Удаление скрытых линий и поверхностей в компьютерной графике. Понятие лицевых и не лицевых граней, алгоритм Робертса.
При формировании алгоритмов удаления возможны 2-а подхода:
Работа ведется в проекционной плоскости, с определением того, какой объект окажется ближним к этой плоскости вдоль направления проецирования, а какой дальше.
Работа ведется в 3-х мерном пространстве объекта с постоянным изменением места наблюдателя, и заключается в постоянном переборе пар объектов на закрывание одного другим.
Если угол внешней нормали какой-либо грани объекта составляет с вектором направления на картинную плоскость составляет с вектором проецирования острый угол, грань является
лицевой и будет видимой на картинной плоскости, если угол является тупым, то грань будет нелицевой на картинной области.
Алгоритм Робертса.
Алгоритм требует, чтобы 3D объекты были представлены в виде полигональной сетки. На первом шаге из рассмотрения исключаются все ребра, для которых обе определенные грани являются нелицевыми.
На следующем шаге осуществляется проверка оставшихся ребер объектов на закрывание граней. Возможно 3 варианта: 1) Ни одна грань не закрывает ребро.
Разбиение картинной плоскости в месте объединения ребра и грани на определенное число управляющих элементов (прямоугольник). После чего производится анализ каждого из полученных мелких блоков на объединение ребра и грани, с последующим выводом или не выводом попавшего ребра в блок.
Реалистическое представление сцен в компьютерной графике. Алгоритм трассировки лучей, метод излучательности.
Основные направления реалистического представления сцен компьютерной графики определяются как:
синтез реалистичных изображений,
реалистическое оживление синтезированных объектов (анимация).
При создании электронных графических моделей необходимо решить ряд проблем необходимых для формирования у пользователей адекватного представления у самой модели и объекте реального мира, который эта модель представляет, к этим проблемам можно отнести:
Сложность геометрии объектов реального мира и виртуального мира
Сложность геометрии сообщений между объектами реального мира и виртуальной моделью
Сложность описания динамики
Сложность описания способов освещения и текстур поверхности объектов реального мира и виртуального
Сложность описания виртуальной окружающей среды
Алгоритмы подобные данному называются алгоритмами прямой трассировки лучей.
Алгоритм трассировки (обратной) лучей работает в несколько базовых итераций: 1) В рассмотрение принимаются только точечные источники света; все остальные исключаются.
2) Освещенность любого объекта считается состоящей из 4-х основных составляющих:
Б)Диффузное отражение(много лучей отражения)
В) Идеальное преломление.
Г) Диффузное преломление (преломление распадается на несколько лучей).
3)Освещенность объекта может быть посчитана как сумма первичной освещенности(свет приходит от источника света и по зеркальному отражению) и вторичной освещенности(свет приходит от преломленных лучей).
4) Из вышесказанного следует, что в общем случае от картинной плоскости( от глаза наблюдателя) нужно оттрассировать 3 группы лучей: на все видимые источники света, на объекты зеркально отражающие свет, и объекты, преломляющие свет.
5) Для упрощения поиска точек пересечения лучей и сложных объектов, каждый объект условно помещается в элементарную 3D фигуру(сферу или параллелепипед). Поиск точек облегчается.
Формула расчета освещенности в методе трассировки лучей.
Процесс нахождения точек пересечения отраженных и преломленных лучей, идущих от источников света, с объектами сцены является достаточно сложным процессом.
В связи с этим каждый сколь угодно геометрически сложный объект сцены помещается в условно простое геометрическое тело(шар или параллелепипед). Точки пересечения лучей с такими объектами ищутся достаточно просто, качество реализации алгоритма снижается – достаточно сложно смоделировать мягкий переход эффектов преломления и отражения от одной грани к другой.
Метод излучательности.
Метод обеспечивает вычисление глобальной (общей ) освещенности сцены вне зависимости от местоположения наблюдателя или точки зрения на сцену.
В основе метода лежит закон сохранения энергии в замкнутой системе, в соответствии с которым все объекты разбиваются на отдельные фрагменты и для каждого строится уравнение баланса энергии.
