Sistemas Gráficos e Modelos - Autenticação · Vermelho (R), Verde (G), Azul (B) ©2010, CG&M/IST...

Sistemas Gráficos e Modelos

Instituto Superior Técnico

Edward Angel, Cap. 1

Instituto Superior Técnico Computação Gráfic a

2009/2010

1

Contacto com corpo docente

Nos contactos com o corpo docente de CG

Indiquem o campus a que pertencem!

©2010, CG&M/IST e Figuras Addison Wesley

Alameda ou Tagus

Grupos de Laboratório

Há (pelo menos) um grupo com dois alunos


Existe alguém sem grupo?

Objectivos

� Aprender diferenças entre � CG vectorial e raster (quadrículas)

� Conhecer evolução nos últimos 40 anos de� conceitos, sistemas, equipamentos, normas, aplicações


� 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

2. Criação de Imagens

� Aprender a identificar � primitivas básicas e objectos mais complexos

� necessários para modelar cenas

( Ed Angel, 1.3 a 1.6)


� Reconhecer conceitos � usados na criação e percepção de imagens

� Saber parametrizar alguns passos necessários à criação de uma imagem

5

Modelação Geométrica� Formas Primitivas Básicas

� Esferas� Cones� ....� Polígonos� Texto


� Texto� Superfícies Paramétricas

� Expressões Matemáticas� Campos de Altura� Blobs

� Composição de Objectos6

Cones

©2010, CG&M/IST e Figuras Addison Wesley7

Cilindros


Esfera


Polígonos


Texto


Superfície Paramétrica


Campos de Alturas


Blobs


Blobs


Superfície –> Força = 0

Objectos de Revolução


Constructive Solid Geometry


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

Sistema de Realidade Virtualda Serra da Estrela

� Trabalho desenvolvido por alunos IST� INESC-ID� DECivil


� Em conjunto com � Câmara Municipal Seia� Empresas

19


CONCEITOS FUNDAMENTAISCriação de Imagens

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Conceitos� Fontes de luz

� necessárias para iluminar a cena

� Relação Modelo – Vista� como mapear o modelo numa vista

Câmara Virtual,


� 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




Câmara Virtual,





22

Fontes de Luz

� Radiação Electromagnética

� Cor versus Energia versus Espectro


� Propriedades físicas da luz� raramente são necessárias em CG

23

Espectro Electromagnético


Espectro Electromagnético

nm


450 500400 650 700550 600

-14 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

log10λλλλradiaçãotérmica

raioscósmicos

raiosgama raios X UV IV rádio

luz visível

Energia

(eV)

Energia do Espectro Visível

Azul 440 nm Verde 545 nm Vermelho 680 nm


400 λλλλ [nm] 500 600 700

violeta azul verde vermelho

Fontes de Luz

� Propriedades físicas da luz� raramente são necessárias em CG� excepto para determinar correspondência entre

frequências e cor


frequências e cor

� Óptica geométrica� Modela fontes de luz como emissores de

energia� Intensidade fixa� Raios lineares

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Iluminar a Cena


Fonte de Luz Pontual


Fonte de Luz não Pontual


SpotLight


Óptica Geométrica

� Seguir uma raio da fonte de luz até à câmara

� Qual a % de raios é


� Qual a % de raios é que chegam à câmara?

32

Alguns Modelos de Cor

� Modelos Aditivos: Adicionar Energia Luminosa� Cores Primárias:

� Vermelho (R), Verde (G), Azul (B)


� 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

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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

Criação de Imagem

Modo Local ou Global

Sem iluminação global Com iluminação global





Câmara Sintética,


� Câmara Sintética, � para definir que porção da Cena irá aparecer na imagem



36

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 )

©2010, CG&M/IST e Figuras Addison Wesley Pipeline de Visualização

Viewport versus Janelas


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 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, 13.000AC

Projecções Geométricas Planas

� Linhas Projectantes são rectas

� Superfície de Projecção plana � Plano de imagem ou de projecção

� Pirâmide visual (Alberti, séc XV)

“Del

la P

ittur

a”, L

.B. A

lber

ti, 1

436


� Pirâmide visual (Alberti, séc XV)

•• ••

plano da imagem

raios projectores

Centro de projecção(CDP)

“Del

la P

ittur

a”, L

.B. A

lber

ti, 1

436

Projecções Geométricas Planas� Existem dois tipos principais

� Projecção Perspectiva� Projecção Paralela

AA

A´Raios


• Determinada pelo centro de projecção (CDP)• Distância do CDP ao plano finita• Os raios projectores são convergentes

B

B´

A´

CDP

RaiosProjectores

Plano deProjecção

• Determinada por direcção de projecção• Distância do CDP ao plano infinita.• Os raios projectores paralelos entre si

B

B´

A´

Direcção deProjecção

RaiosProjectores

Plano deProjecção

Taxonomia das


Paralelas Perspectivas



Ortogonais Oblíquas

Alçado

Frontal

OutrasAlçado

Lateral

Planta

Axométrica

Cavaleira

Gabinete

Outras

1 ponto

de fuga

3 pontos

de fuga

2 pontos

de fuga

Isométrica Dimétrica Trimétrica

Projecções Ortogonais

� Usadas em desenhos técnicos� Engenharias Civil e Mecânica� Arquitectura

� Vantagens

Planta


� Vantagens� Medidas precisas� Todas as vistas na mesma escala

� Limitações� Não é possível “visualizar” objectos 3D� Múltiplas vistas para definir peça

Alçadolateral

Alçadofrontal

Projecções Ortogonais


Projecções Perspectivas

� Usadas nas mais variadas áreas� Arquitectura, desenho industrial, engenharia� Artes gráficas� Ambiente virtuais

Ponto dePonto de


� Vantagem� Garantem maior realismo

� Desvantagem� Alteram geometria dos objectos

Ponto deFuga (x)

Ponto deFuga (y)

Projecção Perspectiva


Projecção perspectiva com 2 pontos de fuga


Alguns Tipos de Projecções

� Ortogonal tais como vistas principais� Perspectiva, com vários pontos de fuga� Obliqua tais como cavaleira





Câmara Virtual,





50

Câmara Virtual


Volume de Recorte

� Câmara Virtual só vê parte do Mundo


Recorte


Recorte 2D


Câmara Virtual Pinhole


Imagem Invertida


Parâmetros da Câmara Virtual� Posição do Centro

de Projecção (COP)

� Orientação


Orientação

� Profundidade Focal

� Superfície de Visualização

57

Plano de Projecção à Frente da Câmara





Câmara Virtual,





59

CRTs


Ecrã Plano (LCD,Plasma,...)





Câmara Virtual,





62

Percepção


Sensibilidade Espectral

10

12

14

16

18

20

sen

sib

lidad

e

[%]

gama ro


0

2

4

6

8

10

400 440 480 520 560 600 640 680

comprimento de onda [nm]

sen

sib

lidad

e

[%]

beta

64

Percepção Visual

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


Luminância versus Cor

� Luminância� Mono cromática� Níveos de cinzento

� Cor


� Cor� Matiz (Hue)� Saturação� Luminância

� Todo o espectro visível ?

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Vantagens

� Separação entre Modelos, Vista e Fontes de Luz

� Uma Interface Aplicacional simplesImplementação por Hardware rápida


� Implementação por Hardware rápida

67

Resumo

� Modelos Primitivos e sua Composição

� Bases Físicas (Luz, Percepção e Cor)


� Câmara Virtual Básica

� Projecções

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