Μετασχηματισμοί Παρατήρησης και Προβολές



Σχετικά έγγραφα
Γραφικά Ι. Ενότητα 4: Προβολές και Μετασχηματισμοί Παρατήρησης. Θεοχάρης Θεοχάρης Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών

4ο Μάθημα Προβολές και Μετασχηματισμοί Παρατήρησης

Διαλέξεις #13-#14 Εισαγωγικά στοιχεία Προοπτική, Παράλληλη, Πλάγια Υπολογισμός Παράλληλης Προβολής Υπολογισμός Προοπτικής Προβολής Παραδείγματα

Προβολές. Απαραίτητες αφού 3 αντικείµενα απεικονίζονται σε 2 συσκευές.

Απαραίτητες αφού 3Δ αντικείμενα απεικονίζονται σε 2Δ συσκευές. Θέση παρατηρητή. 3Δ Μετασχ/σμός Παρατήρησης

Κλασσική παρατήρηση & παρατήρηση με υπολογιστή

Μετασχηματισμός Παρατήρησης

Περιεχόµενα ενότητας

Μετασχηµατισµοί 2 &3

Μηχανολογικό Σχέδιο με τη Βοήθεια Υπολογιστή. Γεωμετρικός Πυρήνας Προβολικοί Μετασχηματισμοί

Ταξινόμηση καμπυλών και επιφανειών με τη βοήθεια των τετραγωνικών μορφών.

Γραφικά Υπολογιστών. Απεικόνιση Αναγλύφου. Απεικόνιση Αναγλύφου

Απεικόνιση Υφής. Μέρος B Δημιουργία Συντεταγμένων Υφής

2ο Μάθημα Μετασχηματισμοί 2Δ/3Δ και Συστήματα Συντεταγμένων

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΗ ΚΑΙ ΑΠΟΚΟΠΗ

Μετασχηματισμοί Μοντελοποίησης (modeling transformations)

Μεθοδολογία Υπερβολής

β. Πιο κάτω από τη βάση τοποθετούμε το εστιακό σημείο του παρατηρητή, σε κάτοψη.

Κεφάλαιο 8. Οπτικοποίηση Απαλοιφή

Γραφικά Υπολογιστών: Αποκοπή στις 3D Διαστάσεις

Συστήματα συντεταγμένων

1.2 Συντεταγμένες στο Επίπεδο

Φροντιστηριακές Ασκήσεις Απεικόνισης - Αποκοπής

Γραφικά Υπολογιστών: Προοπτικές Προβολές (Perspective Projections)

Η διαδικασία Παραγωγής Συνθετικής Εικόνας (Rendering)

Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών - Μηχανική των Ρευστών Ι Ακαδ. Έτος Άσκηση 2, Καθηγητής Σ. Τσαγγάρης ΑΣΚΗΣΗ 2

1 x m 2. degn = m 1 + m m n. a(m 1 m 2...m k )x m 1

Μετασχηµατισµοί 2 & 3

Συνήθεις Διαφορικές Εξισώσεις Ι Ασκήσεις - 09/11/2017. Άσκηση 1. Να βρεθεί η γενική λύση της διαφορικής εξίσωσης. dy dx = 2y + x 2 y 2 2x

Μεθοδολογία Έλλειψης

Μετασχηµατισµοί. Μετασχηµατισµοί είναι πράξεις (Τελεστές) που επιδρούν πάνω στις συντεταγµένες των σηµείων που απαρτίζουν ένα γεωµετρικό σχήµα M(V)

Μαθηματικό υπόβαθρο. Κεφάλαιο 3. Μαθησιακοί στόχοι. 3.1 Εισαγωγή. 3.2 Σημεία και διανύσματα

Γραφικά Υπολογιστών & Εικονική Πραγματικότητα. Μετασχηματισμός απεικόνισης & Αλγόριθμοι αποκοπής

Γραφικά Υπολογιστών: Θέαση στις 3D

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ι (ΘΕ ΠΛΗ 12) ΕΡΓΑΣΙΑ 3 η Ημερομηνία Αποστολής στον Φοιτητή: 7 Ιανουαρίου 2008

cos ϑ sin ϑ sin ϑ cos ϑ

Στο προοπτικό ανάγλυφο για τη ευθεία του ορίζοντα χρησιμοποιούμε ένα δεύτερο κατακόρυφο επίπεδο Π 1

Γραφικά με υπολογιστές. Διδάσκων: Φοίβος Μυλωνάς. Διαλέξεις #11-#12

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΘΕΜΑ Β. 2x 1. είναι Τότε έχουμε: » τον χρησιμοποιούμε κυρίως σε θεωρητικές ασκήσεις.

ΑΛΓΕΒΡΑ Β ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ

ΤΜΗΜΑ ΝΑΥΠΗΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΜΑΘΗΜΑ: ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΚΟ ΣΧΕΔΙΟ ΚΑΙ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ MCAD

OpenGL. Μετασχηματισμοί. Μάθημα: Γραφικά Υπολογιστών και Εικονική Πραγματικότητα. Κατερίνα Παπαδοπούλου /

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΕΝΤΡΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ. Μαθηματικά 1. Σταύρος Παπαϊωάννου

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΘΕΤΙΚΗΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ

Κεφάλαιο 3 - Γεωμετρικοί Μετασχηματισμοί και Προβολές

f(x) = 2x+ 3 / Α f Α.

ΑΞΟΝΟΜΕΤΡΙΑ. Εισαγωγή

ισδιάστατοι μετασχηματισμοί ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ισδιάστατοι γεωμετρικοί μετασχηματισμοί

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΓΡΑΦΙΚΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ Διδάσκων: Ν. ΝΙΚΟΛΑΙΔΗΣ

Θέση και Προσανατολισμός

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΠΟΛΥΜΕΣΩΝ ΚΑΙ ΓΡΑΦΙΚΩΝ

Συναρτήσεις Θεωρία Ορισμοί - Παρατηρήσεις

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο 3.2 Η ΕΝΝΟΙΑ ΤΟΥ ΓΡΑΜΜΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΚΑΙ Η. (Σ) όπου α, β, α, β, είναι οι

δίου ορισμού, μέσου του τύπου εξαρτημένης μεταβλητής του πεδίου τιμών που λέγεται εικόνα της f για x α f α.

Γραφικά με Η/Υ Αποκοπή

ΕΙΔΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΤΗΣ ΣΧΕΤΙΚΟΤΗΤΑΣ


Θεωρία μετασχηματισμών

ΘΕΩΡΙΑ Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ. Μια παράσταση που περιέχει πράξεις με μεταβλητές (γράμματα) και αριθμούς καλείται αλγεβρική, όπως για παράδειγμα η : 2x+3y-8

Στην στερεογραφική προβολή δεν μπορούν να μετρηθούν αποστάσεις αλλά μόνο γωνιώδεις σχέσεις.

Η συνάρτηση y = αχ 2. Βρέντζου Τίνα Φυσικός Μεταπτυχιακός τίτλος: «Σπουδές στην εκπαίδευση» ΜEd

5. Συμμετρία, Πολικότητα και Οπτική Ενεργότητα των μορίων

Κλασική Ηλεκτροδυναμική Ι

14 η εβδομάδα (27/01/2017) Έγιναν οι ασκήσεις 39, 41 και 42. Έγινε επανάληψη και λύθηκαν ερωτήματα και απορίες.

1.1. ΓΕΙΝΙΚΑ ΟΡΙΣΜΟΙ Με ποιο τρόπο μπορούμε να σχεδιάσουμε έναν τρισδιάστατο χώρο ή αντικείμενο, πάνω σ ένα χαρτί δύο διαστάσεων?

Απεικόνιση Υφής. Μέρος Α Υφή σε Πολύγωνα

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΘΕΜΑ Β. Να βρείτε τις ασύμπτωτες της γραφικής παράστασης της συνάρτησης f με τύπο

Η Γεωμετρία της Αντιστροφής Η βασική θεωρία. Αντιστροφή

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΘΕΩΡΙΑΣ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ. ΜΕΡΟΣ 1ο ΑΛΓΕΒΡΑ

ΘΕΩΡΙΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ Β ΛΥΚΕΙΟΥ

Καρτεσιανές συντεταγμένες Γραφική παράσταση συνάρτησης

Γραμμική Άλγεβρα και Μαθηματικός Λογισμός για Οικονομικά και Επιχειρησιακά Προβλήματα

Γραφιστική Πληροφορίας σε 3D

Κεφάλαιο 4 Διανυσματικοί Χώροι

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΜΑΖΑΣ ΘΕΣΗΣ ΚΕΝΤΡΟΥ ΜΑΖΑΣ ΡΟΠΗΣ ΑΔΡΑΝΕΙΑΣ ΣΩΜΑΤΩΝ

Βαθμονόμηση κάμερας Camera Calibration. Κ Δελήμπασης 1

- ΟΡΙΟ - ΣΥΝΕΧΕΙΑ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ ΕΝΟΤΗΤΑ 3: ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ 1-1 ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΗ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ

Γεωμετρικοί μετασχηματιμοί εικόνας

Γραφικά Υπολογιστών. Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕΙ Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης. Γραφικά Υπολογιστών ΣΤ Εξάμηνο. Δρ Κωνσταντίνος Δεμερτζής

Κεφάλαιο 4 Διανυσματικοί Χώροι

Γραφικά με Η/Υ Αποκοπή

Ενδεικτική Οργάνωση Ενοτήτων. E Τάξη. Α/Α Μαθηματικό περιεχόμενο Δείκτες Επιτυχίας Ώρες Διδ. 1 ENOTHTA 1

ΑΝΑΜΟΡΦΩΣΕΙΣ ΜΕΣΩ ΑΝΑΚΛΑΣΕΩΝ ΣΕ ΚΑΜΠΥΛΕΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΕΣ.

ΦΥΕ 14 Διανύσματα. 1 Περιγραφή διανυσμάτων στο χώρο Γεωμετρική περιγραφή: Τα διανύσματα περιγράφονται σαν προσανατολισμένα ευθύγραμμα

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΑ

HMY 795: Αναγνώριση Προτύπων

1.4 ΣΥΝΤΕΤΑΓΜΕΝΕΣ ΣΤΟ ΕΠΙΠΕΔΟ

1.5 ΕΣΩΤΕΡΙΚΟ ΓΙΝΟΜΕΝΟ ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΩΝ

Γραφική επίλυση γραμμικού συστήματος με δύο αγνώστους.

Χωρικές σχέσεις και Γεωμετρικές Έννοιες στην Προσχολική Εκπαίδευση

Διάλεξη #10. Διδάσκων: Φοίβος Μυλωνάς. Γραφικά με υπολογιστές. Ιόνιο Πανεπιστήμιο Τμήμα Πληροφορικής Χειμερινό εξάμηνο.

Κλασική Ηλεκτροδυναμική Ι

Βαθμονόμηση Κάμερας με τη Χρήση των Σημείων Φυγής στις Τρεις Διαστάσεις

I. ΜΙΓΑΔΙΚΟΙ ΑΡΙΘΜΟΙ. math-gr

π x = κπ + με κ. Στην παράγραφο αυτή θα ασχοληθούμε με συναρτήσεις οι οποίες έχουν 2

2.2 ΓΕΝΙΚΗ ΜΟΡΦΗ ΕΞΙΣΩΣΗΣ ΕΥΘΕΙΑΣ

( AB) + ( BC) = ( AC).

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΘΕΤΙΚΟΥ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ

Λύσεις στο Επαναληπτικό Διαγώνισμα 2

Εισαγωγή Αποκοπή ευθείας σε 2Δ Αποκοπή πολυγώνου σε 2Δ Αποκοπή σε 3Δ. 3ο Μάθημα Αποκοπή. Γραφικα. Ευάγγελος Σπύρου

Transcript:

Μετασχ. Γραφικά Παρατήρησης Υπολογιστών και Προβολές Μετασχηματισμοί Παρατήρησης και Προβολές Γ. Γ. Παπαϊωάννου, - 2008

Στάδια Προβολής στο Επίπεδο Περνάμε από WCS στοτοπικόσύστημα συντεταγμένων του παρατηρητή (ECS Eye Coordinate System) Πραγματοποιούμε την περικοπή (culling) και την προβολή Παίρνουμε τις συντεταγμένες σε κανονικοποιημένο χώρο οθόνης (Canonical Screen Space) Προσαρμόζουμε την έξοδο στο παράθυρό μας (viewport transformation)

Προβολές - Γενικά Η προβολή χρησιμοποιεί δύο έννοιες: Το επίπεδο προβολής Το κέντρο προβολής Υπάρχουν και χρησιμοποιούνται 2 ειδών προβολές: Παράλληλες προβολές: άπειρη απόσταση επιπέδουκέντρου προβολής Προοπτική προβολή: πεπερασμένη απόσταση επιπέδου-κέντρου προβολής Εν γένει, οι προβολικοί μετασχηματισμοί δεν είναι συσχετισμένοι (και άρα ούτε γραμμικοί)

Παραδείγματα Προβολών Ορθογραφική (παράλληλη) Προοπτική

Το Μοντέλο της Ιδανικής Κάμερας

Η Προοπτική Προβολή

Ο Πίνακας της Προοπτικής Προβολής Η προοπτική προβολή δεν είναι γραμμική, οπότε χρειάζεται ένα τέχνασμα για να κάνουμε τις πράξεις με πίνακες: Χρησιμοποιούμε τον πίνακα: Διαιρούμεμετοβάθοςγια να ομογενοποιήσουμε τα διανύσματα

Ιδιότητες της Προοπτικής Προβολής Ευθείες προβάλλονται σε ευθείες Αποστάσεις αλλάζουν (γενικά) 3Δ παράλληλες ευθείες, μη παράλληλες με επίπεδο προβολής, δεν προβάλλονται σε παράλληλες ευθείες Γωνία μεταξύ ευθειών αλλάζει, εκτός αν επίπεδο γωνίας παράλληλο με επίπεδο προβολής Προοπτική Σμίκρυνση: Το μέγεθος του προβαλλόμενου αντικειμένου είναι αντιστρόφως ανάλογο της απόστασής του από το επίπεδο προβολής

Η Επίδραση της Εστιακής Απόστασης

Ορθογραφική Προβολή

Μετασχηματισμός Παρατήρησης Δύο βήματα: Μετασχηματισμός από καθολικό σύστημα συντεταγμένων σε σύστημα συντεταγμένων παρατηρητή (WCS ECS) Μετασχηματισμός από χώρο παρατηρητή σε κανονικοποιημένο χώρο οθόνης (ECS CSS) Εισάγεται η προοπτική παραμόρφωση Διατηρείται η z συνιστώσα καθώς χρειάζεται σε άλλους υπολογισμούς (διαίρεση με βάθος, περικοπή, ταξινόμηση) Αντιμετωπίζονται ασύμμετρες και πλάγιες προβολές

Σύστημα Συντεταγμένων Παρατηρητή Επίπεδο παρατήρησης WCS y Εστιακή Απόσταση v VCS u z x w Θέση Παρατηρητή

Συντεταγμένες Παρατηρητή Καθολικές Συντεταγμένες Συντεταγμένες Παρατηρητή Καθολικές Συντεταγμένες Γιαναμπορέσουμεναπροβάλουμετονκόσμο πάνω στο επίπεδο παρατήρησης πρέπει να μετασχηματίσουμε τα αντικείμενα από το WCS στο τοπικό σύστημα συντεταγμένων του παρατηρητή. Αυτό σημαίνει ότι θα πρέπει να μετασχηματίσουμε το σύστημα αναφοράς του κόσμου ώστε να συμπίπτει με αυτό του παρατηρητήγιαναυπάρχεικοινήαναφορά Ισοδύναμα μπορούμε να μετασχηματίσουμε (αντίστροφα) το σύστημα του παρατηρητή να συμπέσει με το WCS.

Συντεταγμένες Συντεταγμένες Παρατηρητή Παρατηρητή Καθολικές Καθολικές Συντεταγμένες Συντεταγμένες Αφού μετασχηματίζουμε τον παρατηρητή και τα αντικείμενα με τον ίδιο μετασχηματισμό, η σχετική τους θέση δεν αλλάζει, άρα ο παρατηρητής «βλέπει» τα ίδια. WCS v y VCS u x z n Μετασχηματισμός Παρατήρησης Μετασχηματισμός Παρατήρησης y v z x u n WCS VCS

Συντεταγμένες Παρατηρητή Καθολικές Συντεταγμένες Έστω ένας παρατηρητής με κέντρο C, και τοπικό αριστερόστροφο σύστημα συντεταγμένων (U,V,N) = (right, up, look at) Έστω ένα σημείο P του χώρου, ορισμένο στο τυπικό δεξιόστροφο σύστημα (Χ,Υ,Ζ) n r v r u r Επίπεδο παρατήρησης c z y x

Συντεταγμένες Παρατηρητή Καθολικές Συντεταγμένες Ο Μετασχηματισμός Ε που θα εκφράζει το σημείο P σε σχέση με το σύστημα του παρατηρητή θα είναι της μορφής E = B T (μη παραμορφωτικός Μ/Τ) Ο Τ αφορά στην αλλαγή της θέσης του σημείου P σε σχέση με την κάμερα: T 1 0 0 c x 0 1 0 cy = 0 0 1 cz 0 0 0 1

Συντεταγμένες Παρατηρητή Καθολικές Συντεταγμένες Για τον Β ισχύει: b11 b12 b13 b14 Ux Vx Nx 1 0 0 b21 b22 b23 b 24 Uy Vy N y 0 1 0 = b31 b32 b33 b 34 Uv Vz N z 0 0 1 b41 b42 b43 b44 1 1 1 1 1 1 Ακόμα U + U + U = 1, V + V + V = 1, N + N + N = 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 x y z x y z x y z Και λόγω ορθογώνιων διανυσμάτων: UV + UV + UV = 0, U N + U N + UN = 0 x x y y z z x x y y z z VN + VN + VN = x x y y z z 0

Συντεταγμένες Παρατηρητή Καθολικές Συντεταγμένες Οπότε ο Β δίνεται από τον παρακάτω πίνακα, αφού λύσουμε το σύστημα: B Ux Uy Uz 0 Vx Vy Vz 0 = Nx Ny Nz 0 0 0 0 1

ECS CSS - Ορθογραφική Προβολή Μετασχηματίζουμε μια παραλληλεπίπεδη περιοχή του χώρου (view volume) σε κανονικοποιημένες συντεταγμένες Όρια αποκοπής:

ECS CSS - Ορθογραφική Προβολή

ECS CSS Προοπτική Προβολή Ο χώρος αποκοπής είναι μια κομμένη πυραμίδα:

ECS CSS Προοπτική Προβολή Χρειάζεται να διατηρούμε μια πληροφορία βάθους η οποία να ακολουθεί την προοπτική σμίκρυνση και αυτή Μια σχέση που δίνει αυτό το μετασχηματισμό διατηρώντας τις ευθείες είναι η z s =A+B/z e Λύνοντας για τις οριακές συνθήκες f=a+b/f και n=a+b/n: A=n+f B=-nf z s =n+f-nf/z e O πίνακας προοπτικής προβολής γίνεται: Χρειάζεται διαίρεση με τη z συνιστώσα

ECS CSS Προοπτική Προβολή Ο μετασχηματισμός αυτός μετατρέπει την κόλουρη πυραμίδα σε παραλληλεπίπεδο:

ECS CSS Προοπτική Προβολή Παρόμοια με την ορθογραφική προβολή, πρέπει να κανονικοποιήσουμε τις συντεταγμένες, φέρνοντας όλες τις συντεταγμένες στο [-1,1]:

Αποκοπή και Προοπτική Διαίρεση Μας συμφέρει να προηγηθεί τώρα η αποκοπή στις μη κανονικοποιημένες συντεταγμένες διότι: Μετά τη διαίρεση δεν ξεχωρίζουμε τις συντεταγμένες συμμετρικά προς το κέντρο (πίσω από τον παρατηρητή) από αυτές μπροστά του Γλυτώνουμε τη διαίρεση για όσες συντεταγμένες απορρίπτονται Ένα σημείο είναι εντός ορατής περιοχής όταν:

Σύνθετη Προοπτική Προβολή Εν γένει, δεν έχουμε συμμετρικό οπτικό πεδίο: Ο άξονας συμμετρίας δεν είναι οάξονας προβολής/κατεύθυνσης παρατήρησης

Σύνθετη Προοπτική Προβολή Για να γίνει συμμετρικό, πρέπει να προηγηθεί ένα πλάγιασμα σύμφωνα με τον πίνακα μετασχηματισμού: Επιδιώκουμε να φέρουμε το μέσω του near cap στο 0, οπότε λύνοντας για 0 το παραπάνω: Ομοίως για x

Σύνθετη Προοπτική Προβολή Ο τελικός πίνακας πολλαπλασιασμένος με τον πίνακα μετασχηματισμού από συμμετρική πυραμίδα σε παραλληλεπίπεδο δίνει: