Alakmodell Animációk Felületek szemléltetése Színtér Óbudai Egyetem Neumann János Informatikai Kar, Alkalmazott Matematikai Intézet A virtuális technológia alapjai 5. Előadás Alakmodell Animációk Felületek szemléltetése Színtér Dr. Horváth László egyetemi tanár http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/

Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/ Ez a prezentáció szellemi tulajdon. Hallgatóim számára rendelkezésre áll. Minden más felhasználása és másolása nem megengedett! A prezentációban megjelent képernyő-felvételek a CATIA V6 PLM rendszernek, az Óbudai Egyetem Intelligens Mérnöki Rendszerek Laboratóriumában telepített installációján készültek, valóságos működő modellekről, a rendszer saját eszközeivel. CATIA V6 PLM rendszer a Dassult Systémes Inc. és a CAD-Terv Kft támogatásával üzemel laboratóriumunkban Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/

Tartalom Áttekintés Alakmodell felépítése határfelület ábrázolású alaksajátosságokkal Alkatrészmodell beszúrása termékmodellbe PLM adatbázisból Az animáció fogalma és alkalmazásai Térbeli objektumok és környezetük animációi Animációs csatornák és akciók Eljárások objektumok valósághű szemléltetéséhez Valósághű szemléltetés modellezése Valósághű felszín modellje Környezet ábrázolása A felületi fényhatások leírása Felszínképzés (rendering) Fényforrások Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/

Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/ Áttekintés Alakmodell Termék tervezése Alak modell Formatervezés A modellezés típusa A modellezés típusától Előírások a formatervező Felszín függő paraméterek számára Egyéb paraméterek Textúrák Animáció Objektum helyzete Fényforrások Textúra Alak Fényforrás Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/

Alakmodell felépítése határfelület ábrázolású alaksajátosságokkal Alkatrész azonosítója a PLM adatbázisban Virtal15txxxx5 Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/

Alakmodell felépítése határfelület ábrázolású alaksajátosságokkal Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/

Alakmodell felépítése határfelület ábrázolású alaksajátosságokkal Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/

Alakmodell felépítése határfelület ábrázolású alaksajátosságokkal Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/

Alakmodell felépítése határfelület ábrázolású alaksajátosságokkal Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/

Alakmodell felépítése határfelület ábrázolású alaksajátosságokkal Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/

Alakmodell felépítése határfelület ábrázolású alaksajátosságokkal Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/

Alakmodell felépítése határfelület ábrázolású alaksajátosságokkal Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/

Alakmodell felépítése határfelület ábrázolású alaksajátosságokkal Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/

Alakmodell felépítése határfelület ábrázolású alaksajátosságokkal Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/

Alakmodell felépítése határfelület ábrázolású alaksajátosságokkal Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/

Alakmodell felépítése határfelület ábrázolású alaksajátosságokkal Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/

Alkatrészmodell beszúrása termékmodellbe PLM adatbázisból Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/

Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/ Külső paraméterrel, kontextuális láncokon keresztül irányított termékmodell A generikus modellt paraméter irányítja, amely alkatrész két, méreteit alapvetően meghatározó paraméterével van, a modellben definiált kapcsolatban A kontextuális láncok mentén aktualizálódnak az alkatrész-példány paraméterei Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/

Az animáció fogalma és alkalmazásai Az animáció az objektum valamely jellemzőinek, más szóval attribútumainak idő szerint való, meghatározott célú változtatása. Az animációs folyamat számára fázisok (frame -ek) sorozata készül. Az attribútumok: animációs paraméterek, Csak animációs attribútumokkal rendelkező objektumok animálhatók. A hagyományos, képalapú, kétdimenziós animáció számítógépi változata. Modellalapú, háromdimenziós animáció. Szórakoztatási célú animáció: képorientált Mérnöki célú animáció: tudományos és műszaki orientáltságú Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/

Térbeli objektumok és környezetük animációi Kezdőpontból, véghelyzetbe, meghatározott helyzeteken keresztül Pálya (görbe) mentén Mozgás közben alakváltoztatás (metamorfózis) Valósághű felszín paraméterei Textúra Fényforrás Kamera helyzete Szál (haj) Részecske Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/

Animációs csatornák és akciók Animációs paraméter Amit változtatunk Animációs csatorna Az animációs paraméter időbeli változását írja le. Az animációs paraméter adott időpontokban megvalósítandó értékeit tartalmazza Akció Az idő és a paraméter-értékek kapcsolatát rögzíti Paramétergörbe vagy mozgáspálya A paramétergörbe az idő és a paraméter-értékek kapcsolatát rögzítő kétdimenziós diagram. A mozgáspálya háromdimenziós görbe. Nincs egyszerű kapcsolat a csatorna és az akció között. Egy akció tartozhat több csatornához és egy csatornához tartozhat több akció. Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/

Animációs paraméterek és akciók Eltolás a Z irányban ANIMÁCIÓS PARAMÉTEREK ANIMÁCIÓS CSATORNÁK Ze t 1 i n , . . . , 1. akció 2. akció Z irányú eltolás Az eredményül kapott Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/

Objektum helyzetváltoztatása a térben Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/

Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/ Akciók Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/

Eljárások objektumok valósághű szemléltetéséhez Képtér típusú eljárások Foto realisztikus képek komponálása A képernyőn az objektum adott felbontású raszter grafikai képét generálják. Feladat: mi látható az egyes pixeleknél? Kevésbé érzékeny a modell komplexitására mint a takart élek eltávolítása A rasztergrafika felbontása korlátozott, így nem szükséges minden részletet létrehozni. A pontosságot a kép felbontási pontossága határozza meg. Objektumtér típusú eljárások A feldolgozás az objektum leírásához alkalmazott térben történik A látható felületek és élek elvén alapulnak Az objektum felszín megjelenésének a modellje Görbült felületek közelítése síklapok sokaságával Az éleken az árnyék-eltérések küszöbölése: az árnyékolás az elemi síklap mentén oly módon változik, hogy az élek mentén a szín megegyezzen. Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/

Valósághű szemléltetés modellezése Objektum felszín modellje Geometriai modell Animációs csatornák Felszín képzés (rendering) Fényforrások Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/

Az objektum felszín megjelenésének a modellje Nem-geometriai jellemzők Felszín entitás (shader) Az objektum felszínének megjelenését befolyásoló paramétereket foglalja magában. Anyagminőségekhez felületi jellemzők köthetők. Textúra Mátrixgrafikával rögzített kép A felszínt leíró paraméterek változásának a mintájára ad információt. A határfelületben leírt felületmodellhez kapcsolva paraméterek tartományai mentén elmozdíthatók. Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/

A felszín entitás (shader) paraméterei Felületi fényhatások leírása: modellezési eljárás Textúra rendelése paraméterekhez Szín (color). Átlátszóság (transparency): a felületen áthatoló fény mértékét adja meg A séder további paraméterei a kiválasztott modellezési eljáráshoz tartoznak, pl. Phong paraméterek: diffúzítás (diffuse): az objektumról visszavert fény diffúz komponensét adja meg, tükröződés (specular): a visszaverődés típusát definiálja (amikor a fény csillogó felületet ér), csillogás (shinyness), amelynek értéke értelemszerűen a felület csillogásának mértéke, felület fényvisszaverése (reflectivity): a fénymodellnél a szín-intenzitást határozza meg. Az anyag mechanikai jellemzői. Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/

A felületi fényhatások leírása - modellezési (árnyékolási) eljárások Phong Paraméterek: diffúzitás, tükröződés és csillogás. Az éleken meghatározott, átlagolt vektorokból indul ki. Az elemi lapok mentén interpolálják a felületi normálvektorokat. Ezeket a használják fel a felület pontjainak meghatározására. Gouraud A felületi normálisok átlagát számítják a sokszögek találkozásának csúcspontjaiban. Ezek alapján fényintenzitást rendelnek a csúcspontokhoz. A fényintenzitást az egyes elemi síklapok mentén az intenzitás-értékek lineáris interpolálásával határozzák meg. Valósághűbb megjelenítést eredményez, mint a Phong eljárás. Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/

Felszínképzés (rendering) A megjelenítéshez szükséges kép létrehozása a felszín modelljéből. Számítógépes grafika alkalmazása. Két alapvető eljárás Ray casting A szemből a tárgyra irányuló, vissza nem verődő sugarakkal dolgozik. Ray tracing A fénysugarak útját követi forrásuktól az ember szeméig. Az egyes pixeleket érő fénysugarat vizsgálja. Visszaverődéseket és fényátbocsátásokat (üveg, folyadék!) is figyelembe vesz. Meghatározza az objektum pontjait, ahol azt a fény metszi. Ezekben a pontokban kiszámítja a fény intenzitását. A fénysugár esetenként visszaverődéssel és töréssel több részre is oszlik. A procedúrát meghatározott számú metszéspontig folytatja. A többszörös visszaverődésekkel valósághű fénymodellt érnek el. Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/

Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/ Anyagminőség Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/

Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/ Környezet ábrázolása Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/

Textúra elhelyezése a felület paraméterei szerint Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/

Fényforrások A fényt intenzitása jellemzi, amely az irányított fényforrások esetében a helyre és az irányra vonatkozó információkkal egészül ki. Több eltérő intenzitású fényforrás együttes hatása is modellezhető. A fényforrás helyzete a modelltérben meghatározható, és transzformálható. Fényhatások (effektusok) :izzás, köd. Szórt vagy diffúz fényforrás Fénye minden oldalról azonos intenzitással éri az objektumot. Falakról, mennyezetről visszaverődő vagy felhőn átszűrődő fény modellezhető ily módon. Körülvevő (ambient) fényforrás Az objektum egyébként meg nem világított oldalaira juttat fényt. Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/

Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/ Fényforrások Irányított (directional) fényforrás Párhuzamos fénysugarak nyalábja. Pontból irányított (spot) fényforrás Korlátozott fénykúpot bocsát ki. Pontszerű (point) fényforrás Hasonló egy izzóhoz vagy gyertyához, egy pontból bocsát ki fényt. Lineáris (linear) fényforrás Pontszerű fényforrások sora. Területszerű (area) fényforrás Pontszerű fényforrások felületen. Térfogat jellegű (volume) fényforrás Meghatározott térfogatból bocsátja ki a fényt Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/

Pontból irányított (spot) fényforrás Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/

Területszerű (area) fényforrás Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/

Modellek propagálása a PLM adatbázisban Dr. Horváth László ÓE-NIK-AMI http://users.nik.uni-obuda.hu/lhorvath/