Modelagem de Sólidos para Aplicações em Computação Gráfica

Apresentação em tema: "Modelagem de Sólidos para Aplicações em Computação Gráfica"— Transcrição da apresentação:

1 Modelagem de Sólidos para Aplicações em Computação Gráfica
Joaquim Bento Cavalcante-Neto Grupo de Computação Gráfica, Realidade Virtual e Animação (CRAb) Departamento de Computação (DC) Universidade Federal do Ceará (UFC) Fortaleza, Novembro 2004 CRAb UFC

2 Parte I Conceitos Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

3 Roteiro Conceitos de modelagem Modelos de decomposição
Modelos de construção Modelos de fronteira Conclusões Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

4 Conceitos de modelagem
Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

5 Definição de modelo O que são modelos?
Objetos artificialmente construídos Facilitam a análise de fenômenos, situações Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

6 Definição de modelo O que são modelos?
Objetos artificialmente construídos Facilitam a análise de fenômenos, situações Quais são os tipos de modelos? Modelos físicos - prédios, navios, carros Modelos moleculares - arranjo de átomos Modelos matemáticos - equações e dados Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

7 Definição de modelo O que são modelos?
Objetos artificialmente construídos Facilitam a análise de fenômenos, situações Quais são os tipos de modelos? Modelos físicos - prédios, navios, carros Modelos moleculares - arranjo de átomos Modelos matemáticos - equações e dados Para que usar modelos? Estudo de características de coisas reais Simulação do comportamento de coisas reais Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

8 Modelos computacionais
Definição Dados armazenados no computador Podem representar vários tipos de modelos Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

9 Modelos computacionais
Definição Dados armazenados no computador Podem representar vários tipos de modelos Modelagem geométrica Modelagem para resolver problemas geométricos Responde a perguntas do tipo: a) que parte do corpo é visível para o usuário? b) qual cor é associada a cada elemento? Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

10 Modelos computacionais
Modelagem de sólidos Braço da modelagem geométrica Trata de coisas completas, fechadas Responde às questões “algoritmicamente” Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

11 Modelos computacionais
Modelagem de sólidos Braço da modelagem geométrica Trata de coisas completas, fechadas Responde às questões “algoritmicamente” Níveis de abstração em modelagem Nível físico - sólido propriamente dito Nível contínuo - representação matemática Nível representação - armazenamento (pontos, coeficientes, etc…) Nível implementação - código, estrutura de dados Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

12 Modelos computacionais
Classificação dos tipos de modelos Modelos de decomposição Uso de primitivas básicas (cubos, etc…) Sólido descrito através de operações de “gluing” Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

13 Modelos computacionais
Classificação dos tipos de modelos Modelos de decomposição Uso de primitivas básicas (cubos, etc…) Sólido descrito através de operações de “gluing” Modelos de fronteira Uso de hierarquia (sólido, faces, arestas, etc…) Sólido descrito através de seu contorno Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

14 Modelos computacionais
Classificação dos tipos de modelos Modelos de decomposição Uso de primitivas básicas (cubos, etc…) Sólido descrito através de operações de “gluing” Modelos de fronteira Uso de hierarquia (sólido, faces, arestas, etc…) Sólido descrito através de seu contorno Modelos de construção Uso de primitivas básicas mais elaboradas (cone, etc…) Sólido descrito através de operações de construção Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

15 Modelos de decomposição
Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

16 Tipos de modelos Enumeração exaustiva
Primitiva básica - cubos de mesmo tamanho Usadas em visualização volumétrica (voxels), etc. Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

17 Tipos de modelos Enumeração exaustiva
Primitiva básica - cubos de mesmo tamanho Usadas em visualização volumétrica (voxels), etc. Decomposição celular Primitiva básica - qualquer célula (triângulo, quadrilátero, etc.) Usadas em simulações numéricas (MEF), etc. Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

18 Tipos de modelos Enumeração exaustiva
Primitiva básica - cubos de mesmo tamanho Usadas em visualização volumétrica (voxels), etc. Decomposição celular Primitiva básica - qualquer célula (triângulo, quadrilátero, etc.) Usadas em simulações numéricas (MEF), etc. Subdivisão espacial Primitiva básica - cubos de tamanho variável Usadas em modelagem propriamente dita Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

19 Subdivisão espacial Quadtrees Célula vazia
Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

20 Subdivisão espacial Quadtrees Célula cheia
Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

21 Subdivisão espacial Quadtrees Célula cheia
Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

22 Subdivisão espacial Quadtrees Célula parcial
Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

23 Subdivisão espacial Octree Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

24 Subdivisão espacial Octree Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

25 Características Baixa precisão, porque são aproximadas
Geram modelos válidos Não é ambíguo e a representação é única Não é conciso (árvore com muitas células) Realiza operações fechadas (Booleanas) Útil para modelagem auxiliar (buscar, localizar, etc.) Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

26 Modelos de fronteira Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

27 Tipos de modelos Baseados em polígonos Lista de faces
Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

28 Tipos de modelos Baseados em polígonos Lista de faces
Baseados em vértices Lista de vértices Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

29 Tipos de modelos Baseados em polígonos Lista de faces
Baseados em vértices Lista de vértices Baseados em arestas Aresta “alada” (winged-edge) - Wed Meia aresta (half-edge) - Hed Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

30 Lista de faces Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

31 Lista de faces Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

32 Lista de faces Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

33 Lista de faces Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

34 Lista de faces Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

35 Winged-edge Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

36 Half-edge Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

37 Half-edge Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

38 Half-edge Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

39 Características Precisão muito alta, representação eficiente
Geram modelos válidos Não é ambíguo e a representação é única Não é muito conciso (Hed é grande, etc.) Poderoso para modelagens complexas Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

40 Modelos de construção Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

41 Tipos de modelos Modelos de semi-espaço
Primitiva básica - semi-espaços (semi-espaço planar, semi-espaço cilíndrico, etc.) O modelo é definido pela combinação dos semi-espaços em uma árvore por op. Booleanas Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

42 Tipos de modelos Modelos de semi-espaço
Primitiva básica - semi-espaços (semi-espaço planar, semi-espaço cilíndrico, etc.) O modelo é definido pela combinação dos semi-espaços em uma árvore por op. Booleanas Modelos CSG (Constructive Solid Geometry) Primitiva básica - quaisquer objetos construídos a partir de uma combinação de semi-espaços O modelo é definido pela combinação das primitivas em uma árvore usando op. Booleanas Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

43 CSG Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

44 CSG Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

45 CSG Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

46 CSG Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

47 CSG Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

48 CSG Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

49 CSG Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

50 CSG Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

51 CSG Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

52 CSG Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

53 Características Precisão depende das primitivas, se existirem muitas primitivas a precisão pode ser bem grande Podem gerar modelos não-válidos Não é ambíguo e a representação não é única É bem mais conciso que as demais, mas em modelagens práticas tende a crescer Uma modelagem por CSG pode ser bem complexa, dependendo do problema Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

54 Conclusões Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

55 Conclusões Modelar NÃO é somente usar um software
Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

56 Conclusões Modelar NÃO é somente usar um software
O tipo de modelagem que se aplica a um caso específico depende de vários fatores: precisão desejada memória disponível custo computacional Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

57 Conclusões Modelar NÃO é somente usar um software
O tipo de modelagem que se aplica a um caso específico depende de vários fatores: precisão desejada memória disponível custo computacional Modelagem é um passo fundamental para aplicações em computação gráfica e várias outras áreas de aplicação Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

58 Parte II Pesquisa Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

59 Roteiro Referência Jmesh Exemplos Conclusões
Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

60 Referência Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

61 Referência Título: Autores: Referência:
An Algorithm for Three-Dimensional Mesh Generation for Arbitrary Regions with Cracks Autores: Cavalcante-Neto, Joaquim B. (CRAb, UFC) Wawrzynek, Paul A. (CFG, Cornell University) Ingraffea, Anthony R. (CFG, Cornell University) Carvalho, Marcelo T. (Tecgraf, PUC-Rio) Martha, Luiz F. (Tecgraf, PUC-Rio) Referência: Cavalcante-Neto, et al., Engineering with Computers, 17: 75-91, Springer-Verlag, 2001 Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

62 Jmesh Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

63 Jmesh Construção de uma octree Modelo de entrada
Concentração de elementos Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

64 Jmesh Construção de uma octree Modelo de entrada Árvore gerada
Concentração de elementos Árvore refinada Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

65 Jmesh Geração dos elementos (Avanço de fronteira) Face base
Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

66 Jmesh Geração dos elementos (Avanço de fronteira) Vértice ideal
Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

67 Jmesh Geração dos elementos (Avanço de fronteira) Vértice ideal
Vértices candidatos Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

68 Jmesh Geração dos elementos (Critério de escolha) Ângulo sólido
Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

69 Exemplos Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

70 Exemplos Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

71 Exemplos Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

72 Conclusões Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

73 Conclusões Técnica robusta, rápida e confiável
3 R,s => Rapid, Robust and Reliable Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

74 Conclusões Técnica robusta, rápida e confiável
3 R,s => Rapid, Robust and Reliable Gera modelos com milhões de elementos Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

75 Conclusões Técnica robusta, rápida e confiável
3 R,s => Rapid, Robust and Reliable Gera modelos com milhões de elementos Trata modelos complexos Com furos Com geometrias complexa Com fraturas Cavalcante-Neto, INFOSOL, 2004

76 Modelagem de Sólidos para Aplicações em Computação Gráfica
Joaquim Bento Cavalcante-Neto Fortaleza, Novembro 2004 CRAb