BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 08. 06. 1 2D-3D számítógépes grafika BME Építészmérnöki Kar Építészeti Ábrázolás Tanszék Előadó: Batta Imre.

Az előadások a következő témára: "BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 08. 06. 1 2D-3D számítógépes grafika BME Építészmérnöki Kar Építészeti Ábrázolás Tanszék Előadó: Batta Imre."— Előadás másolata:

1 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 08. 06. 1 2D-3D számítógépes grafika BME Építészmérnöki Kar Építészeti Ábrázolás Tanszék Előadó: Batta Imre Árnyalások 1. rész

2 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 08. 06. 2 Árnyalási módok Árnyalás visszaverődés számítás nélkülÁrnyalás visszaverődés számítással

3 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 08. 06. 3 Árnyalási módok Phong

4 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 08. 06. 4 Visszaverődések TükrösDiffúzIrányítottSpekuláris

5 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 08. 06. 5 Fénymodellek AmbiensDiffúzSpekuláris + Diffúz Ambiens + Spekuláris + Diffúz

6 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 08. 06. 6 Árnyalások - 1 Poligon árnyalások

7 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 08. 06. 7 Poligon árnyalás család Első eljárás Nincs visszaverődés számítás Pontatlan árnyékvetés Puha árnyékok Egyszeres átlátszóság Gyors (OpenGL, DirectX)

8 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 08. 06. 8 Számítógépes képalkotás - 1 Rajzelem KR ➔ Világ KRLapokra bontásEltolás

9 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 08. 06. 9 Számítógépes képalkotás - 2 ForgatásAnizotróp átméretezésProjektív TR

10 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 08. 06. 10 Számítógépes képalkotás - 3 Hátsólap eltávolításVágásZ koordináták elhagyása

11 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 08. 06. 11 Gouraud és Phong árnyalások

12 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 08. 06. 12 Poligon árnyalás család Drótvázas (Wireframe) Dróthálós (Wiremesh) Takart vonalas (Hidden line) Konstans (Flat, Constant) Gouraud (Smooth) Phong

13 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 08. 06. 13 Drótháló: raszterizált vektoros kép Színes drótháló Takartvonalas árnyalás Konstans árnyalás Gouraud árnyalás – diffúz visszaverődés Phong árnyalás, spekuláris visszaverődés Poligon árnyalás család © 1990 Pixar

14 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 08. 06. 14 Mélységjelzés Takartvonalas ambiens fénnyel Íves felületek – spekuláris visszaverődés Fényforrások a modelltérben Textúra leképzés Áthelyező leképzés (displacement mapping) Visszatükrőződés leképzés Poligon árnyalás család © 1990 Pixar

15 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 08. 06. 15 Z-buffer 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 0 00 000 0000 00000 000000 5555555 555555 55555 5555 555 55 5 0000000 00000000 876543 76543 6543 543 43 3 0 00 000 0000 0000 000 5555555 555555 55555 555 5 00 00000000 5555555 555555 55555 5555 555 55 5 0 00 000 0000 00000 000000 5555555 555555 55555 5555 555 55 5 0000000 00000000 876543 76543 653 5 =+ =+

16 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 08. 06. 16 Z-buffer: Distance Cueing Distance Cue: pszichológiai fogalom, jelentése távolságjelző, mélységérzékelő mozzanat. Distance Cueing Z-buffert használó eljárás, amely a távolsággal arányosan csökkenti a pixelek világosságát, illetve módosítja a színüket. Near Distance: kezdő távolság. Near Density: a moduláció kezdő értéke a kezdő távolságnál. Far Density: a moduláció teljes értéke a hátsó vágósíknál. Sűrűség=1 Sűrűség=0 Far density Near density Távolság - sűrűség Első vágósík Hátsóvágósík Near distance Kamera NincsDepth CueingFog Cueing Látótér

17 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 08. 06. 17 Z-buffer: átlátszóság Kamera Z X,Y 1 2

18 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 08. 06. 18 Z-buffer: Phong Shadow Map Árnyékszámítás két képpel, három lépésben: 1. (V) kamerakép: felvétel a kamera nézőpontjából, Z-buffer tárolja a pixelek mélységét; 2. (S) árnyékkép: felvétel a fényforrás nézőpontjából, Z-buffer tárolja a pixelek mélységét; 3. kamerakép transzformációja az árnyékkép koordináta-rendszerébe. A két Z- buffer összevetése: ha P v > P s, akkor P v pixelt P s pixel takarja, tehát P v pixel árnyékban van, színét a fényforrás nem módosítja. Ha P v < P s, akkor P v pixel megvilágított, színét a fényforrás módosítja.

19 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 08. 06. 19 Képhibák

20 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 08. 06. 20 Képhibák javítása előszűréssel Mip Mapping (Multi In Parvo – Sok a kicsiben) eljárást számítógépes árnyalás (Rendering) számításnál használják. A textúra-képekből különböző felbontású változat készül, hogy a textúra részletessége a változó 3D-s geometria állandó felbontású mintavételezéséhez igazodhasson. Így például a perspektivikusan rövidülő kőfal közeli képén a nagyfelbontású változat, a távoli képén a kisfelbontású változat szolgáltatja a textúra-képet.

21 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 08. 06. 21 Árnyalások - 1 Ray trace árnyalás

22 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 08. 06. 22 Raytrace árnyalás Arthur Appel, 1968 Nézetfüggő eljárás Nincs többszörös visszaverődés számítás, (a hiányzó derítést az un. ambiens fény pótolja) Csúcsfény, tükröződés, átlátszóság Éles vetett árnyékok Kiegészítő eljárások: –Anti-aliasing képjavítás (SuperSampling) –Környezeti kép (Environment Map) –Különleges fényforrások a többszörös visszaverődés pótlására, az árnyék élesség csökkentésére (Sky Light, Ground reflection)

23 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 08. 06. 23 Raytrace árnyalás Ablak Visszaverődési centrum Pixel (r) Pixel (t) Pixel (p) Geometria Pixel (a) StSt SeSe SrSr SsSs N Fényforrás

24 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 08. 06. 24 Raytrace árnyalás Sugarak –S e Elsődleges sugár (szemponttól a felületig) –S s Árnyéksugarak (felülettől a fényforrásokig) –S r Tükör sugarak (felülettől a tükröződő felületekig) –S t Átlátszóság sugarak (felülettől a mögötte levő felületekig) A szempontból kiinduló, a képpontokon átmenő elsődleges sugarak soronként, pixelről- pixelre haladva letapogatják a geometriát. A mintavételi pontokban kapott RGB értékek összeadódnak a másodlagos sugarakkal (árnyék, tükör, átlátszóság) kapott RGB értékekkel.

25 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 08. 06. 25 Visszatükrözési szintek Alan Watt: 3D Computer Graphics O szint 1 szint 2 szint3 szint4 szint5 szint

26 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 08. 06. 26 Képhibák javítása túlmintavételezéssel SuperSamping (Szupermintavételezés) eljárás lokálisan megnöveli a mintavételi helyek számát, a pixelkép mérete (felbontása) nem változik.. Ha mintavételi gyakoriság (felbontás) elégtelen – lásd a felső sort -, az eljárás mintavételek számát lokálisan megnöveli, majd az eredményt átlagolja, - lásd az alsó sort. Az eljárás adaptív (alkalmazkodó): akkor indul el, ha a szomszédos pixelek világosság- vagy színkülönbsége meghaladja a felhasználó által beállított küszöbértéket.

27 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 08. 06. 27 Képhibák javítása zajjal: jittering Szürkefokozat szám csökkentés (kvantálás) zaj nélkül és előkevert zajjal: a)Mintakép 64 szürkefokozattal, b)4 szürkefokozatra kvantált kép, c)Zajjal kevert 64 szürkefokozat, d)4 szürkefokozatra kvantált zajos kép. Túlmintavételezés jittering nélkül Túlmintavételezés jitteringel

28 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 08. 06. 28 Environment Map Environment map, környezeti kép a raytrace árnyaláshoz kifejlesztett eljárás, amellyel a visszatükröződő és átlátszó felületek realizmusa növelhető, és derítésre is alkalmas. A környezeti kép 3D-s modellt befoglaló doboz lapjaira feszített pixelképek, amelyeket az elsődleges sugarak nem, csak a másodlagos sugarak (tükröződés és átlátszóság) „látnak”. Így a környezeti kép(ek) háttérként csak az átlátszó felületek mögött, és visszatükröződő felületeken visszatükröződésként jelennek meg.

29 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 08. 06. 29 Environment Map

30 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 08. 06. 30 Árnyalások - 1 Fényforrások

31 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 08. 06. Ambiens takarás Az ambiens takarás pszeudó fény, amelynek mértékét az határozza meg, hogy a legközelebbi felület mennyire takarja. Pontosabban a felület mért pontjára emelt félgömben másik felület hol helyezkedik el. A közel eső felület csökkenti a megvilágítottságot. Az ambiens takarás használható közvetlenül, és kiegészítésként a többszörös visszaverődés számítás lerövídítésére.

32 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 08. 06. 32 Reflektor (Spot Light)

33 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 08. 06. 33 Párhuzamos fény (Distant Light)

34 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 08. 06. 34 Területfény (Area Light)

35 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 08. 06. 35 Égbolt fény (Sky Light) Égbolt fény (Nishita, Nakamae, 1983)

36 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 08. 06. 36 Égbolt fény (Sky Light) Uniform skylightOvercast sky Direct sunlight Clear skyClear sky incl. direct sunlight

37 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 08. 06. 37 Árnyalások - 1 © Batta Imre, 2010 -1,5 www.epab.bme.hu