Computação Gráfica – Visibilidade Profa. Mercedes Gonzales Márquez.

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1 Computação Gráfica – Visibilidade Profa. Mercedes Gonzales Márquez

2 Tópicos Visibilidade Algoritmos de Visibilidade

3 O sistema de visão humana usa vários recursos para perceber a profundidade. Um deles é a oclusão de objetos, ou seja, objetos mais distantes em relação a um observador ao longo de um raio de visão são escondidos pelos objetos opacos mais próximos. Na Figura, a superfície SA é visível em relação ao observador e as outras ficam escondidas, em inglês hidden. Visibilidade

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5 A essência dos algoritmos de visibilidade é muito simples: remover as partes que “não devem ser vistas” pelo computador na produção de uma imagem sintética. Problema de Visibilidade

6 Em geral resolve-se o problema oposto: Quais as superfícies invisíveis que: estão fora do campo de visão são faces de trás num poliedro fechado estão ocultas por outras faces mais próximas da câmara

7 São classificados em três grandes grupos: (a) técnicas baseadas em espaço de imagem, (b) técnicas baseadas em espaço do objeto ou da cena e (c) técnicas mistas. Algoritmos de Visibilidade

8 A determinação de visibilidade por técnicas baseadas no espaço de imagem tem resolução a nível de pixels. As baseadas em espaço da cena tem resolução a nível do espaço de representação das figuras geométricas. Algoritmos de Visibilidade

9 Alguns métodos: – Detecção das faces de trás (back-face culling) - Técnica baseada no espaço da cena. – Depth-buffer (z-buffer) – Técnica baseada no espaço da imagem. – Painter’s algorithm (Algoritmo do Pintor) - Técnica baseada no espaço da cena. Algoritmos de Visibilidade

10 Backface Culling (Escolha das faces de trás) As faces cujas normais estão na direcção contrária ao observador não são visíveis (faces de trás). Elas estão numa parte cuja visibilidade e bloqueada por outras faces mais próximas ao observador. E Usa-se o conceito de vetor normal da face apontando para fora do volume. Faces não visíveis

11 Backface Culling Este método pode ser aplicado em um único poliedro convexo fechado na cena. Não pode ser aplicado : - Em poliedros côncavos - ou quando existem mais objetos (Por simplicidade estamos mostrando nas ilustrações polígonos no lugar de poliedros).

12 Backface Culling Observe o poliedro côncavo da figura. Veja que a face pintada de vermelho tem vetor normal na mesma direção do observador e portanto o algoritmo considera erradamente como face visível ou face da frente. E

13 Backface Culling Como determinar se a face é da frente ou visível? Face da frente – o ângulo θ formado pelo vetor da linha de vista E e o vetor normal N é menor ou igual a 90 o Face da frente – o ângulo θ formado pelo vetor da linha de vista E e o vetor normal N é menor ou igual a 90 o

14 Backface Culling Resumindo – E.N ≥ O → Face da frente – E.N < O → Face de trás ou E.N ≥ O

15 Backface Culling Como determinar o vetor normal n da face com pontos P1, P2 e P3? P3 P2 P1 n

16 Backface Culling Veja o programa visibilidade.c no qual cada vez que um cubo é rotacionado são exibidas somente as faces visíveis detetadas pelo algoritmo backface culling. Responda as seguintes perguntas: – Como são construídas as faces do cubo? – Como são feitas as rotações do cubo, por quê não é usado o comando glRotatef? – Qual é o trecho de código que determina os vetores normais das faces do cubo? – Qual é o trecho de código que determina o vetor da direção de vista. Qual é a posição do observador? – Mude a posição do observador para cima do cubo e para um lado do cubo e observe os novos resultados de visibilidade.

17 Z-Buffer Método que opera no espaço da imagem Mantém para cada pixel um valor de profundidade (z-buffer ou depth buffer) Ao início fazemos:  z-buffer = profundidade máxima  Buffer de cor = cor de fundo Durante a rasterização de cada polígono, cada pixel passa por um teste de profundidade  Se a profundidade do pixel for menor que a registrada no z- buffer Pintar o pixel (atualizar o buffer de cor)‏ Atualizar o buffer de profundidade  Caso contrário, ignorar

18 Z-Buffer Exemplo 2 polígonos e o Buffer Profundidade Exemplo 4 polígonos e o Buffer de cor

19 Z-Buffer OpenGL:  Habilitar o z-buffer: glEnable (GL_DEPTH_TEST);  Não esquecer de alocar o z-buffer → GLUT_DEPTH Número de bits por pixel depende de implementação / disponibilidade de memória  Ao gerar um novo quadro, limpar também o z-buffer: glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT)‏  Ordem imposta pelo teste de profundidade pode ser alterada glDepthFunc(…)‏ Veja os exemplos em OpenGL: hidplanes.c, planes.c e triangles.c

20 Z-Buffer Exercícios: (1) As diferentes opções para o parâmetro do comando glDepthFunc estão na página 290 do livro Redbook. Teste cada uma das opções nos três programas (hidplanes.c, planes.c, triangles.c) e relate os resultados. (2) Desenhe com polígonos (faces) o seguinte cenário mostrado na vista frontal e vista de topo. Aplique as duas técnicas de visibilidade (z-buffer e back face culling) e discuta os resultados visuais após observar o cenário de vários pontos de vista.

21 Algoritmo do Pintor Também conhecido como algoritmo de prioridade em Z (depth priority)‏ Idéia é pintar objetos mais distantes (background) antes de pintar objetos próximos (foreground)‏ Técnica de pintores : as montanhas distantes foram pintadas em primeiro lugar, o gramado mais próximo foi adicionado e, finalmente, as árvores foram acrescidas.

22 Algoritmo do Pintor Basicamente, o procedimento envolve três passos: 1. ordenar, de forma decrescente, os polígonos pelas distâncias, ou profundidades, em relação ao observador; 2. resolver as ambiguidades na ordenação, dividindo os polígonos; e 3. desenhar na memória de exibição os polígonos, dos mais distantes para os mais próximos, sendo os valores gravados anteriormente sempre sobrescritos pelos novos valores.

23 Algoritmo do Pintor Exemplo de Ambiguidade na ordenação: (a) Sobreposição cíclica; (b) solução (a) (b)