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Visualização Tridimensional (Câmera Sintética) Matheus Dobke 1 Universidade Católica de Pelotas Ciência da Computação Computação Gráfica Centro Politécnico.

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1 Visualização Tridimensional (Câmera Sintética) Matheus Dobke 1 Universidade Católica de Pelotas Ciência da Computação Computação Gráfica Centro Politécnico

2 Sumário  Dados de identificação  Introdução ◦ Visualização Tridimensional  Visualização Tridimensional ◦ Definição ◦ Visualização  Projeção ◦ Projeção Paralela Ortográfica ◦ Projeção Perspectiva  Câmera Sintética  Referências Bibliográficas 2

3  Instituição: Universidade Católica de Pelotas  Centro Politécnico – Bacharelado em Ciência da Computação  Título da Pesquisa: Visualização Tridimensional  Nome do Aluno: Matheus de Luna Dobke  Nome do Professor: Prof. Dr. Paulo Roberto Gomes Luzzardi 3

4  É um processo semelhante ao processo de visualização 2D, porém mais complexo, pois os dispositivos existentes são adequados à apresentação de imagens bidimensionais;  É considerada, no entanto, uma nova etapa: a projeção;  Através da projeção, as coordenadas de profundidade são tratadas corretamente;  As imagens são vistas através de uma câmera virtual, que também representa a posição do observador do objeto/cena. 4

5  Quando se trabalha em três dimensões, o SRU (Sistema de Referência do Universo) passa a ser composto por três eixos ortogonais entre si (x, y e z) e pela origem (0, 0, 0).  Aplicações: - Jogos 3D - CAD - Desenhos animados por computador - Realidade Virtual 5

6  O processo de visualização de uma cena 3D por computador é semelhante ao processo envolvido para se tirar uma fotografia. Deve-se posicionar a câmera no espaço e definir sua orientação (6 graus de liberdade: 3 eixos de translação e 3 eixos rotação, semelhante a um spaceball).  Como a maioria dos monitores (displays) existentes são bidimensionais, deve-se usar processos para converter objetos do espaço tridimensional para uma representação bidimensional. Este processo possui um termo conhecido como three-dimensional pipeline. As etapas deste pipeline são mostradas na seguinte figura, e incluem modelagem, visualização e conversão de diferentes tipos de coordenadas. 6

7  Como primeiro passo da etapa tem-se a definição de como será composto o cenário a ser modelado (SRO).  Após sua definição, têm-se pontos tridimensionais no sistema de coordenadas do mundo que o definem (SRU).  As coordenadas de visualização (view coordinates) são as coordenadas do sistema de visualização, e não necessariamente precisam ser coincidentes com as coordenadas do mundo. Neste sistema de coordenadas é que estão localizados o observador e o plano de projeção da imagem.  A próxima etapa do processo é fazer a conversão das coordenadas de visualização para o plano de projeção, que será mapeado para o monitor. É nesta etapa do processo onde é realizada a conversão do espaço tridimensional para o bidimensional (tela do computador). Ao mapear a imagem para a tela, são realizadas operações para recortar partes do cenário que não estão dentro da área da janela de visualização (viewport), para posterior identificação de superfícies visíveis e aplicação de processos de renderização. 7

8  O viewing system é um sistema de coordenadas usado para dar ao observador um maior controle e mobilidade da posição em que se deseja observar um cenário tridimensional. Estes sistemas permitem que o plano de projeção esteja em qualquer lugar do espaço, ou seja, permite que se veja o cenário sob qualquer ângulo.  Um exemplo pode ser dado ao se observar um automóvel. Movendo-se ao seu redor, têm-se diferentes ângulos de visão. Abaixando-se pode-se vê-lo por baixo, usando-se uma escada pode-se vê-lo de cima; e obtêm-se uma visão interna entrando-se dentro do mesmo. 8

9  Para fazer a visualização de objetos 3D em um dispositivo 2D (o monitor, por exemplo), deve-se fazer a transformação do espaço 3D para o 2D, ou seja, converter as coordenadas que correspondam a uma visão do objeto de uma posição específica. Este processo é chamado de projeção.  Para fazer a projeção deve-se definir o plano de projeção e o centro de projeção. O plano de projeção é a superfície onde será projetado o objeto. No centro de projeção partem retas (raios de projeção) que passam pelo plano de projeção e tocam no objeto.  Essas projeções são dividas em dois tipos principais:  Projeção Paralela Ortográfica  Projeção Perspectiva 9

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11 11  Em projeções paralelas são mantidos a forma e tamanho originais do objeto. Este tipo de projeção transforma o objeto tridimensional em bidimensional pela simples desconsideração de uma coordenada, ou seja, todos os valores em um certo eixo recebem valor zero, o que é equivalente a anular o eixo. Deve-se considerar o Centro de projeção no infinito.  A) Projeção Perspectiva  B) Projeção Paralela

12 12 1. Vista Superior 2. Vista Frontal 3. Vista Lateral Direita 4. Vista Lateral Esquerda 5. Vista Posterior 6. Vista Inferior  Vantagens: - Não há alteração nas medidas do objeto; - Simplicidade de construção.  Desvantagem: - Reconstrução mental de um objeto a partir da visualização das três vistas ortográficas é muito difícil.1. Vista Superior 2. Vista Frontal 3. Vista Lateral Direita 4. Vista Lateral Esquerda 5. Vista Posterior 6. Vista Inferior

13 13  É a mais realista, pois é análogo ao processo de formação de imagens em nossos olhos ou em uma câmera fotográfica. Considera a profundidade como elemento de seu cálculo e apresenta um resultado mais familiar ao observador humano.

14 14  Um dos componentes fundamentais no processo de visualização 3D, é o observador virtual. Este observador define de que local deseja-se que a cena 3D seja exibida.

15 15  A existência desse observador deve-se ao fato de que um conjunto de objetos no universo 3D, visto de diferentes lugares tem, para quem observa, diferentes coordenadas para cada posição.  A posição da câmera é dada por um ponto (x,y,z) em relação ao mesmo universo onde será posicionado o objeto e sua orientação é dada por um vetor.

16 16  Como a imagem obtida é estática, se faz analogia com uma foto, podendo-se dizer que foi obtida uma fotografia quando a câmera estava numa dada posição direcionada para o objeto. A partir destas observações chega-se ao conceito de câmera sintética.

17 17  Algoritmo da Câmera Sintética  Posicionar e orientar sistema de referência da câmera  Recorte dos objetos que estão atrás da câmera  Recorte das imagens dos objetos que estão fora dos limites laterais, superior e inferior da visão da câmera.  Projeção das geometrias dos objetos que estão na frente da câmera sintética.

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