A virtuális technológia alapjai Dr. Horváth László Budapesti Műszaki Főiskola Neumann János Informatikai Kar, Intelligens Mérnöki Rendszerek Intézet 5. Előadás Animációk. Felületek szemléltetése. Színtér

Áttekintés Az animáció fogalma és alkalmazásai Térbeli objektumok és környezetük animációi Animációs csatornák és akciók Eljárások objektumok valósághű szemléltetéséhez Valósághű szemléltetés modellezése Valósághű felszín modellje A felületi fényhatások leírása Felszínképzés (rendering) Fényforrások TARTALOM

Áttekintés Geometriai modell Előírások a formatervező számára Felszín A modellezés típusa A modellezés típusától függő paraméterek Egyéb paraméterek Textúrák Termék tervezése Formatervezés Objektum helyzete Fényforrás Textúra Alak Fényforrások Animáció

Az animáció fogalma és alkalmazásai 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 Az animáció az objektum valamely jellemzőinek, más szóval attribútumainak idő szerint való, meghatározott célú változtatása. Az animációs folyamat számára fázisok (frame -ek) sorozata készül.

Térbeli objektumok és környezetük animációi Kezdőpontból, véghelyzetbe, meghatározott helyzeteken keresztül Pálya (görbe) mentén Mozgás közben alakváltoztatás (metamorfózis) Fényforrás Valósághű felszín paraméterei Kamera helyzete Szál (haj) Részecske Textúra

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.

Animációs paraméterek és akciók Eltolás a Z irányban ANIMÁCIÓS PARAMÉTEREKANIMÁCIÓS CSATORNÁK Ze t 1 1 t i i t n n,..., t 1. akció 2. akció Z irányú eltolás Az eredményül kapott

Objektum helyzetváltoztatása a térben

Akciók

Eljárások objektumok valósághű szemléltetéséhez Képtér típusú eljárások Fotorealisztikus képek komponálása A képernyőn az objektum adott felbontású rasztergrafikai 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. 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. Objektumtér típusú eljárások A feldolgozás az objektum leírásához alkalmazott térben történik A látható felületek és élek elvén alapulnak

Valósághű szemléltetés modellezése Geometriai modell felszín modellje Fényforrások Animációs csatornák Felszín képzés (rendering) Objektum

Az objektum felszín megjelenésének a modellje Textúra Mátrixgrafikával rögzített kép A felszínt leíró paraméterek változásának a mintájára ad információt. A határfelületben leírt felületmodellhez kapcsolva paraméterek tartományai mentén elmozdíthatók. Nem-geometriai jellemzők Felszín entitás (shader) Az objektum felszínének megjelenését befolyásoló paramétereket foglalja magában. Anyagminőségekhez felületi jellemzők köthetők.

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.

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.

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.

Fényforrások I Szórt vagy diffúz fényforrás Fénye minden oldalról azonos intenzitással éri az objektumot. Falakról, mennyezetről visszaverődő vagy felhőn átszűrődő fény modellezhető ily módon. 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. Körülvevő (ambient) fényforrás Az objektum egyébként meg nem világított oldalaira juttat fényt.

Fényforrások II 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