de visualização Saber quais os andares de um pipeline 4

5 2. Criação de Imagens ( Ed Angel, 1.3 a 1.6) Aprender a identificar primitivas básicas e objectos mais complexos necessários para modelar cenas Reconhecer conceitos usados na criação e percepção de imagens Saber parametrizar alguns passos necessários à criação de uma imagem 5

6 Modelação Geométrica Formas Primitivas Básicas Esferas Cones... Polígonos Texto Superfícies Paramétricas Expressões Matemáticas Campos de Altura Blobs Composição de Objectos 6

7 Cones 7

8 Cilindros 8

9 Esfera 9

10 Polígonos 10

11 Texto 11

12 Superfície Paramétrica 12

13 Campos de Alturas 13

14 Blobs 14

15 Blobs Superfície > Força = 0 15

16 Objectos de Revolução 16

17 Constructive Solid Geometry 17

18 Objecto num Sistema Gráfico glbegin (GL_POLYGON) glvertex3f (0.0, 0.0, 0.0); glvertex3f (0.0, 1.0, 0.0); glvertex3f (0.0, 0.0, 1.0); glend ( ); Desenho de? 18

19 Sistema de Realidade Virtual da Serra da Estrela Trabalho desenvolvido por alunos IST INESC-ID DECivil Em conjunto com Câmara Municipal Seia Empresas 19

20 Criação de Imagens CONCEITOS FUNDAMENTAIS 20

21 Conceitos Fontes de luz necessárias para iluminar a cena Relação Modelo Vista como mapear o modelo numa vista Câmara Virtual, para definir que porção da Cena irá aparecer na imagem Ecrã uma das unidades físicas onde a imagem é criada Percepção modo como o Ser Humano visualiza o conteúdo de um ecrã 21

22 Conceitos Fontes de luz necessárias para iluminar a cena Relação Modelo Vista como mapear o modelo numa vista Câmara Virtual, para definir que porção da Cena irá aparecer na imagem Ecrã uma das unidades físicas onde a imagem é criada Percepção modo como o Ser Humano visualiza o conteúdo de um ecrã 22

23 Fontes de Luz Radiação Electromagnética Cor versus Energia versus Espectro Propriedades físicas da luz raramente são necessárias em CG 23

24 Espectro Electromagnético 24

25 Espectro Electromagnético nm luz visível raios cósmicos raios gama raios X UV IV rádio radiação térmica log 10 λ

26 Energia do Espectro Visível Energia (ev) Azul 440 nm Verde 545 nm Vermelho 680 nm 400 λ [nm] violeta azul verde vermelho

27 Fontes de Luz Propriedades físicas da luz raramente são necessárias em CG excepto para determinar correspondência entre frequências e cor Óptica geométrica Modela fontes de luz como emissores de energia Intensidade fixa Raios lineares 27

28 Iluminar a Cena 28

29 Fonte de Luz Pontual 29

30 Fonte de Luz não Pontual 30

31 SpotLight 31

32 Óptica Geométrica Seguir uma raio da fonte de luz até à câmara Qual a % de raios é que chegam à câmara? 32

33 Alguns Modelos de Cor Modelos Aditivos: Adicionar Energia Luminosa Cores Primárias: Vermelho (R), Verde (G), Azul (B) Ecrãs, Sistemas de Projecção Modelos Subtractivos: Filtrar a cor Branca Cores Primárias: Cião (C), Magenta (M), Amarelo (Y) Papel, Negativo de Filmes 33

34 Criação de Imagem Modo Local ou Global Local: cálculo da imagem de cada objectos per si: Luz bloqueada por outros objectos Luz reflectida por outros objectos Objectos Translúcidos Global: baseadas na Física: Modelos com geometria simples Aplicações Interactivas 34

35 Criação de Imagem Modo Local ou Global Sem iluminação global Com iluminação global 35

36 Conceitos Fontes de luz necessárias para iluminar a cena Relação Modelo Vista como mapear o modelo numa vista Câmara Sintética, para definir que porção da Cena irá aparecer na imagem Ecrã uma das unidades físicas onde a imagem é criada Percepção modo como o Ser Humano visualiza o conteúdo de um ecrã 36

37 Visualização no Sistema Gráfico 2D Mais simples de compreender Facilmente extensível a 3D Dois sistemas de coordenadas Coordenadas do Mundo (cena) Coordenadas do Dispositivo (vista) Pipeline de Visualização

38 Viewport versus Janelas 38

39 Visualização no Sistema Gráfico 3D Facilmente extensível a partir do 2D Partilha conceitos e técnicas Sistemas de coordenadas têm dimensões diferentes Coordenadas do Mundo (cena) em 3D Coordenadas do Dispositivo (vista) em 2D Solução: usar projecções Projecção permite Representação planar de cena 3D Técnica muito antiga! Gravuras de Lascaux, AC

40 Projecções Geométricas Planas Linhas Projectantes são rectas Superfície de Projecção plana Plano de imagem ou de projecção Pirâmide visual (Alberti, séc XV) la Pittura, L.B. Alberti, 1436 Dell raios projectores plano da imagem Centro de projecção (CDP)

41 Projecções Geométricas Planas Existem dois tipos principais Projecção Perspectiva Projecção Paralela Raios Projectores A A B Raios Projectores A A B CDP B Plano de Projecção Direcção de Projecção B Plano de Projecção Determinada pelo centro de projecção (CDP) Distância do CDP ao plano finita Os raios projectores são convergentes Determinada por direcção de projecção Distância do CDP ao plano infinita. Os raios projectores paralelos entre si

42 Taxonomia das Projecções Geométricas Planas Projecções Geométricas Planas Paralelas Perspectivas Ortogonais Oblíquas 1 ponto Alçado de fuga Gabinete Frontal Planta Cavaleira Alçado Lateral Outras Outras Axométrica 2 pontos de fuga 3 pontos de fuga Isométrica Dimétrica Trimétrica

43 Taxonomia das Projecções Geométricas Planas Projecções Geométricas Planas Paralelas Perspectivas Ortogonais Oblíquas 1 ponto Alçado de fuga Gabinete Frontal Planta Cavaleira Alçado Lateral Outras Outras Axométrica 2 pontos de fuga 3 pontos de fuga Isométrica Dimétrica Trimétrica

44 Projecções Ortogonais Usadas em desenhos técnicos Engenharias Civil e Mecânica Arquitectura Planta Vantagens Medidas precisas Todas as vistas na mesma escala Limitações Não é possível visualizar objectos 3D Múltiplas vistas para definir peça Alçado lateral Alçado frontal

45 Projecções Ortogonais 45

46 Projecções Perspectivas Usadas nas mais variadas áreas Arquitectura, desenho industrial, engenharia Artes gráficas Ambiente virtuais Vantagem Garantem maior realismo Ponto de Fuga (x) Ponto de Fuga (y) Desvantagem Alteram geometria dos objectos

47 Projecção Perspectiva 47

48 Projecção perspectiva com 2 pontos de fuga 48

49 Alguns Tipos de Projecções Ortogonal tais como vistas principais Perspectiva, com vários pontos de fuga Obliqua tais como cavaleira 49

50 Conceitos Fontes de luz necessárias para iluminar a cena Relação Modelo Vista como mapear o modelo numa vista Câmara Virtual, para definir que porção da Cena irá aparecer na imagem Ecrã uma das unidades físicas onde a imagem é criada Percepção modo como o Ser Humano visualiza o conteúdo de um ecrã 50

51 Câmara Virtual 51

52 Volume de Recorte Câmara Virtual só vê parte do Mundo 52

53 Recorte 53

54 Recorte 2D 54

55 Câmara Virtual Pinhole 55

56 Imagem Invertida 56

57 Parâmetros da Câmara Virtual Posição do Centro de Projecção (COP) Orientação Profundidade Focal Superfície de Visualização 57

58 Plano de Projecção à Frente da Câmara 58

59 Conceitos Fontes de luz necessárias para iluminar a cena Relação Modelo Vista como mapear o modelo numa vista Câmara Virtual, para definir que porção da Cena irá aparecer na imagem Ecrã uma das unidades físicas onde a imagem é criada Percepção modo como o Ser Humano visualiza o conteúdo de um ecrã 59

60 CRTs 60

61 Ecrã Plano (LCD,Plasma,...) 61

62 Conceitos Fontes de luz necessárias para iluminar a cena Relação Modelo Vista como mapear o modelo numa vista Câmara Virtual, para definir que porção da Cena irá aparecer na imagem Ecrã uma das unidades físicas onde a imagem é criada Percepção modo como o Ser Humano visualiza o conteúdo de um ecrã 62

63 Percepção 63

64 Sensibilidade Espectral gama ro sensiblidade [% ] beta comprimento de onda [nm] 64

65 Percepção Visual Resolução (proximidade entre 2 pontos) Cones e Bastonetes Três tipos de cones -> Três cores primárias 65

66 Luminância versus Cor Luminância Mono cromática Níveos de cinzento Cor Matiz (Hue) Saturação Luminância Todo o espectro visível? 66

67 Vantagens Separação entre Modelos, Vista e Fontes de Luz Uma Interface Aplicacional simples Implementação por Hardware rápida 67

68 Resumo Modelos Primitivos e sua Composição Bases Físicas (Luz, Percepção e Cor) Câmara Virtual Básica Projecções 68