Visualização e Projeções I

Apresentação em tema: "Visualização e Projeções I"— Transcrição da apresentação:

1 Visualização e Projeções I
24T12 – Sala 3F5 Bruno Motta de Carvalho DIMAp – Sala 15 – Ramal 327

2 Introdução História Vasos gregos do século 6 já exibem perspectiva
Em projeções perspectivas, linhas paralelas convergem (em 1, 2 ou 3 eixos) para um ponto de fuga Objetos mais distantes são mais reduzidos (foreshortening) que objetos mais próximos Arestas de mesmo tamanho tem tamanhos aparentes diferentes Linhas paralelas convergindo

3 História Brunelleschi criou um método para criação de projeções perspectivas no início do século 15 “Uma pintura [o plano de projeção] é a interseção de uma pirâmide visual [volume de visão] a uma determinada distância, com um centro fixo [centro de projeção] e uma posição definida de iluminação, representada na arte por linhas e cores em uma determinada superfície [a renderização].” (Leono Battista Alberti ( ), On Painting, pp )

4 Projeções Necessidade em se representar o mundo 3D em uma imagem 2D (plano de projeção) Projeção: abstração geométrica, um mapeamento Objetos no mundo 3D são recortados contra um volume de visão 3D, projetados em um plano de projeção e mapeados no viewport (coordenadas 2D do dispositivo) para desenho

5 Sistemas de Coordenadas
Resultado de transformações Convenções em pipelines gráficos objeto/modelagem mundo câmera/visão Janela/screen/window raster/dispositivo

6 Tipos de Projeções Projeção 2D de um objeto 3D é definida por raios de projeção (projetores) que emanam de um centro de projeção, passam por cada ponto do objeto e intersectam o plano de projeção Projeções planares Projeções paralelas (centro de projeção no infinito) ou perspectivas Definindo projeções – especifica-se o centro de projeção (perspectiva) ou a direção de projeção

7 Tipos de Projeção projeções planares perspectivas: 1,2,3-pontos
paralelas obliquas ortográficas parallel: often used in drafting cabinet cavalier topo, frente, lado axonométricas: isométricas dimétricas trimétricas

8 ∞ Projeções Paralelas: centro da projeção no Perspectivas Ortográfica
Oblíqua I I Perspectivas I Centro da projeção

9 Projective Rendering Pipeline
objeto mundo visão altera w OCS WCS VCS projection transformation modeling transformation viewing transformation recorte CCS OCS – sistema de coordenadas do objeto WCS - sistema de coordenadas do mundo VCS - sistema de coordenadas de visão CCS - sistema de coordenadas de recorte NDCS - sistema de coordenadas normalizadas DCS - sistema de coordenadas do dispositivo / w normalizado NDCS viewport transformation dispositivo DCS

10 Viewing Transformation
objeto mundo visão OCS WCS VCS Transformação do objeto Transformação de visão/câmera OpenGL ModelView matrix

11 Projection Comparison
Oblíquas Cavalier Cabinet Axonométricas Isométricas Others Perspectivas

12 Oblique Projections Ambas têm visão frontal verdadeira
cavalier: distância real cabinet: metade da distância x y z cabinet d d/2 y d d x z cavalier

13 Projeções Axonométricas
isometric = ‘equal measure’. all 3 lengths, angles equal. often used for exploded views

14 Projeções Perspectivas
one-point perspective Classificadas de acordo com o número de pontos principais de fuga two-point perspective three-point perspective

15 Transformations Perspectivas
Propriedades Linhas paralelas não permanecem paralelas Exemplo – estrada desaparecendo no infinito Combinações afins não são preservadas. Exemplo – Centro de uma linha não mapeia para o centro da linha projetada

16 Câmera Virtual Modelo de referência do programador para a especificação dos parâmetros da projeção para o computador Posição da câmera Orientação Campo de visão (ângulo aberto, normal…) Profundidade do campo de visão (plano frontal, plano traseiro) Distância focal Inclinação da plano do filme (projeções oblíquas) Projeção perspectiva ou paralela (câmera próxima dos dos objetos ou a uma distância infinita dos mesmos)

17 Volumes de visão olho câmera virtual
Um volume de visão contém tudo visível do ponto de vista e direção escolhidos. O que a câmera vê? Volumes de visão cônicos aproximam o que nossos olhos veêm, mas encarecem a computação de recorte de objetos Aproximação por um pirâmide truncada (chamada de frustum), que funciona bem com uma janela de visualização retangular e permite um recorte mais fácil Volume de visualização perspectivo cônico olho Aproximação do volume de visualização por um frustum câmera virtual

18 Pipeline Visualização 3D
Viewport é a área retangular da tela onde a cena é renderizada (que pode ou não preencher toda a tela) Janela em CG geralmente significa um retângulo de recorte 2D em um sistema de coordenadas 2D do mundo. Já viewport é uma região da tela em um sistema de coordenadas inteiro 2D para o qual o resultado da regiáo recortada é mapeado Viewport e plano do filme podem ter aspect ratios diferentes

19 Volumes de visão Vetor vertical Seis informações determinam o modelo da câmera virtual (neste caso) A posição da câmera O vetor olhar-para (look) da câmera (para onde a câmera esá apontando) A orientação da câmera é determinada pelo vetor olhar-para e pelo ângulo de rotação da câmera ao redor deste vetor. O ângulo de rotação é dado pelo vetor vertical (up) Vetor olhar-para Ângulo de largura Posição Ângulo de altura Plano de recorte frontal Plano de recorte traseiro

20 Volumes de Visão Aspect ratio do “filme”: razão da largura para a altura O ângulo de altura determina quanto da cena caberá no volume de visão (ângulo de largura determinado pelo ângulo de altura e aspect ratio). Os planos de recorte frontal e traseiro limitam a extensão da visão da câmera, renderizando somente as partes dos objetos que estão entre eles

21 Posição e Orientação Posição é definida pelas coordenadas x, y e z da câmera no espaço 3D Orientação é especificada por um ponto no espaço 3D ou uma direção para a qual se deve apontar a câmera e um ângulo de rotação ao redor desta direção Orientação canônica (default) é olhando na direção negativa do eixo z e o vetor vertical apontando para cima no eixo y Defaults variam de pacote para pacote, certifique-se dos valores iniciais de posição e orientação das câmeras y x Vetor vertical Ponto referência -z (x’, y’, z’) Vetor olhar-para Posição da câmera z

22 Vetores Olhar-para e Vertical
Maneira mais natural de se definir orientação Vetor olhar-para Pode ser qualquer vetor em 3D Vetor vertical Determina como a câmera é rotacionada ao redor do vetor olhar- para Projeção do vetor vertical Vetor olhar-para Posição

23 Aspect Ratio Similar ao tamanho do filme usado em uma câmera
Define a proproção da largura para a altura da imagem desenhada na tela Janela quadrada tem um aspect ratio de 1:1 Telas de cinema tem um aspect ratio de 2:1 Televisôes PAL-M tem um aspect ratio de 4:3, enquanto que HDTVs tem um aspect ratio de 16:9

24 Ângulo de Visão Determina a quantidade de distorção perspectiva na imagem, de nenhuma (projeção paralela) a muita (lentes de ângulos largos) Os ângulos de altura e largura definem o frustum, sendo que o ângulo de largura = ângulo de altura * aspect ratio Equivalente ao fotógrafo escolhendo o tipo específico de lente

25 Planos de Recorte Frontal e Traseiro
Volume do espaço entre os dois planos define o que a câmera pode ver Posição dos planos definidas pela distância na direção do vetor olhar- para Objetos fora do volume de visão não são desenhados Objetos que intersectam estes planos são recortados Front clipping plane Back clipping plane

26 Plano de Recorte Frontal
Porque se usa plano de recorte frontal? Desenhando objetos muito próximos da câmera Poderia bloquear a visão do resto da cena Objetos poderiam ser distorcidos Evitar singularidades (divisão por zero, números muito pequenos) Não se deve desenhar objetos atrás da câmera No caso de uma câmera perspectiva, objetos atrás da câmera seriam desenhados de cabeça para baixo e invertidos por causa da transformação perspectiva

27 Plano de Recorte Traseiro
Porque se usa plano de recorte traseiro? Desenhando objetos muito distantes da câmera Objetos muito distantes podem aparecer muito pequenos para serem visualmente significantes, mas ainda demoram muito para serem desenhados Em uma cena com muitos objetos, por questões de aparência pode-se renderizar somene os mais próximos descartando-se os mais distantes Problema - Objetos aparecendo repentinamente em jogos? Objetos que acabam de entrar no plano de recorte traseiro. Utilizar névoa (fog) Hardware mais rápido e algoritmos de nível de detalhamento (LoD) permitem resolver este problema sem a utilização de névoa

28 Comprimento de Foco Alguns modelos de câmera usam comprimento de foco
É uma medida da faixa de foco ideal e aproxima o comportamento de uma lente de câmera real Objetos na distância de comprimento de foco são renderizadas em foco enquanto que objetos mais próximos ou distantes são borrados Usados com planos de recorte

29 Especificação do Volume de Visão
Posição, vetores olhar-para e vertical (orientação), aspect ratio, ângulo de altura e planos de recorte especificam um volume de visão truncado É a especificação do espaço delimitado que a câmera consegue ver Visão 2D da cena 3D é calculada do volume de visão truncado e projetada no plano de filme Volumes de visão truncados podem ser paralelos ou perspectivos

30 Volume de Visão – Projeção Paralela
Volume de visão truncado é um paralelepípedo Na projeção paralela os ângulos de altura e largura são zero Width Far distance Height Look vector Near distance Up vector Position

31 Volume de Visão – Projeção Perspectiva
Volume de visão truncado é uma pirâmide truncada (frustum) Width angle = Height angle • Aspect ratio Up vector Look vector Height angle Position Near distance Far distance

32 Plano do Filme? Filme da câmera virtual é um retângulo em um plano de filme infinito que contém a imagem da cena Posicionamento do plano do filme Volume de visão paralelo – desde que o plano do filme se localize na frente da cena, a distância do mesmo não importa Volume de visão perspectivo – O mesmo se aplica já que se transforma o volume de visão perspectivo em um volume de visão paralelo antes do mapeamento para as coordenadas do viewport