Pipeline de Visualização 2D

Transcrição

1 Pipeline de Visualização 2D André Tavares da Silva Capítulo 2 do Foley

2 Requisitos de matemática para CG Vetores e pontos Matrizes Transformações geométricas Pontos e espaços afim Representação de coordenadas Reta Plano

3 Computação Gráfica Conjunto de técnicas utilizadas para converter dados, de forma a exibi-los em dispositivos gráficos.

4 Computação Gráfica Dados Imagem

5 Computação Gráfica Dados Imagem

6 Visualização Bidimensional

7 Visualização 2D Modelo Imagem Dados Processo de Visualização 2D

8 Visualização 2D Modelo Imagem typedef struct { float xi, yi; float xf, yf; } linha;... Pipeline 2D Estrutura de dados Mapa de bits Vértices Arestas

9 Instanciamento Objetos Carro Avião Instâncias Parâmetros

10 Recorte Permite definir qual região da imagem será vista.

11 Mapeamento Permite que se exiba em um dispositivo (tela) a visualização desejada do universo.

12 Instanciamento Instâncias Objeto Original typedef struct { float xi, yi; float xf, yf; } linha; Lembrando! Descrito por linhas.

13 Sistemas de Referência Y Y 50 (20,50) 50 (60,50) 20 Sistema de referência do objeto (SRO) X 60 Sistema de referência do universo (SRU) X

14 Sistemas de Referência Y Janela de seleção (Window) Y 20 X Sistema de referência do universo (SRU) Sistema de referência da seleção (SRS) X

15 Processo de Visualização 2D (pipeline) Y 50 (20,50) 20 Sistema de referência do objeto (SRO) X

16 Processo de Visualização 2D (pipeline) Y Y Instâncias 50 (20,50) Instanciamento dos objetos 20 Sistema de referência do objeto (SRO) X Sistema de referência do universo (SRU) X

17 Processo de Visualização 2D (pipeline) Y Sistema de referência do universo (SRU) X

18 Processo de Visualização 2D (pipeline) Y Janela de seleção (Window) 20 X Sistema de referência do universo (SRU)

19 Processo de Visualização 2D (pipeline) Y Janela de seleção (Window) Y recorte 20 X Sistema de referência do universo (SRU) Sistema de referência da seleção (SRS) X

20 Processo de Visualização 2D (pipeline) Y Sistema de referência da seleção (SRS) X

21 Processo de Visualização 2D (pipeline) X Y Especificação da viewport Sistema de referência da seleção (SRS) X Y Sistema de referência do dispositivo (SRD) Tela, óculos, arquivo,...

22 Processo de Visualização 2D (pipeline) X X Preenchimento Sistema de referência do dispositivo (SRD) Y Sistema de referência do dispositivo (SRD)

23 Etapas Sistema de referência do objeto (SRO) Y 50 (20,50) 20 Sistema de referência do objeto (SRO) X

24 Etapas Sistema de referência do objeto (SRO) Y instanciamento Sistema de referência do universo (SRU) 200 (300,200) 300 Sistema de referência do universo (SRU) X

25 Etapas Sistema de referência do objeto (SRO) instanciamento Sistema de referência do universo (SRU) Y Janela de seleção (Window) recorte 180 (250,180) Sistema de referência da seleção (SRS) 250 Sistema de referência do universo (SRU) X

26 Etapas Sistema de referência do objeto (SRO) instanciamento 320 X Sistema de referência do universo (SRU) recorte Sistema de referência da seleção (SRS) viewport Sistema de referência do dispositivo (SRD) preenchimento Y 270 (320,270) Sistema de referência do dispositivo (SRD)

27 Algoritmos Varredura Recorte

28 Algoritmo de Varredura Rasterização

29 Algoritmo de Varredura Rasterização

30 Desenho de linhas Algoritmo de Varredura Algoritmo Incremental (DDA) Algoritmo Bresenham

31 Algoritmo de Varredura Algoritmo incremental (DDA - Digital Differential Analyzer) Método para resolver equações diferenciais através de métodos numéricos. Sucessivas operações de incremento baseado no ponto atual. Lento pois utiliza floor (arredonda para inteiro inferior ou igual) ou round (arredonda para o o inteiro mais próximo) dependendo da implementação.

32 Algoritmo de Varredura Método incremental - DDA Calcular os pontos Dx=xf-xi; Dy=yf-yi; m=dy/dx; y=yi; For (x=xi;x<=xf;x++) { draw(x,int(floor(y+0.5), color); y+=m; } (0,0) Resposta (8,8) (0,0);(1,1);(2,2);(3,3);(4,4);(5,5);(6,6);(7,7);(8,8)

33 Algoritmo de Varredura Algoritmo do Ponto Médio Bresenham Atrativo porque usa somente operações aritméticas (não usa round ou floor) É incremental Idéia básica: Em vez de computar o valor do próximo y em ponto flutuante, decidir se o próximo pixel vai ter coordenadas (x + 1, y) ou (x + 1, y + 1) Decisão requer que se avalie se a linha passa acima ou abaixo do ponto médio (x + 1, y + ½)

34 Algoritmo de Varredura Algoritmo do Ponto Médio Bresenham (x + 1, y + 1) (x + 1, y + ½) (x, y) (x + 1, y)

35 Algoritmo do Ponto Médio - Resumo dx = xf xi; dy = yf yi; d = dy * 2 - dx; x = xi; y = yi; while (x <= xf) { draw(x, y,color); x++; if(d <= 0) d += dy * 2; else { d += (dy dx) * 2; y++; } } (5,8) Calcular os pontos Resposta (9,11) (5,8);(6,9);(7,9);(8,10);(9,11)

36 Algoritmo de Varredura Algoritmos de preenchimento Retângulo for(y=ymin; y<=ymax; y++) for(x=xmin, x<=xmax; x++) draw(x,y,color);

37 Algoritmo de Varredura Algoritmos de preenchimento Polígonos Passos Scanline 1) Encontrar as intersecções da scan line com as arestas do polígono 2) Ordenar as intersecções 3) Preencher os pixels entre 2 intersecções (regra de paridade que inicia em par, muda quando encontra uma intersecção e escreve quando é impar) Implemente!

38 Algoritmo de Varredura Algoritmos de preenchimento Problemas?!? Arestas horizontais

39 Algoritmos de Recorte Pontos C D E H A B F I L K J G

40 Algoritmos de Recorte Pontos C D E H A B F I L K J G xi <= x <= xf e Yi <= y <= yf

41 Algoritmos de Recorte Pontos E B F I Recorte pronto

42 Algoritmos de Recorte Linhas C D E H A B F I L K J G

43 Algoritmos de Recorte Linhas C D E H A B F I L Trivialmente aceito K J Pontos dentro do recorte G

44 Algoritmos de Recorte Linhas C D E H A B F I L K J Trivialmente recusado Pontos fora do recorte C y < yi D y < yi G

45 Algoritmos de Recorte Linhas E H A B F I L K J Trivialmente recusado Pontos fora do recorte H x > xf J x > xf G

46 Algoritmos de Recorte Linhas E A B F I L Recorte K Um ponto dentro outro fora Os dois pontos estão fora mas: P1 x < xi e P2 x > xf ou P1 y < yi e P2 y > yf Ou... G

47 Algoritmos de Recorte Linhas E A B K F I L G Recorte pronto

48 Algoritmo de Cohen-Sutherland Dividir a área em nove partes.

49 Algoritmo de Cohen-Sutherland Recorte

50 Algoritmo de Cohen-Sutherland Atribuir códigos de 4 bits às regiões definidas pelas bordas da window. Bit 0: esquerda Bit 1: direita Bit 2: abaixo Bit 3: acima

51 Algoritmo de Cohen-Sutherland

52 Algoritmo de Cohen-Sutherland Bit 0: esquerda Bit 1: direita Bit 2: abaixo Bit 3: acima

53 Algoritmo de Cohen-Sutherland if(y > yf) seta primeiro bit em 1 if(y < yi) seta segundo bit em 1 if(x > xf) seta terceiro bit em 1 if(x < xi) seta quarto bit em 1

54 Algoritmo de Cohen-Sutherland Bit codes dos pontos: A K I B C E G D L F J H A = 0001 B = 1000 C = 0000 D = 0000 E = 0000 F = 1000 G = 0000 H = 0010 I = 0001 J = 0110 K = 0101 L = 0100

55 Algoritmo de Cohen-Sutherland A I C D E G B F H Como devem ser os bit codes dos pontos trivialmente aceitos? P1 e P2 = 0000 K L J

56 Algoritmo de Cohen-Sutherland A I C D E G B F H Como devem ser os bit codes dos pontos trivialmente recusados? (P1 and lógico P2)! = 0000 K L J

57 Algoritmo de Cohen-Sutherland A I C D E G B F H O que fazer com os que não são nem aceitos nem recusados? K L J

58 Algoritmo de Cohen-Sutherland A I C D E G B F H O que fazer com os que não são nem aceitos nem recusados? Calcular segmentos através das intersecções. K L J

59 Algoritmo de Cohen-Sutherland B F A I C E D G H J

60 Algoritmo de Cohen-Sutherland Internet Applet