WYKŁAD 12 GENERACJA REALISTYCZNYCH OBRAZÓW SCEN 3-D, 3 METODA ŚLEDZENIA PROMIENI. Plan wykładu: 1. Sformułowanie problemu

HTML
DOWNLOAD

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "WYKŁAD 12 GENERACJA REALISTYCZNYCH OBRAZÓW SCEN 3-D, 3 METODA ŚLEDZENIA PROMIENI. Plan wykładu: 1. Sformułowanie problemu"

Wojciech Jabłoński
7 lat temu
Przeglądów:

1 WYKŁAD GENERACJA REALISTYCZNYCH OBRAZÓW SCEN D, METODA ŚLEDZENIA PROMIENI Plan wkłau: Sformułowana roblemu Metoa róbkowana rzestrzen Metoa śleena romen algortm Oblczena w metoe śleena romen Uraszczane oblczeń. Sformułowane roblemu v Obekt rosta rzutowana ksel (x, ) źróło śwatła Obekt (x,, z ) Punkt (x,, z) na ścane obektu jest ośwetlan bezośreno rzez źróło śwatła a także rzez śwatło obte o obektu. Jak oblczć jasność lub kolor unktu (ksela) (x, ), bęącego rzutem unktu (x,, z)?. Metoa róbkowana rzestrzen Założene: Źróło śwatła rerezentowane jest rzez ęk romen begnącch w różnch kerunkach (skretzacja źróła śwatła). Algortm :. Analzuje sę oszczególne romene emtowane rzez źróło śwatła w kerunku o źróła śwatła o rzutn.. Wlcza sę kolejne kerunk obca analzowanego romena o ścan obektów, aż o wznaczena kerunku ostatnego obca romena.. Prosta wznaczona rzez ostatn kerunek obca analzowanego romena rzecna rzutnę, bąź ne. Przkła: Wa meto: v Obekt ksel (x, ) romeń ne rzecął rzutn Obekt (x,, z ) źróło śwatła romeń rzecął rzutnę W marę okłane róbkowane rzestrzen wmaga analz welu romen wchoącch ze źróła (źróeł) śwatła. Prawooobne wększość analzowanch romen ne rzetne rzutn (bęe baana neotrzebne).

2 . Metoa śleena romen ( (ratracng) Whtte T. An mrove llumnaton moel for shae sla, Communcatons of the ACM, vol., No, 980. Założena: Na scene może znajować sę wele obektów wele źróeł śwatła. Możlwe jest oblczene unktu rzecęca rostej (romena) owerzchn obektu. Osan jest sosób oałwana owerzchn obektów śwatła (zaane są moele ośwetlena). Iea meto Baa sę rogę fkcjnego romena begnącego o obserwatora, rzez ksel ekranu w głąb scen, czl owrotne nż w rzeczwstośc. Śleene (wlczane kolejnch kerunków romena ) rowaone jest w oarcu o geometrę analzowanej scen określon z gór sosób oałwana obektów śwatła. Kończ sę g: romeń ne trafa w żaen obekt na scene, wte analzowan ksel wełnan jest założonm na wstęe kolorem tła, nastęuje ostatne obce romena, czl take o którm ne trafa on już w żaen obekt analzowanej scen, romeń rozrasza sę o osągnęcu obektu, którego owerzchna osaa charakterstkę sersjną (jest matowa), romeń trafa na obekt, w którm nastęuje całkowte obce wewnętrzne. Przkła: Na scene jest sześć obektów wa źróła śwatła obja załamuje romeń, wstęuje całkowte obce wewnętrzne, obja romeń, rozrasza romeń, zasłana źróło śwatła, tłum romeń, ale ne zasłana źróła z ksel (x, ) w w w romeń erwotn romene x kerunek obserwacj Algortm meto śleena romen: Krok Przez każ unkt (ksel) ekranu rzerowaa sę romeń erwotn wznacza romene (śleene). Nastęne la analzowanego unktu ekranu buuje sę graf w ostac rzewa. romeń erwotn w w w romene (x, ) z w ( x,, z ) w w w x

3 Krok Dla każego węzła w rzewa, na ostawe analz romen testującch (łączącch bezośreno źróło śwatła węzeł), wznacza sę ośwetlene lokalne węzła o. Mofkuje sę wznaczon w kroku graf, rzsując węzłom w oblczone ośwetlena lokalne o romeń erwotn z w,o romeń erwotn o romene romene o o,o w,o romene testujące o w,o ksel (x, ) x Krok Sumuje sę ośwetlena lokalne rzsane węzłom grafu. Ośwetlene węzła wższego uzskuje sę rzez oane o jego ośwetlena lokalnego, ośwetlena węzłów nższch. romene o romeń erwotn o o Graf la kroku o romene romeń erwotn o o o o o o o Graf la kroku o Wa meto śleena romen:. Mogą owstać efekt alasngowe, owoowane analzowanem neskończene wąskch romen: małe obekt mogą zostać omnęte, ostre krawęe mogą bć znekształcone. W celu unknęca wmenonch efektów stosuje sę rozroszone śleene romen, które olega na zastąenu neskończene wąskego romena wązką romen.. Złożoność oblczenowa meto jest znaczna. Punkt ekranu (ksel) wełna sę ooweno o ośwetlena najwższego węzła grafu.. Ne wszstke kerunk aane śwatła na owerzchne obektów są rozatrwane, co owouje czasem błę w wznaczanu ośwetlena.

4 Przkła: Metoa rowa w tm rzaku o błęnego wznaczena ośwetlena. romeń erwotn lustro obekt Jeśl zastosować metoę śleena romen, to unkt P bęe ośwetlon jene rzez źróło śwatła S. P S. Oblczena geometrczne w metoe śleena romen W metoe, wększość nakłau oblczenowego ochłana wznaczane unktów rzecęć romen z owerzchnam obektów. Wznaczene unktu rzecęca romena weloboku wukłego: v Znając kerunek romena os weloboku, należ wznaczć wsółrzęne unktu rzecęca (x c, c, z c ). ksel welobok (x c, c, z c ) W rzeczwstośc, unkt P ośwetlan jest rzez źróło śwatła S śwatło obte o lustra. romeń. Równane romena (arametrczne) ge R = R( u ) [ r0 x r0 0 z ] [ r r r ] 0 r R = = R0 R ( u ) u > 0 oczątek romena (unkt) wektor jenostkow, osując kerunek begu romena Wsółrzęne unktu leżącego na romenu można osać węc jako: x = r = r z = r 0 x 0 0 z u u u u > 0 (). Równane łaszczzn, na której leż welobok ge P = n [ ] x x z 0 () x z = z jenostkow, wektor normaln o łaszczzn oległość łaszczzn o śroka ukłau wsółrzęnch. Przecęce romena z łaszczzną, na której leż welobok Jeśl ostawć równane () o () to x ( r0 x u ) ( r0 u ) z ( r0 z u ) = 0 Rozwązując równane ze wzglęu na u uzskuje sę oległość unktu rzecęca łaszczzn, o oczątku romena.

5 Rozwązane jest nastęujące: lub w ostac wektorowej ( xrox ro zroz û = r r r x n ( Pn R0 û = P R Jeśl P n R = 0, to romeń jest równoległ o łaszczzn ne rzecna jej. Dla wznaczonego u wsółrzęne unktu rzecęca romena łaszczzn wrażają sę węc jako x = r û z c c c = r = r 0 x 0 0 z û û z ) ). Srawene cz oblczon unkt rzecęca romena łaszczzn leż wewnątrz weloboku Welobok wukł osan jest jako zbór kolejnch werzchołków. P = { } = {[ x z ]} = 0,,..., n Waomo, że trz newsółlnowe werzchołk weloboku określają łaszczznę, na której leż welobok. Prz omoc meto osanej w orzench krokach można znaleźć unkt rzecęca romena z łaszczzną, na której leż welobok. Punkt ten może leżeć zarówno wewnątrz, jak na zewnątrz weloboku. Ab stwerć, cz romeń rzecna welobok, należ srawć, cz wznaczon unkt leż wewnątrz weloboku. Metoa srawena jest nastęująca: Należ zrzutować welobok oblczon unkt rzecęca na jeną z łaszczzn ukłau wsółrzęnch (wznaczoną rzez ose ukłau). Płaszczznę, na którą wkonuje sę rzut wbera sę na ostawe krterum: max( x z Rzutowane olega na omnęcu jenej wsółrzęnej. Korzstając z faktu, że rosta el łaszczznę na we częśc, baa sę la rzutu unktu rzecęca rzutu kolejnej krawę weloboku, o której strone rzutu krawę leż rzut unktu rzecęca. rzut unktu rzecęca 0,, ) rzut weloboku Jeżel rzut unktu rzecęca romena łaszczzn leż la wszstkch rostch wznaczonch rzez ar kolejnch werzchołków rzutów weloboku o tej samej strone, to unkt leż wewnątrz weloboku. Stosując oobne rozumowane, można zbuować algortm oblczające unkt rzecęca romena z kwarkam.. Uraszczane oblczeń w metoe śleena romen Rozróżna sę trz ostawowe roaje sosobów uraszczana oblczeń : reukcję kosztów śleena ojenczego romena, reukcję lczb rzecęć na roe romena, reukcję gęstośc róbkowana

6 Reukcja kosztów śleena ojenczego romena: Dla skomlkowanego obektu o wkonanu welu oblczeń może okazać sę, że romeń ne rzecna obektu, czl wkonane rachunk rzerowaone został neotrzebne. Stosuje sę węc różne sosob na zmnejszene szans wkonwana neotrzebnch oblczeń. Metoa brł otaczającch Skomlkowane obekt otacza sę brłam, które ownn: casno obejmować obekt, meć rost os matematczn, Przkłaam stosowanm w raktce są kula, cz sześcan. Jeżel stwer sę, że romeń ne rzecna brł otaczającej to jest oczwste, że ne rzecna też owerzchn obektu Reukcja lczb rzecęć na roe romena: Dąż sę o welmnowana testów rzecęca z tm obektam, w które romeń na ewno ne traf. Metoa struktur herarchcznch brł otaczającch Obekt scen otacza sę brłam tworzącm strukturę herarchczną (w sense zawerana sę w sobe). Jeżel romeń ne rzecna brł wższej w ustalonej herarch, to ne rzecna równeż żanej z brł nższch. Metoa oału rzestrzen Metoa wmaga wstęnego rzetworzena anch o geometr scen. Proces ten wmaga też oczwśce ewnego nakłau oblczenowego, jenak w sume jest to metoa baro wajna. Postęuje sę nastęująco:. Określa sę mnmaln rostoałoścan (omenę), w którm zawerają sę wszstke obekt analzowanej scen.. Dzel sę omenę na małe element rostoałoścenne (woksele)(voxel).. Dla każego woksela omen tworz sę lstę obektów, które całkowce lub częścowo w nm sę zawerają.. W rocese śleena romena, entfkuje sę woksele leżące na jego roe analzuje jene obekt znajujące sę na właścwch lstach. Reukcja gęstośc róbkowana: Analza wszstkch romen erwotnch ne zawsze jest koneczna. Metoa reukcj lczb romen erwotnch Promeń erwotn oblczena rowa sę tlko la nektórch ksel ekranu n. la jenego ksela na czter. Dla unktu ekranu rzez, które ne rowaono romen erwotnch rezultat wznacza sę, nterolując wnk oblczeń rzerowaonch la sąsench unktów. Sosób tak jest często stosowan rz róbnej generacj obrazów skomlkowanch scen. Jeśl okaże sę że wnk sełna określone wmagana, okonuje sę generacj obrazu nną, okłanejszą metoą.

7 Przkła: Ab otrzmać obraz scen rz omoc meto śleena romen należ: stworzć moel scen, wgenerować obraz użwając oowenego orogramowana (ratracer ). Przkłaem rogramu służącego o uzskwana obrazów metoą śleena romen jest bezłatne ostęn aket o nazwe POVRa. Użce go wmaga osana scen w secjalne zbuowanm la otrzeb rogramu jęzku a nastęne uruchomenu moułu, realzującego algortm meto śleena romen. Paket POVRa zawera wele, różnego roaju moel obektów geometrcznch, moel źróeł śwatła tekstur. Umożlwa także generację obrazu scen metoą energetczną (nastęn wkła). Os rzkłaowej scen #nclue "colors.nc" #nclue "textures.nc." backgroun { color Gra } camera { locaton <0,, 8> look_at <0,, > } lane { <0,, 0>, gment {checker color Yellow, color Blue} } shere { <0,, >, texture { Chrome_Metal} fnsh { hong 0.9 hong_sze 0 metallc} } lght_source { <,, > color Whte} Sekcja #nclue Szare tło Sosób atrzena na scenę Płaszczzna okrta szachowncą Metalowa kula Źróło śwatła 7

Podobne dokumenty

GENERACJA REALISTYCZNYCH

WYKŁAD 10 GENERACJA REALISTYCZNYCH OBRAZÓW W SCEN 3-D, 3 METODA ŚLEDZENIA PROMIENI Plan wykładu: Sformułowana owana problemu Metoda próbkowana przestrzen Metoda śledzena promen - algorytm Oblczena w metodze