Γραφικά Υπολογιστών: Spline Αναπαραστάσεις

Σχετικά έγγραφα
ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗ-ΨΗΦΙΑΚΗ ΣΥΝΘΕΣΗ ΕΙΚΟΝΩΝ Διδάσκων: Ν. ΝΙΚΟΛΑΙΔΗΣ

Γραφικά Υπολογιστών: Προοπτικές Προβολές (Perspective Projections)

Γραφικά Υπολογιστών: Αναπαράσταση Αντικείμενων 3D

Γραφικά Υπολογιστών: Βασικά Μαθηματικά

Καμπύλες και επιφάνειες

Γραφικά Υπολογιστών: Αναπαράσταση Αντικείμενων 3D

ΕΚΘΕΣΗ ΠΡΟΟ ΟΥ Υποψήφιος ιδάκτορας: Ιωάννης Κυριαζής

ΕΚΘΕΣΗ ΠΡΟΟ ΟΥ Υποψήφιος ιδάκτορας: Ιωάννης Κυριαζής

Γραφικά Υπολογιστών: Μέθοδοι Ανίχνευσης Επιφανειών (Surface Detection Methods)

Γραφικά Υπολογιστών: Θέαση στις 3D

Απεικόνιση καμπυλών και επιφανειών

α) f(x(t), y(t)) = 0,

ΜΕΛΕΤΗ ΣΧΕ ΙΑΣΗ ΜΕ ΧΡΗΣΗ Η/Υ

ΕΚΘΕΣΗ ΠΡΟΟ ΟΥ Υποψήφιος ιδάκτορας: Ιωάννης Κυριαζής

Εφαρμογές Η/Υ στη Ναυπηγική Ι Καμπύλες B-Spline (Κόμβοι Ιδιότητες)

Αριθμητικές Μέθοδοι σε Προγραμματιστικό Περιβάλλον

4.5.6 ΡΗΤΑ ΠΟΛΥΩΝΥΜΙΚΑ ΤΜΗΜΑΤΑ Η ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΗ ΣΗΜΕΙΟΥ ΜΕ ΒΑΡΟΣ ΤΟ ΚΥΚΛΙΚΟ ΤΜΗΜΑ

ΠΑΡΕΜΒΟΛΗ ΜΕΣΩ SPLINES

ΜΟΝΤΕΛΑ ΕΠΙΦΑΝΕΙΩΝ CAD/CAM/CNC 1. ΤΕΙ Κρήτης

Γραφικά Υπολογιστών: Ανίχνευση Ακτίνας (φωτός) (ray tracing)

ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΜΕ Η/Υ (Computer Aided Design)

Αριθμητικές Μέθοδοι σε Προγραμματιστικό Περιβάλλον (Εργαστήριο 7)

Αριθμητικές Μέθοδοι σε Προγραμματιστικό Περιβάλλον (Εργαστήριο 7)

Μελέτη των καμπυλών Bezier και B-splines και υλοποίηση προγράμματος σε C++ για την πειραματική σχεδίασή τους με υπολογιστή

Σύλληψη προϊόντος. Μοντέλα επιφανειών και αντίστροφη μηχανική

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗ-ΨΗΦΙΑΚΗ ΣΥΝΘΕΣΗ ΕΙΚΟΝΩΝ Διδάσκων: Ν. ΝΙΚΟΛΑΙΔΗΣ

Γραφικά Υπολογιστών: Αποκοπή στις 3D Διαστάσεις

4.1 Πράξεις με Πολυωνυμικές Εκφράσεις... 66

Γραφικά Υπολογιστών: Εμφάνιση σε 2D

Αναλυτική µορφή καµπυλών (explicit representation)

ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΓΙΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΜΕ ΧΡΗΣΗ MATLAB ΔΕΥΤΕΡΗ ΕΚΔΟΣΗ [ΒΕΛΤΙΩΜΕΝΗ ΚΑΙ ΕΠΑΥΞΗΜΕΝΗ]

Εισαγωγή στις Φυσικές Επιστήμες ( ) Ονοματεπώνυμο Τμήμα ΘΕΜΑ 1. x x. x x x ( ) + ( 20) + ( + 4) = ( + ) + ( 10 + ) + ( )

Μηχανολογικό Σχέδιο με τη Βοήθεια Υπολογιστή. Αφφινικοί Μετασχηματισμοί Αναπαράσταση Γεωμετρικών Μορφών

lim είναι πραγµατικοί αριθµοί, τότε η f είναι συνεχής στο x 0. β) Να εξετάσετε τη συνέχεια της συνάρτησης f (x) =

Γενικά Μαθηματικά. , :: x, :: x. , :: x, :: x. , :: x, :: x

Θέματα Εξετάσεων Σεπτεμβρίου 2012:

Τετραγωνικά μοντέλα. Τετραγωνικό μοντέλο συνάρτησης. Παράδειγμα τετραγωνικού μοντέλου #1. Παράδειγμα τετραγωνικού μοντέλου #1

Τετραγωνικά μοντέλα. Τετραγωνικό μοντέλο συνάρτησης. Παράδειγμα τετραγωνικού μοντέλου #1. Παράδειγμα τετραγωνικού μοντέλου #1

Γραφικά Υπολογιστών: Αλγόριθμοι Σχεδίασης Γραμμών

Γραφικά Υπολογιστών: Φωτισμός

Εργαστήρια Αριθμητικής Ανάλυσης Ι. 9 ο Εργαστήριο. Απαλοιφή Gauss με μερική οδήγηση - Παρεμβολη

Πολσώνσμα Bernstein και ευαρμογές τοσς στο CAGD. Διπλωματική Εργασία. Τμήμα Μητανικών Η/Υ, Τηλεπικοινωνιών & Δικτύων. Βόλος, Οκτώβριος 2011

Καµπύλες Bézier και Geogebra

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά 3η εργαστηριακή άσκηση

Quaternion Polynomials and Rational Rotation Minimizing Frame Curves

Project 1: Principle Component Analysis

5269: Υπολογιστικές Μέθοδοι για Μηχανικούς.

Πίνακας Περιεχομένων

Ανάλυση με πεπερασμένα στοιχεία της κατεργασίας κοπής οδοντώσεων με φραιζάρισμα με κύλιση

I.3 ΔΕΥΤΕΡΗ ΠΑΡΑΓΩΓΟΣ-ΚΥΡΤΟΤΗΤΑ

Διπλωματική Εργασία: «Συγκριτική Μελέτη Μηχανισμών Εκτίμησης Ελλιπούς Πληροφορίας σε Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων»

I.3 ΔΕΥΤΕΡΗ ΠΑΡΑΓΩΓΟΣ-ΚΥΡΤΟΤΗΤΑ

Εργαλεία Δημιουργίας Τρισδιάστατων Γραφικών

Γραφικά Υπολογιστών: Εισαγωγή

Γραφικά Υπολογιστών: 2D Μετασχηματισμοί (transformations)

Φυσική Β Λυκείου Γενικής

Κεφάλαιο 5. Το Συμπτωτικό Πολυώνυμο

Επαναληπτικές Ασκήσεις

5269: Υπολογιστικές Μέθοδοι για Μηχανικούς. ρ ρμ

ΕΓΧΕΙΡΙΔΙΟ ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΩΝ ΜΕΘΟΔΩΝ ΓΙΑ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΜΕ ΤΗΝ ΧΡΗΣΗ MATLAB ΚΑΙ PYTHON ΗΛΙΑΣ ΧΟΥΣΤΗΣ

Άσκηση 1: Λύση: Για το άθροισμα ισχύει: κι επειδή οι μέσες τιμές των Χ και Υ είναι 0: Έτσι η διασπορά της Ζ=Χ+Υ είναι:

ΑΠΟΤΥΠΩΣΕΙΣ - ΧΑΡΑΞΕΙΣ ΓΕΝΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΧΑΡΑΞΕΩΝ 3

4 ΜΟΝΤΕΛΑ ΑΚΜΩΝ - ΑΝΑΠΑΡΑΣΤΑΣΗ ΚΑΜΠΥΛΩΝ

8. Η ζήτηση ενός αγαθού µεταβάλλεται προς την αντίθετη κατεύθυνση µε τη µεταβολή της τιµής του υποκατάστατου αγαθού.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΤΟ ΔΙΩΝΥΜΙΚΟ ΘΕΩΡΗΜΑ

Διάλεξη 1 - Σημειώσεις 1

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΑΛΓΕΒΡΑΣ B ΛΥΚΕΙΟΥ

Αριθµητική Ανάλυση. Ενότητα 5 Προσέγγιση Συναρτήσεων. Ν. Μ. Μισυρλής. Τµήµα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών,

Γ. Ν. Π Α Π Α Δ Α Κ Η Σ Μ Α Θ Η Μ Α Τ Ι Κ Ο Σ ( M S C ) ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΛΥΜΕΝΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ. ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ: Σπουδές στις Φυσικές Επιστήμες

αx αx αx αx 2 αx = α e } 2 x x x dx καλείται η παραβολική συνάρτηση η οποία στο x

ΑΤΕΙ ΠΕΙΡΑΙΑ/ ΣΤΕΦ 15/10/2012 ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΡΑΠΤΗΣ ΕΞΕΤΑΣΗΣ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ

Σημειώσεις για το μάθημα "Σχεδίαση με υπολογιστές και δίκτυα παραγωγής (CAD/CAM)"

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΟ ΜΑΘΗΜΑ ΑΡΧΕΣ ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗΣ ΘΕΩΡΙΑΣ ΟΜΑΔΑ ΠΡΩΤΗ

Θέματα Εξετάσεων Φεβρουαρίου 2013:

Μοντελοποίηση Επιφανειών Με Μοντέλα Στερεών Με χρήση του σχεδιαστικού προγράμματος Creo και του Freestyle

Γραφικά Υπολογιστών: Σχεδίαση γραμμών (Bresenham), Σχεδίασης Κύκλων, Γέμισμα Πολυγώνων

Θέματα Εξετάσεων Σεπτεμβρίου 2011:

Βασικές Γνώσεις Μαθηματικών Α - Β Λυκείου

Ειδικά Θέματα Πολυμέσων

ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΤΕΜΑΧΙΩΝ ΣΕ ΣΥΣΤΗΜΑ CAD ΚΑΙ ΕΝΤΑΞΗ ΤΟΥΣ ΣΕ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΗ ΒΑΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ

ΠΕΡΙΛΗΨΗ ΘΕΩΡΙΑΣ ΣΤΗΝ ΕΥΘΥΓΡΑΜΜΗ ΚΙΝΗΣΗ

ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ Ι (MATLAB) Ενότητα 4

Αριθµητική Ανάλυση. 14 εκεµβρίου Αριθµητική ΑνάλυσηΚεφάλαιο 6. Παρεµβολή 14 εκεµβρίου / 28

10. Η επιδίωξη της μέγιστης χρησιμότητας αποτελεί βασικό χαρακτηριστικό της συμπεριφοράς του καταναλωτή στη ζήτηση αγαθών.

Επίλυση γεωµετρικών περιορισµών σε µικρά µόρια µε αλγεβρικές µεθόδους

Δομές Δεδομένων και Αλγόριθμοι

Μέθοδοι μονοδιάστατης ελαχιστοποίησης

Παρεµβολή και Προσέγγιση Συναρτήσεων

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΠΕΠΕΡΑΣΜΕΝΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΣΤΗ ΝΑΥΠΗΓΙΚΗ ΚΑΙ ΣΤΗ ΘΑΛΑΣΣΙΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ

minimath.eu Φυσική A ΛΥΚΕΙΟΥ Περικλής Πέρρος 1/1/2014

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ. ΕΝΟΤΗΤΑ: Διανυσματικοί Χώροι (1) ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Βλάμος Παναγιώτης ΙΟΝΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ

ΚΡΟΥΣΗ. α. η ολική κινητική ενέργεια του συστήματος. β. η ορμή του συστήματος. 1. Σε κάθε κρούση ισχύει

ΜΕΘΟΔΟΣ ΕΛΑΧΙΣΤΩΝ ΤΕΤΡΑΓΩΝΩΝ

Κεφάλαιο Παρεμβολή Συναρτήσεις μιας μεταβλητής

Ορισμός Τετραγωνική ονομάζεται κάθε συνάρτηση της μορφής y = αx 2 + βx + γ με α 0.

Ιόνιο Πανεπιστήμιο - Τμήμα Πληροφορικής

Το πρόγραµµα ALGOR και εφαρµογές σε ναυπηγικές κατασκευές

ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ

Μέθοδοι μονοδιάστατης ελαχιστοποίησης

Transcript:

1 ΤΕΙ Θεσσαλονίκης Τμήμα Πληροφορικής Γραφικά Υπολογιστών: Spline Αναπαραστάσεις Πασχάλης Ράπτης http://aetos.it.teithe.gr/~praptis praptis@it.teithe.gr

2 Περιεχόμενα Σήμερα θα δούμε τις εύκαμπτες (spline) καμπύλες του Bézier Εισαγωγή στις εύκαμπτες καμπύλες Καμπύλες (curves) Bézier Τετραγωνικές (κυβικές) καμπύλες Bézier (cubic splines)

3 Εύκαμπες Αναπαραστάσεις (Spline Representations) Εύκαμπτη καμπύλη (spline) είναι μια ομαλή-λεία καμπύλη που ορίζεται μαθηματικώς χρησιμοποιώντας ένα σύνολο από περιορισμούς. Εύκαμπτες καμπύλες και εύκαμπτες επιφάνειες (splines) έχουν πολλές χρήσεις: 2D εικόνες (illustration) Γραμματοσειρές (fonts) 3D μοντελοποίηση Animation ACM 1987 Principles traditional animation applied to 3D computer Manifold Splines, X. Gu, Y. He & H. Qin, Solid and Physics Modeling 2005.

4 Physical Splines Φυσικές splines χρησιμοποιούνται στην σχεδίαση αυτοκινήτων και πλοίων Pierre Bézier

5 Βασική Ιδέα Ο χρήστης ορίζει σημεία ελέγχου (control points). Τα σημεία ορίζουν μια ομαλή-λεία καμπύλη Καμπύλη Σημεία ελέγχου Σημεία ελέγχου

6 Παρεμβολή και Προσέγγιση Μια εύκαμπτη (spline) καμπύλη ορίζεται χρησιμοποιώντας ένα σύνολο από σημεία ελέγχου (control points) Υπάρχουν δύο τρόποι να ταιριάξει μια καμπύλη σε αυτά τα σημεία: Παρεμβολή (interpolation) η καμπύλη περνά από όλα τα σημεία ελέγχου Προσέγγιση (approximation) η καμπύλη δεν περνά από όλα τα σημεία ελεγχου

7 Convex Hulls Images taen from Hearn & Baer, Computer Graphics with OpenGL (2004) Τα όρια που σχηματίζονται από το σύνολο των σημείων ελέγχου για μια spline είναι γνωστά ως convex hull (κυρτός φλοιός) Σκεφτείτε το ως μια ελαστική κορδέλα (λαστιχάκι) να απλώνεται γύρω από τα σημεία ελέγχου.

8 Διάγραμμα Ελέγχου Μια γραμμή (polyline) (που δημιουργείται από ένα ή περισσότερα τμήματα γραμμών) που συνδέει τα σημεία ελέγχου με την σειρά είναι γνωστή ως διάγραμμα ελέγχου (control graph) Συνήθως εμφανίζεται για να βοηθά τους σχεδιαστές να παρακολουθούν τις splines τους

9 Spline καμπύλες του Bézier (Bézier Spline Curves) Μια προσεγγιστική μέθοδος, για την σχεδίαση spline καμπυλών, αναπτύχθηκε από τον Γάλλο μηχανικός Bézier Pierre για χρήση στο σχεδιασμό αμαξωμάτων της Renault. Μια καμπύλη Bézier μπορεί να ταιριάζει (fitted) σε οποιοδήποτε αριθμό σημείων ελέγχου - αλλά συνήθως χρησιμοποιούνται 4.

10 Spline καμπύλες του Bézier (2) Θεωρούμε την περίπτωση που έχουμε n+1 σημεία ελέγχου και συμβολίζεται ως p (x, y, z ) όπου μεταβάλλεται από 0 έως n Οι θέσεις συντεταγμένων αναμειγνύονται για την παραγωγή του διάνυσματος θέσης P(u), το οποίο περιγράφει την πορεία της πολυωνυμική συνάρτησης Bézier μεταξύ του p 0 και του p n P( u) n 0 p BEZ, n( u), 0 u 1

11 Spline καμπύλες του Bézier (3) Οι Bézier συναρτήσεις ανάμειξης BEZ,n (u) είναι πολυώνυμα του Bernstein (polynomials) BEZ, n ( u) n C( n, ) u (1 u) όπου οι παράμετροι C(n,) είναι οι συντελεστές διωνύμων (binomial coefficients) n! C( n, )!( n )!

12 Spline καμπύλες του Bézier (4) Έτσι, οι συντεταγμένες για μια συγκεκριμένη καμπύλη μπορούν να δοθούν ως n n u BEZ x u x 0, ) ( ) ( n n u BEZ z u z 0, ) ( ) ( n n u BEZ y u y 0, ) ( ) (

Images taen from Hearn & Baer, Computer Graphics with OpenGL (2004) 13 Spline καμπύλες του Bézier (5)

14 Σημαντικές Ιδιότητες των καμπυλών Bézier Το πρώτο και το τελευταίο σημείο ελέγχου είναι το πρώτο και το τελευταίο σημείο στην καμπύλη P(0) p 0 P(1) p n Η καμπύλη βρίσκεται εντός του κυρτού φλοιού (convex hull) καθώς οι συναρτήσεις ανάμειξης Bézier είναι όλες θετικές και με άθροισμα 1 n 0 BEZ, n( u) 1

15 Τετραγωνικές Καμπύλες Bézier (Cubic Bézier Curve) Πολλά πακέτα γραφικών περιορίζουν τις καμπύλες Bézier να έχει μόνο 4 σημεία ελέγχου (δηλαδή n 3) Οι συναρτήσεις ανάμειξης όταν το n 3 απλοποιούνται ως εξής : 3 BEZ (1 u) BEZ BEZ BEZ 0,3 1,3 2,3 3,3 3u(1 3u u 3 2 (1 u) 2 u)

16 Τετραγωνικές Bézier Συναρτήσεις Ανάμειξης (Cubic Bézier Blending Functions)

17 Σύνοψη Σήμερα είδαμε στις spline καμπύλες και ιδίως καμπύλες Bézier Το όλο θέμα είναι ότι οι spline συναρτήσεις μας δίνουν μία προσέγγιση για μια ομαλή καμπύλη.