ALL
.pdfРЕЗЮМЕ
•Объекты трехмерной сцены можно обрезать объемом наблюдения, чтобы устранить нежелательные участки сцены.
–Верх, низ и боковые стороны объема наблюдения формируются плоскостями, которые параллельны линиям проекции и проходят через стороны отсекающего окна.
–Для создания замкнутого объема наблюдения используются ближняя и дальняя (передняя и задняя) плоскости.
•При параллельной проекции объем наблюдения является параллелепипедом, при перспективной усеченной пирамидой.
•В любом случае объем наблюдения можно преобразовать в нормированный куб, границы которого проходят по каждой оси в точках с координатами 0 и 1 или -1 и 1.
•Эффективные алгоритмы отсечения обрабатывают объекты сцены ограничивающими плоскостями нормированного объема наблюдения.
•В графических пакетах отсечение обычно выполняется в четырехмерных однородных координатах с последующим проектированием и нормировкой объема наблюдения.
•Затем однородные координаты преобразуются в трехмерные декартовы координаты проекции.
•Чтобы убрать выбранные части сцены или получить спецэффекты, можно использовать дополнительные плоскости отсечения с произвольной ориентацией.
07-1
Трехмерное наблюдение
НАБЛЮДЕНИЕ ТРЕХМЕРНОЙ СЦЕНЫ
•ПРОЕКЦИИ
•Способы получения проекции:
•1 метод - проектирование точек поверхности объекта вдоль параллельных линий. Данная схема, называемая параллельной проекцией, используется в инженерных и архитектурных чертежах для представления объекта набором проекций, на которых показаны точные размеры объекта (рис.).
Рис. Три параллельные проекции объекта, из которых видны относительные пропорции с различных точек наблюдения
•2 метод получения проекции трехмерной сцены – спроектировать точки на плоскость наблюдения по сходящимся траекториям - перспективная проекция, объекты, расположенные дальше от точки наблюдения, получаются меньшими, чем объекты такого же размера, но расположенные ближе.
•Сцена, генерируемая с использованием перспективной проекции, более реалистична
НАБЛЮДЕНИЕ ТРЕХМЕРНОЙ СЦЕНЫ
•УПОРЯДОЧЕНИЕ ПО ГЛУБИНЕ
•При построении трехмерной сцены важна информация о глубине (может возникнуть
неоднозначность), поэтому для конкретного направления наблюдения определяют, что является передней, а что задней частью любого изображенного объекта.
•Существует несколько способов.
•1. На каркасных изображениях – меняют яркость отрезков согласно их расстоянию от точки наблюдения. Линии, ближайшие к точке наблюдения, более ярки, а линии, удаленные от точки наблюдения, более тускло. В данной схеме упорядочения по глубине выбираются max и min интенсивности и диапазон расстояний, в котором меняется интенсивность.
•Используется также в моделировании влияния атмосферы на интенсивность объектов.
Рис. Каркасный объект с упорядочением по глубине, яркость линий уменьшается при переходе от передних граней объекта к задним
2 способ - подсветить видимые линии или изобразить их другим цветом.
•3 метод, используемый в инженерных чертежах, - изобразить невидимые линии пунктиром.
•4 невидимые линии можно просто удалить с изображения. При этом теряется информация о форме задних поверхностей объекта, поэтому для того, чтобы показать общий вид объекта (задние и передние грани), обычно используются каркасные представления.
а) б) в)
Рис. Каркасное представление пирамиды (а) не содержит информации о глубине, с помощью которой можно было бы понять, как наблюдается объект: сверху от вершины (б) или снизу от основания (в)
ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ
•Для реалистичного изображения задние части объектов полностью удаляются, отображаются только видимые поверхности. применяются процедуры визуализации поверхностей, и в результате пиксели экрана определяются только цветом передних поверхностей.
•Чтобы повысить реалистичность изображений, поверхности объектов визуализируются с использованием условий освещения сцены и заданных характеристик поверхности. Условия освещенности - цвет и положение источников света, эффекты фонового освещения. Поверхностные свойства объектов – степень прозрачности, гладкость.
•РАЗОБРАННЫЙ ВИД И ВИД В РАЗРЕЗЕ
•Можно определять объекты как иерархические структуры и хранить информацию о внутренних деталях объектов. Изображение таких объектов в разрезе или разобранном состоянии можно использовать для демонстрации внутренней структуры и связей между частями объектов.
•Альтернатива – вид в разрезе, часть видимых поверхностей удаляется, чтобы показать внутреннюю структуру предмета.
•ТРЕХМЕРНОЕ И СТЕРЕОСКОПИЧЕСКОЕ НАБЛЮДЕНИЕ
•Трехмерные проекции можно получить, отражая растровое изображение от вибрирующего гибкого зеркала. Вибрации зеркала синхронизированы с изображением сцены на экране. При вибрации фокусное расстояние меняется так, что каждая точка сцены отражается в пространственное положение, соответствующее ее глубине.
•Стереоскопические устройства предоставляют две проекции сцены: одну для левого глаза, а другую для правого. Точки наблюдения соответствуют положению глаз наблюдателя. Эти две проекции обычно поочередно отображаются на растровом мониторе. Если смотреть на монитор через специальные очки, которые по очереди затеняют обе линзы синхронно с циклами обновления монитора, можно наблюдать сцену, отображенную с трехмерным эффектом.
•
•
•Общие этапы обработки. После того как сцена смоделирована во внешних координатах, выбирается система наблюдения, и описание сцены переводится в координаты наблюдения. Система наблюдения определяет его параметры, включая положение и ориентацию плоскости наблюдения (проекции ).
•На плоскости проекции определяется 2D отсекающее окно, и устанавливается 3D отсекающая область. Данная область называется объемом наблюдения или отображаемым объемом (view volume), форма и размер зависят от размеров отсекающего окна, выбранного типа проекции и мест ограничения вдоль направления наблюдения.
•Чтобы преобразовать описание сцены в координатах наблюдения на плоскость проекции, выполняются операции проектирования. Объекты отображаются в нормированные координаты, и все части сцены вне отображаемого объема отсекаются.
•Операции отсечения можно применить после всех аппаратнонезависимых преобразований координат (из внешних координат в нормированные).
