Wizualizacja 3D obiektów i systemów biomedycznych

Podobne dokumenty
INFORMATYKA WSTĘP DO GRAFIKI RASTROWEJ

Teoria światła i barwy

Adam Korzeniewski p Katedra Systemów Multimedialnych

Pojęcie Barwy. Grafika Komputerowa modele kolorów. Terminologia BARWY W GRAFICE KOMPUTEROWEJ. Marek Pudełko

MODELE KOLORÓW. Przygotował: Robert Bednarz

Do opisu kolorów używanych w grafice cyfrowej śluzą modele barw.

WYKŁAD 11. Kolor. fiolet, indygo, niebieski, zielony, żółty, pomarańczowy, czerwony

GRAFIKA. Rodzaje grafiki i odpowiadające im edytory

PODSTAWY BARWY, PIGMENTY CERAMICZNE

GRAFIKA RASTROWA GRAFIKA RASTROWA

GRK 4. dr Wojciech Palubicki

1 LEKCJA. Definicja grafiki. Główne działy grafiki komputerowej. Programy graficzne: Grafika rastrowa. Grafika wektorowa. Grafika trójwymiarowa

Grafika na stronie www

Model oświetlenia. Radosław Mantiuk. Wydział Informatyki Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Marcin Wilczewski Politechnika Gdańska, 2013/14

Kurs grafiki komputerowej Lekcja 2. Barwa i kolor

GRAFIKA RASTROWA. WYKŁAD 1 Wprowadzenie do grafiki rastrowej. Jacek Wiślicki Katedra Informatyki Stosowanej

Modele i przestrzenie koloru

Oświetlenie. Modelowanie oświetlenia sceny 3D. Algorytmy cieniowania.

GRAKO: ŚWIATŁO I CIENIE. Modele barw. Trochę fizyki percepcji światła. OŚWIETLENIE: elementy istotne w projektowaniu

Grafika komputerowa i wizualizacja

Wykład II. Reprezentacja danych w technice cyfrowej. Studia Podyplomowe INFORMATYKA Podstawy Informatyki

Grafika Komputerowa Wykład 5. Potok Renderowania Oświetlenie. mgr inż. Michał Chwesiuk 1/38

Akwizycja obrazów. Zagadnienia wstępne

Photoshop. Podstawy budowy obrazu komputerowego

Przetwarzanie obrazów Grafika komputerowa. dr inż. Marcin Wilczewski 2016/2017

Podstawy grafiki komputerowej

Ustawienia materiałów i tekstur w programie KD Max. MTPARTNER S.C.

Grafika komputerowa i wizualizacja. dr Wojciech Pałubicki

Grafika komputerowa. Dla DSI II

Grafika komputerowa dziedzina informatyki zajmująca się wykorzystaniem technik komputerowych do celów wizualizacji artystycznej oraz wizualizacji i

Plan wykładu. Akcelerator 3D Potok graficzny

Animowana grafika 3D. Opracowanie: J. Kęsik.

Scena 3D. Cieniowanie (ang. Shading) Scena 3D - Materia" Obliczenie koloru powierzchni (ang. Lighting)

Oświetlenie obiektów 3D

Scenariusz zajęć pozalekcyjnych w ramach Innowacyjnej Szkoły Zawodowej

Multimedia i grafika komputerowa

Dostosowuje wygląd kolorów na wydruku. Uwagi:

Grafika komputerowa. Oko posiada pręciki (100 mln) dla detekcji składowych luminancji i 3 rodzaje czopków (9 mln) do detekcji koloru Żółty

WIZUALNA EKSPLORACJA DANYCH I RAPORTOWANIE W SAS VISUAL ANALYTICS ORAZ WSTĘP DO SAS VISUAL STATISTICS

Kierunek:Informatyka- - inż., rok I specjalność: Grafika komputerowa

0. OpenGL ma układ współrzędnych taki, że oś y jest skierowana (względem monitora) a) w dół b) w górę c) w lewo d) w prawo e) w kierunku do

Kierunek:Informatyka- - inż., rok I specjalność: Grafika komputerowa i multimedia

Grafika 2D. Pojęcia podstawowe. opracowanie: Jacek Kęsik

Rodzaje skanerów. skaner ręczny. skaner płaski. skaner bębnowy. skaner do slajdów. skaner kodów kreskowych

Kierunek:Informatyka- - inż., rok I specjalność: Grafika komputerowa i multimedia

Ćwiczenia nr 7. TEMATYKA: Krzywe Bézier a

Ćwiczenia z grafiki komputerowej 5 FILTRY. Miłosz Michalski. Institute of Physics Nicolaus Copernicus University. Październik 2015

Kierunek:Informatyka- - inż., rok I specjalność: Grafika komputerowa

W poszukiwaniu sensu w świecie widzialnym

DEFINICJA ERGONOMII. ERGONOMIA - nauka zajmująca się projektowaniem systemów pracy, produktów i środowiska zgodnie z fizycznymi.

Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów Wykład 1 AiR III

Grafika Komputerowa Wykład 1. Wstęp do grafiki komputerowej Obraz rastrowy i wektorowy. mgr inż. Michał Chwesiuk 1/22

WSTĘP DO GRAFIKI KOMPUTEROWEJ

Dzień dobry. Miejsce: IFE - Centrum Kształcenia Międzynarodowego PŁ, ul. Żwirki 36, sala nr 7

Co to jest współczynnik oddawania barw?

Technologie Informacyjne

Analiza korespondencji

Tajemnice koloru, część 1

Śledzenie promieni w grafice komputerowej

Przykładowe pytania na teście teoretycznym

Kolor, mat. pomoc. dla technologia inf. (c) M. Żabka (12 listopada 2007) str. 1

Grafika inżynierska. Projekt znaczka inż. M. Janecka

Analiza danych i data mining.

GRAFIKA KOMPUTEROWA. mgr inż. Adrian Zapała

Ć w i c z e n i e 3 : W i z u a l i z a c j a d a n y c h - w y k r e s y S t r o n a 1

Komunikacja Człowiek-Komputer

Grafika Komputerowa Wykład 4. Synteza grafiki 3D. mgr inż. Michał Chwesiuk 1/30

Ćwiczenie 2. Przetwarzanie graficzne plików. Wprowadzenie teoretyczne

Gimp Grafika rastrowa (konwersatorium)

Jak poprawnie przygotować plik pod DRUK UV

Wykonawca: PIOTR DOMALEWSKI. Termin oddania sprawozdania: 30.08

LEKCJA 3 Jak powstają kolory diody LED RGB

Synteza i obróbka obrazu. Tekstury. Opracowanie: dr inż. Grzegorz Szwoch Politechnika Gdańska Katedra Systemów Multimedialnych

TEORIA BARW (elementy) 1. Podstawowe wiadomości o barwach

Karty graficzne możemy podzielić na:

Podstawy grafiki komputerowej. Teoria obrazu.

Prawdopodobieństwo i statystyka

Zamiana reprezentacji wektorowej na rastrową - rasteryzacja

Modelowanie i wstęp do druku 3D Wykład 1. Robert Banasiak

EKSPLORACJA ZASOBÓW INTERNETU LABORATORIUM VIII WYSZUKIWANIE OBRAZÓW

Cyfrowe Przetwarzanie Obrazów. Karol Czapnik

FORMATY PLIKÓW GRAFICZNYCH

PODSTAWY TEORII BARW

Wykorzystanie grafiki wektorowej do tworzenia elementów graficznych stron i prezentacji

Karta przedmiotu. Podstawy programowania procesorów graficznych. realizowanego w ramach projektu PO WER

10.3. Typowe zadania NMT W niniejszym rozdziale przedstawimy podstawowe zadania do jakich może być wykorzystany numerycznego modelu terenu.

4.1. Wprowadzenie Podstawowe definicje Algorytm określania wartości parametrów w regresji logistycznej...74

Jakość koloru. Menu Jakość. Strona 1 z 7

Podstawy przetwarzania obrazów teledetekcyjnych. Format rastrowy

Obraz jako funkcja Przekształcenia geometryczne

Grafika rastrowa i wektorowa

6 Przygotował: mgr inż. Maciej Lasota

Przedmiot: Grafika komputerowa i projektowanie stron WWW

Temat: Kolorowanie i przedstawianie zespolonej funkcji falowej w przestrzeni RGB

Praktyczne zastosowanie grafiki komputerowej

Kolor w grafice komputerowej. Światło i barwa

OP6 WIDZENIE BARWNE I FIZYCZNE POCHODZENIE BARW W PRZYRODZIE

KARTA KURSU. Grafika komputerowa

Sterownik LED RGB 2.4G RF 12V, 24V 24A + pilot dotykowy

Transkrypt:

Wizualizacja 3D obiektów i systemów biomedycznych Krzysztof Gdawiec Instytut Informatyki Uniwersytet Śląski

Co to jest wizualizacja danych? Wizualizacja danych jest rozległym obszarem nauki znajdującym się na przecięciu matematyki, informatyki, nauki percepcyjnej i poznawczej oraz inżynierii. Wizualizacja danych to informacja w postaci obrazu, komunikująca treść za pomocą barw, kształtów, linii, układu i hierarchii, najlepiej podana ze szczyptą kreatywności. Łączy techniczne umiejętności obróbki, analizy i interpretacji nierzadko olbrzymich ilości nieuporządkowanych danych z zasadami estetyki, innowacyjnym projektem i interakcją. W literaturze możemy znaleźć wiele innych definicji co to jest wizualizacja danych.

Poddziedziny wizualizacji danych Wyróżniamy dwie podstawowe poddziedziny: wizualizacja naukowa (ang. scientific visualization), wizualizacja informacji (ang. information visualization). W ostatnich latach pojawiła się trzecia poddziedzina, która leży pomiędzy dwoma pozostałymi. Jest to analityka wizualna (ang. visual analytics).

Wizualizacja naukowa Pojawiła się w latach 80. XX w. jako odpowiedź na rosnącą ilość danych generowanych w symulacjach komputerowych różnych procesów fizycznych, np. przepływu cieczy, konwekcji ciepła, deformacji materiału. Możemy ją opisać jako wizualizację trójwymiarowych zjawisk (architektonicznych, meteorologicznych, medycznych, biologicznych itp.), w których nacisk kładziemy na realistyczny rendering objętości, powierzchni, źródeł oświetlenia itd. Zatem dane są przestrzenne. Często spotykany skrót tego typu wizualizacji to scivis.

Wizualizacja informacji Wizualizacja bardziej abstrakcyjnych danych, np. dokumentów, relacji w postaci drzew, grafów czy sieci. Przetwarzamy dane abstrakcyjne w bardziej konkretną formę, która o wiele lepiej jest postrzegana przez obserwatora. W ostatnich latach za sprawą big data wizualizacje z tej poddziedziny zyskały na znaczeniu. Często spotykany skrót tego typu wizualizacji to infovis.

Analityka wizualna Powstała jako odpowiedź na potrzebę połączenia wizualizacji, analizy danych i eksploracji danych (ang. data mining). Najczęściej skupia się ona na procesach lub zbiorach danych, które są zbyt duże lub zbyt skomplikowane, aby je w pełni zrozumieć używając pojedynczego (statycznego) obrazu. W tym celu korzysta się z technik z eksploracji danych, wielu widoków oraz interaktywnych i iteracyjnych wizualnych oględzin.

Proces wizualizacji

Sposoby wizualizacji Wizualizacja interaktywna używana do odkrywania czegoś, przewidziana dla jednego badacza lub współpracowników, reaguje na interakcję z użytkownikiem, jakość prototypu. Wizualizacja prezentacyjna używana do komunikacji, przewidziana dla dużej grupy lub publiki, nie przewiduje interakcji z użytkownikiem, dopieszczona. Interaktywne opowiadanie prezentacja za pomocą interaktywnych stron internetowych.

Dlaczego wizualizacja danych jest przydatna? 1. Potwierdzenie znanego: potwierdzić (lub zaprzeczyć) dopasowanie danego modelu do danych, np. znaleźć rozkład wartości w danej dziedzinie, znaleźć korelację (lub jej brak) pomiędzy kilkoma zmiennymi, odpowiedzieć na precyzyjne (ilościowe) pytania. 2. Odkrycie nieznanego: pomoc w znalezieniu nowego modelu dla danych, np. znaleźć, który model najlepiej pasuje do danych, znaleźć zjawisko jakie stoi za danymi, odpowiedzieć na bardziej ogólnikowe (jakościowe) pytania.

Kiedy wizualizacja danych jest przydatna? 1. Zbyt duża ilość danych, np. nie mamy czasu na analizę wszystkich danych, chcemy pokazać przegląd, odkryć, które pytania są ważne, zawęzić poszukiwanie wizualnie lub analitycznie. 2. Jakościowe/złożone pytania, np. nie możemy uchwycić pytania w dokładne zapytanie, pytanie/cel jest jakościowe: chcemy zrozumieć co się dzieje, chcemy pokazać przegląd, odpowiedzieć na pytanie poprzez zobaczenie istotnych wzorców. 3. Komunikacja, np. chcemy pokazać rezultaty różnym (nietechnicznym) udziałowcom, chcemy nauczyć się czegoś o nowej dziedzinie, problemie.

Kiedy wizualizacja danych NIE jest przydatna? 1. Zapytania jeśli odpowiedź na pytanie może być zwarta, precyzyjna, to po co ją wizualizować? Np. Jaka jest wartość największa w zbiorze?. 2. Automatyczne podejmowanie decyzji jeśli decyzja może być zautomatyzowana, to po co używać człowieka w pętli decyzyjnej? Np. Jak zoptymalizować symulację numeryczną?. Należy zapamiętać, że wizualizacja jest głównie kompromisem pomiędzy kosztem i korzyściami koszt: wysiłek włożony w stworzenie i interpretację obrazu, korzyść: rozwiązany problem za pomocą interpretacji obrazu.

Przykłady wizualizacji danych

Powtórka z grafiki komputerowej Przestrzenie barw Przestrzeń RGB. Jest addytywną przestrzenią bazującą na trzech podstawowych barwach: czerwonej (ang. Red), zielonej (ang. Green) i niebieskiej (ang. Blue). żółty (1,1,0) biały (1,1,1) cyjan zielony (0,1,1) (0,1,0) czerwony (1,0,0) magenta (1,0,1) czarny (0,0,0) niebieski (0,0,1)

Przestrzeń HSB. Bazuje na trzech komponentach: barwie (ang. Hue), nasyceniu (ang. Saturation) i jasności (ang. Brightness). Jest to nieliniowa transformacja przestrzeni RGB. barwa N M B CZ nasycenie Ż CY Z jasność C

Grafika rastrowa i wektorowa Grafika rastrowa TV, monitory, telefony. Zdjęcia. GIF, JPG itp. Duża ilość pamięci (bufor ramki). Trudno narysować linię. Dowolne wypełnienie. Grafika wektorowa Plotery, laserowe wyświetlacze. Clip art, ilustracje. PostScript, PDF, SVG itp. Mała ilość pamięci (lista wyświetlania). Łatwo narysować linię. Wypełnienie jednym kolorem/gradientem/teksturą.

Grafika foto- i niefotorealistyczna

Grafika 3D Vertices Vertex Processor Transformed Vertices CPU Bus Assemble Geometry Assembled Primitive Rasterizer Interpolated Values Fragment Processor Pixels Monitor

Model oświetlenia Phonga: c = c d k d cos θ + c s k s (cos ϕ) m = c d k d (n l) + c s k s (r v) m, gdzie c d kolor światła rozproszonego, c s kolor światła odbitego, k d stopień rozproszenia światła, k s stopień odbicia światła. Do obliczenia wektora odbicia r stosuje się wzór: r = 2(n l)n l. l n θ θ ϕ r v oko

Obliczanie wektora normalnego dla trójkąta Niech P 1 = (x 1, y 1, z 1 ) T, P 2 = (x 2, y 2, z 2 ) T, P 3 = (x 3, y 3, z 3 ) T. Wówczas v 1 = [x 2 x 1, y 2 y 1, z 2 z 1 ] T, v 2 = [x 3 x 1, y 3 y 1, z 3 z 1 ] T oraz n = v 1 v 2, gdzie [v 1 x, v 1 y, v 1 z ] T [v 2 x, v 2 y, v 2 z ] T = P 2 v 1 n v 2 P 1 [v 1 y v 2 z v 1 z v 2 y, v 1 z v 2 x v 1 x v 2 z, v 1 x v 2 y v 1 y v 2 x ] T P 3

Uśrednianie wektorów normalnych n 34 n n 23 v 4 n 41 n 12 v 3 v 1 v 2

per face per vertex (uśrednianie normali)

Cieniowanie geometrii (płaskie, Gouraud, Phonga)

Reprezentacja danych Uporządkowane Nieuporządkowane Dyskretne Porządkowe (ang. ordinal), np. rozmiar S, M, L, XL,... Ilościowe (ang. quantitative), np. liczebność 1, 2, 3,... Nominalne (ang. nominal), np. kształty,,, Kategorie, np. narodowość Ciągłe Zakresowe, np. szerokość, temperatura Wartości cykliczne, np. kierunki, barwy

Zbiór danych (ang. dataset)