Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

1 Áttekintés a számítógépi* grafika világáról dr. György Antal people.inf.elte.hu /agy/

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "1 Áttekintés a számítógépi* grafika világáról dr. György Antal people.inf.elte.hu /agy/"— Előadás másolata:

1 1 Áttekintés a számítógépi* grafika világáról dr. György Antal people.inf.elte.hu /agy/

2 2 Tartalom  Mit értünk CG-n?  Alkalmazások  Modellezés  Animáció  Képszintézis (rendering)  Utómunka: pixel szintű effektek  Fény, matematikai/fizikai modell  Illuminációs egyenlet

3 3 Számítógépes grafika Mire gondolunk?  Szoftverek, amelyekkel képeket készítünk  Eszközök, amelyekkel a képekkel kapcsolatba kerülünk (megtekintjük, használjuk)  A hardver, ami ezeket a képeket egyre gyorsabban kirajzolja  A megjelenítő eszköz, amelyek egyre nagyobbak, színesebbek  Az algoritmusok, amelyek egy fizikai jelenséget szimulálnak  Eszközök complex matematika adatok megjelenítésére  Szoftverek, amelyekkel 3D modelleket készítünk, mozgatunk  API-k, amelyekkel modelleket jelenítünk meg  Stb.

4 4 Számítógépes grafika  Megjelenítő eszközök  1. Felhasználói felület tervezés Ergonómia  2. Térinformatika  3. Számítógépes látás (computer vision) képanalízis – képfeldolgozás – image processing  4. Számítógépes grafika 2D 3D: képszintézis egy virtuális színtér alapján tudományos vizualizáció Mit is jelent?

5 5 Megjelenítő hardver  Vektoros megjelenítők 1963 – módosított oszcilloszkóp 1974 – Evans and Sutherland Picture System  Raszteres megjelenítők 1975 – Evans and Sutherland frame buffer 1980s – olcsó frame bufferek  bit-mapes CRT PC képernyők(CGA,EGA) 1990s – liquid-crystal displays  LCD, laptops 2000s – micro-mirror projectors  digital cinema, DLP: Digital Light Processing  Továbbá: Stereo, head-mounted display Shutter glasses Autostereoscopic displays Tactile, haptic, sound Nyomtató

6 6 1. Elektronikus könyv olvasó

7 7 Nagyobb szoftver rendszer

8 8 User interface tervezés alapelvei

9 9 Ivan Sutherland (1963) - SKETCHPAD  pop-up menük  kényszer alapú rajzolás (constraint-based drawing)  hierarchia

10 10 2. Térinformatika Geographical Information System - GISGIS - földrajzi adatok elemzésére kidolgozott speciális információs rendszer információ -lépések sora vezet a méréstől, adatgyüjtéstől az elemzésekig -gyakori cél a földhasználat, szállítás, kereskedelem irányításával kapcsolatos döntéshozás,

11 Eredeti képFelismert objektumok 3. Képfeldolgozás

12 Képfeldolgozás

13 13 4. Computer Graphics (Interaktív)

14 Rajzolás és festés

15 A 3D képszintézis feladata  Egy virtuális világban egy virtuális kamera segítségével valósághű kép előállítása.

16 16 Tudományos vizualizáció

17 17 Tudományos vizualizáció  célja: tudományos feladatok, problémák, számítások megjelenítése és szimulációja A Föld mágneses erővonalainak megjelenítése Az 1995-ös oaklahomai vihartevékenység szimulációja

18 18 Fizikai szimulációk  Modellezük a természetet a fizika törvényeit követve  Általában, az egyetlen módja a valószerűség elérésének  Alternatív: nem-tudományos alapú sötét-mágia bevetése a valósághű effektek elérésére  A matematika nagyon gyorsan nagyon elbonyolódik Isn’t it incredible that nature can compute everything (you, me, and the whole universe) on the fly, it is the fastest computer ever.  Fontos problémák: szimuláció pontossága és stabilitása

19 19 Szimuláció vagy valós?

20 20 Szórakoztatás, Film

21 21 Oktatás, szemléltetés

22 22 Gömb kifordítás probléma

23 23 Digitális Művészet

24 24 Játékok

25 25 Játékok Call of Duty: Modern Warfare 2

26 26 modellezésanimációrendering A grafikus szerelőszalag (pipeline)

27 27 Modellezés  poligonok  CSG, constructive solid geometry  parametrikus felületek, NURBS  implicit felületek  felosztott felületek, subdivision surfaces  részecskerendszerek, particle systems  térfogati modellek, volumes

28 28 Animáció  Szkriptelt  Kulcskocka alapú (key-frame interpolation)  FK, IK, forward-inverse kinematics  Dynamics

29 29 Animációs módszer: keyframing  adott kulcskockákban (keyframe) meghatározzuk a színtér adatait (pozíció, geometria, szín stb.),  a többi képkockára pedig ezekből interpolálunk A kamera mozgáspályája és kulcskockái (modellező program: ArchiCAD)

30 30 Animációs módszer: motion capture  keyframinggel nagyon nehéz bonyolult, valós mozgásokat előállítani  ezért gyakran felveszik valódi emberek, élőlények, tárgyak mozgását és ezeket a virtuális világ mozgó objektumaira használják  általában apró „pöttyöket”, golyókat tesznek a valódi objektumra, amelyek mozgását kamerával követik

31 31 modellezésanimációrendering 3D scannelés motion capture image-based rendering A grafikus szerelőszalag (pipeline) A hagyományos pipeline Az új pipeline?

32 32 Modellezési primitívek: poligonok  legelterjedtebb módszer (pl. játékok, API-k stb.)  általában háromszögekkel dolgozunk  egyszerű velük modellezni  poligonokkal adott testet meshnek hívjuk  sima, szép felületek testek kialakítása csak rengeteg háromszöggel oldható meg  részletgazdagságot textúrákkal növelik

33 33 Modellezési primitívek: poligonok Half Life (1999)Half Life 2 (2004)

34 34 Modellezési primitívek: felületek  természetükből adódóan simák és görbültek  alakjuk kontroll pontokkal vagy kontroll görbékkel vezérelhető  bonyolult testeket nagyon nehéz velük modellezni, de komolyabb projektnél (pl. filmek) inkább ezeket alkalmazzák  jellemző felülettípusok: Beziér-patch, NURBS  részletesebben: Vida János – Geometria modellezés

35 35 Modellezési primitívek: felületek NURBS felületekkel adott fej (modellező program: Maya)

36 36 Modellezési primitívek: pontok  részecske rendszerek  rengeteg részecskét igényelnek  általában procedurálisan irányítják őket  ÚJ TREND: 3D-s scannerek ponthalmazt adnak ebből sok lépéssel generálható mesh vagy NURBS felület használjuk inkább egyből a ponthalmazt!

37 37 Modellezési primitívek: pontok Procedurális füst Ponthalmazból renderelt helikopter

38 38 Textúrák  Hatékonyan növelik a felület részletezettségét  Multi-színezés (több szín egy felületen) (pl. – üveg címke), bumpy, tükröződés is lehetséges

39 39 Fotorealisztikus rendering  célja: a virtuális világról olyan képet kapni, mintha egy valóban létező színtérről készítettünk volna fényképet

40 40 Fotorealisztikus rendering Találjuk ki: melyik a valós, melyik a szintetikus? szintetizáltfényképezett

41 41 Alkalmazás

42 42 Nem-fotorealisztikus rendering  Céljai: stílirizált ábra kiemeli a lényeges részeket művészi hatások elérése  Kezdetben a „firkálások” valószerű megjelenítésére törekedtek (pen-and-ink)  Azóta már külön területté nőtte ki magát: különböző ecsetek és festőanyagok kezelése: pl. víz- és olajfestékkel való festés

43 43 Nem-fotorealisztikus rendering

44 44 Volume rendering  Célja: az orvosi diagnózis, kutatási feladatok segítése  Legfőbb probléma a rengeteg poligon valósidejű mozgatása, forgatása

45 45 Izgalmas alkalmazási területek  Karakter animáció: csontozat modellezése bőr generálása izmok mozgatása  Ruha animáció: ruha modellezése fizikai alapú részecske szimuláció a feladat nehézsége: bonyolult az ütközésvizsgálat  Haj, szőr stb. szimulációja haj, szőr stb. modellezése is nehéz igen nehéz feladat: valószerű szimuláció

46 46 Pixel szintű effektek  A valószerűnek szánt képek még nem eléggé valószerűek, ezért a „tökéletes” képeket lerontjuk tipikus fényképezési hibákkal (pl. lencse csillanás, depth of field, motion blur)  Az effektek nemcsak valóságosabbá teszik a kész képet, de általuk „művészibbé” is válik  Jellemzően post-processz kompoziciós lépés, így nem kell a teljes renderinget újraindítani indítani ha egy effekt hatása nem tetszik...

47 47 Pixel szintű effektek Lencse csillanás Depth of field

48 48 A képszintézis feladata (ismét)  Egy virtuális világban egy virtuális kamera segítségével valósághű kép előállítása.

49 49 A képszintézis feladata  A valós világéval megegyező hatású képi inger előállításához ki kell számolni, hogy: a monitor pixeleinek megfelelő térszögből milyen spektrális eloszlás és spektrumonként mekkora fényintenzitás (radiancia) érkezik a szemébe  Tehát azonosítani kell: a pixelben látható felületi pontokat és (geometria feladat, sugárkövetés) azok szem irányú radianciáját (integrálegyenlet megoldása)  A sugársűrűséget egy pontban, egy adott hullámhosszon az árnyalási egyenlet megoldásával lehet meghatározni.

50 50 Az árnyalási egyenlet  Egy felület adott pontjában a radiancia (fényintenzitás) a következőkből áll: a saját emisszióból és a többi felület sugárzásának visszaverődéséből  Az árnyalási egyenlet ezt írja le (hullámhosszonként!!!): L (x,  )= L e (x,  )+   L ( h (x, -  ’ ,  ’) f r (  ’, x,  ) cos  ’ d  ’

51 51 Az árnyalási egyenlet L= L e + T L

52 52 Hogyan működik a természet?  100 W égő fotont emittál másodpercenként  Fotonok által eltalált felület meghatározása fénysebességgel és párhuzamosan, tárgyak számától függetlenül  Fotonok véletlenszerűen elnyelődnek, vagy véletlen irányban visszaverődnek  A fotonok egy kis része a szembe jut  Szimuláció: 10 7 fényút Sûrû minták, Fontosság szerinti mintavétel, Gyors számítás (grafikus hardver)

53 53 Valós időben CG ?  1280x1024 = 1.3 millió pixel  60 fps -> 78 millió pixel / sec  Tf: 2 Ghz számítógép (2 * 10 9 tick / sec)  1 pixel színének meghatározására 25 CPU tick jut

54 54 Az árnyalási egyenlet megoldásai  Lokális illumináció L = L e + T L e  Inverzió (1- T ) L = L e  L = (1- T ) -1 L e  Expanzió L = L e + T L = L e + T L e + T 2 L =  T n L e  Iteráció L n = L e + T L n-1  Sztochasztikus Iteráció L n = L e + T* L n-1

55 55 Lokális illumináció  A csatolásban a jobb oldalon levő radianciát helyettesítjük az emissziós függvénnyel.  A fényforrásokból induló fotonoknak így csak az egyszeres visszaverődését követjük (direkt illumináció) L (x,  )=L e (x,  )+  L lightsource f r (  ’,x,  ) cos  ’d  ’

56 56 Lokális illumináció Fent: Éles (balra) és nem éles (jobbra) árnyékkal megjelenített lokális illuminációs kép Lent: globális illuminációs kép (H. W. Jensen, 1996)

57 57 Globális illumináció A képek 3D Studio MAX-szal készültek... Származási hely:


Letölteni ppt "1 Áttekintés a számítógépi* grafika világáról dr. György Antal people.inf.elte.hu /agy/"

Hasonló előadás


Google Hirdetések