- •10.Перспективные изображения как результат центрального проецирования.
- •11.Видовое преобразование как аппарат построения аксонометрических изображений.
- •12.Перспективное преобразование и её проективная концепция.
- •13.Внутреннее компьютерное представления каркаса геометрической модели.
- •14.Аппроксимация. Непараметрические функции. Параметрические функции
- •15.Аппроксимация окружности. Параметрическое представление функции
- •16.Аппроксимация. Параметрическое представление функции эллипса.
- •17.Интерполяция. Кривые Безье.
- •18.Интерполяция. Интерполяция полиномами.
- •19.!Интерполяция. Сплайн–поверхность
- •20.Интерполяция. Гладкий кубический сплайн.
- •21.!Генерация файла для геометрического объекта «тор».
- •22.Основная концепция решения задач загораживания.
- •23.!Известные методы решения задач загораживания.
- •24.Метод переборного типа.
- •25.Метод Z–буфера.
- •26.Метод билинейной интерполяции Гуро.
- •27.Метод билинейной интерполяции Фонга.
- •28.!Локальные геометрические характеристики для плоской фигуры
- •29.Локальная геометрическая модель
- •30.Понятие однородных координат. Полное представление локальной функции.
- •31.Свойства локальной функции.
- •32.Область значений функции. Область значений функции для плоской фигуры.
- •33.Воксельная геометрическая модель на основе локальных геометрических характеристик.
- •34.Функционально–воксельная согласованность модели
- •35.Точность компьютерного представления функционально–воксельной модели.
- •36.Т–преобразование или пространственный сдвиг функционально-воксельной модели.
- •37.R–преобразование или пространственный поворот функционально воксельной модели
- •38.M–преобразование или пространственное масштабирование функционально–воксельной модели.
- •39.Функционально–воксельная сумма, разность.
- •40.Возведение в степень. Взятие под корень. Взятие по модулю в локальной геометрии.
- •41.Функционально–воксельное умножение/деление.
- •42.Применение функционально–воксельных моделей в решении простых уравнений с функциями.
- •44.Воксельное порождение дифференциальных М–образов.
- •45.Функционально–воксельное интегральное исчисление. Площадь единичного круга, или приближение к числу π.
- •47.Функционально–воксельное интегральное исчисление. Определение значения интеграла функционально–воксельным методом.
- •48.Аналитическая геометрия. Прямая и обратная задача.
- •49.Моделирование геометрических объектов алгебраическими функциями. R–функциональное моделирование.
- •50.R–функциональное моделирование локальной геометрии.
- •51.Булевы функции и их геометрическая интерпретация.
- •52.Формальное определение R–функций.
- •53.Примеры R–функционального моделирования. Разобрать свой пример.
- •54.Описание области алгебраической функции для кривой Безье.
- •55.Применение рекурсивного алгоритма Поля де Кастельжо для построения алгебраической функции кривой Безье
- •56.Алгоритм билинейной интерполяции компонентов вектора нормали в узловых точках триангулированной сетки (алгоритм Фонга).
- •57.Объёмная интерполяция. Применение гомотопии на основе линейного многочлена С.Н. Бернштейна.
- •58.Алгоритм локальной оптимизации. Градиентный спуск.
- •59.Решение задач математического программирования в локальной компьютерной геометрии.
- •60.Автоматизация решения МП–задач методом ФВМ.
- •61.Решение нелинейных МП–задач методом ФВМ.
- •62.Длина дуги. Нахождение площади сегмента поверхности сложной формы.
- •63.Локализация площадок на сложных поверхностях.
- •64.Конструкция минимизации в решении САУ в локальной геометрии.
- •65.Решение обыкновенных дифференциальных уравнений в локальной геометрии.
- •66.Функционально–воксельное моделирование задачи Коши.
По способу визуализации алгоритмы загораживания разделяются на две группы, в одну из которых входят алгоритмы, ориентированные на получение каркасного, а в другую – полутонового изображения.
24.Метод переборного типа.
В алгоритмах переборного типа, как правило, рассматривается каждое ребро, принадлежащее каждому из объектов сцены, и анализируется его взаимное расположение со всеми гранями каждого из объектов, составляющих сцену. При этом возможные ситуации приведены на рисунке.
Возможные ситуации с ребром и гранью Временная сложность алгоритмов такого типа пропорциональна произведению
количества ребер и количества граней в сцене. Никакие дополнительные свойства изображаемых объектов не учитываются.
25.Метод Z–буфера.
Метод Z-буфера весьма удобен для аппаратной реализации ввиду простоты алгоритма и используемого в нем набора операций. Временные характеристики этого метода линейно зависят от количества точек растра и «глубинной сложности сцены», т.е. усредненного числа граней, взаимно закрывающих друг друга. Для реализации метода используются две области памяти: буфер глубины (Z-буфер) и буфер кадра (хранящий информацию о состоянии пикселов экрана Z компьютера).
Буфер глубины используется для хранения координаты Z (глубины) каждого видимого на данной стадии анализа изображения пиксела картинной плоскости. В буфере кадра запоминаются атрибуты (интенсивность соответствующего пикселя и цвет)
Формально описание метода таково. Предположим, что сцена представлена в виде объединения многоугольников (возможно, пересекающихся). Построим ортогональную проекцию сцены на картинную плоскость = 0.
Предполагается следующая последовательность шагов:
1. Инициализировать буфер кадра фоновыми значениями интенсивности или цвета.
2. Инициализировать буфер глубины значениями глубины фона. 3. Для каждой грани сцены последовательно:
3.1. Преобразовать проекцию границ в растровую форму.
3.2. Для каждого пиксела проекции вычислить его глубину = ( , ); 3.3. Сравнить значение ( , ) с соответствующим значением буфера
глубины ( , ).
3.4. Если ( , ) < ( , ), то:
3.4.1. Записать атрибуты этого пиксела в буфер кадра; 3.4.2. Записать значение ( , ) в соответствующую позицию буфера
глубины ( , ).
3.5. Иначе – никаких действий не производить.
26.Метод билинейной интерполяции Гуро.
Методом Гуро можно получить сглаженное изображение. Для того, чтобы изобразить объект методом построчечного сканирования нужно в соответствии с моделью освещения рассчитать интенсивность каждого пикселя вдоль сканирующей строки.
Рассмотрим участок полигональной поверхности (Рис.9.3.2).
Значение интенсивности в точке определяется линейной интерполяцией интенсивности в точках и . Для получения интенсивности в точке - пересечении ребра многоугольника со сканирующей строкой – нужно линейной интерполяцией интенсивностей и найти
где
. Аналогично для получения интенсивности
линейно интерполируются интенсивности в вершинах
и
, т.е.
,
где
. Наконец, линейной интерполяцией по строке между
и находится интенсивность
, т.е.
где
.
27.Метод билинейной интерполяции Фонга.
При закраске Фонга вдоль сканирующей строки интерполируется вектор нормали. Затем он используется в модели освещения для вычисления интенсивности пикселя. При этом достигается лучшая локальная аппроксимация кривизны поверхности и, следовательно, получается более реалистичное изображение.
При закраске Фонга аппроксимация кривизны поверхности производится сначала в вершинах многоугольников путем аппроксимации нормали в вершине. После этого билинейной интерполяцией вычисляется нормаль в каждом пикселе. Например, обратясь к рисунку, получаем нормаль
линейной интерполяцией между
и
, в
- между
и
и, наконец
- между
и
.
Таким образом
,
где 
Далее определяем угол между источником света и текущей нормалью:
где и - единичные векторы соответственно нормали к поверхности и направления к источнику света. Затем определяем интенсивность света, например, согласно модели освещения.
28.!Локальные геометрические характеристики для плоской фигуры
Локальные геометрические характеристики — это угловые параметры единичного однородного вектора нормали, которые описывают ориентацию геометрического объекта в малой окрестности точки.
Для плоской фигуры, заданной неявной функцией f(x,y)=0, ЛГХ определяются в трёхмерном однородном пространстве Oxyz как компоненты нормированного вектора нормали (n1,n2,n3), полученные из уравнения плоскости, аппроксимирующей поверхность z=f(x,y) в данной точке.
ЛГХ вычисляются путём нормирования коэффициентов уравнения плоскости, аппроксимирующей малую окрестность точки на поверхности функции z=f(x,y), которая получена переходом к однородным координатам. Например, для прямой ax+by+c=0 переход к однородным координатам даёт
плоскость ax+by+cz=0, нормаль
=(a,b,c) нормируется:
Величины n1, n2, n3 являются локальными геометрическими характеристиками. ЛГХ выражаются через косинусы углов отклонения нормали от осей и принимают значения в интервале [−1;1].
Для плоской фигуры (например, окружности) ЛГХ определяются в каждой точке области функции через касательную плоскость в трёхмерном пространстве Oxyz, построенную по трём близлежащим точкам.
Локальная функция, задаваемая ЛГХ, имеет вид n1x+n2y+n3z+n4=0 и позволяет линейно аппроксимировать исходную функцию в малой окрестности точки. Для плоской фигуры (например, окружности) ЛГХ описывают ориентацию нормали к поверхности z=f(x,y) в каждой точке, что эквивалентно информации о градиенте функции.
