Computação Gráfica: Aula5: Rendering e Rasterização psergio psergio@fei.edu.br

Computação Gráfica: Aula5: Rendering e Rasterização

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Conteúdo:

Rendering Fases do Processo de Realismo Visual Realismo por Passadas Acabamentos não-fotográficos Rasterização

Algoritmo de Bresenham para traçado de linhas Rasterização de Polígonos Preenchimento de polígonos por scanline Remoção de Linhas e Superfícies Escondidas

Biografia: Computação Gráfica: Teoria e Prática; Eduardo Azeredo e Aura Conci; Editora Campus; (Volume Antigo!!!)

O que é o Rendering

A computação gráfica trata da síntese de imagens através do computador. Sintetizar uma imagem não é mostrá-la no computador digitalmente a partir da captura de algo existente. Isso é tratado no Processamento de Imagens. Sintetizar uma imagem (uma cena ou um objeto) é criá-la em termos da definição dos dados dos objetos que a compõe. Isso se faz a partir da geometria da cena, das informações sobre os materiais de que são feitos os objetos (suas cores e suas texturas), das condições de iluminação ambiente; e da posição de observação da cena. Nesse processo de criação sintética, é denominado rendering a fase de Introdução nas cenas, do realismo fotográfico.

Basicamente, podemos descrevê-la por “realismo visual”. Podemos interpretar o processo de rendering como o de converter dados em uma imagem realística ou simplesmente sintetizar um objeto ou cena até ter-se deles uma aparência de algo real e não de formas inteiramente criadas no computador.

Exemplos de Rendering

Exemplos de Rendering

Exemplos de Rendering

Rendering

Rendering

Fases do Processo de Realismo Visual

• Construção do modelo• Transformações lineares• Eliminação de polígonos ou faces escondidas• Clipping• Rasterização• Culling• Coloração, Textura e Iluminação

Realismo por passadas

• Vantagens do realismo por passadas:

a) economia de memória

b) facilidade de introdução de modificações

c) maior utilização das imagens estáticas

d) pode eliminar o anti-alizing

e) integração

f) reciclagem

g) deph of field (simulação de foco)

h) glows (incandescência)

Realismo por passadas

• Tipos de passadas:

a) Cores

b) Iluminação

c) Reflexões

d) Sombras

e) Efeitos Especiais

f) Profundidade

RasterizaçãoProcesso de conversão da representação vetorial para a matricial.

Rasterização de Retas

Algoritmo de Bresenham para Traçado de Linhasx = x1

y = y1

Dx = x2 – x1

Dy = y2 – y1

m = Dy/Dx

e = m – 1/2

for i = 1 to Dx do

desenhaPonto(x,y)

while e >= 0 do

y = y + 1

e = e – 1

end while

x = x + 1

e = e + m

end for

Rasterização de Polígonos

O processo de determinar quais pixels serão desenhados no preenchimento é

chamado conversão de varredura (scan conversion), e mostrado na Figura 7.6.B. A scan line 4, por exemplo, pode ser dividida nas regiões x < 1 (fora do polígono), 1 <= x <= 4 (dentro do polígono), 4<x<6 (fora do polígono),

6 <= x 8 (dentro do polígono) e x > 8 (fora do polígono).

Algoritmo DDA para rasterização de Poligonos

Se abs(x2 – x1) >= abs(y2 – y1) então

Tamanho = abs(x2 – x1)

else

Tamanho = abs(y2 – y1)

end if

{seleciona o maior dos valores entre Dx e Dy como unidade rasterização}

Dx = (x2 – x1) / Tamanho

Dy = (y2 – y1) / Tamanho

i = 1

Enquanto i <= Tamanho faça

DesenhaPonto( x, y) {Arredonda x e y: valor arredondado de x e y}

x = x + Dx

y = y + Dy

i = i + 1

Fim Enquanto

Remoção de Linhas e Superfícies Escondidas

Remoção de Linhas e Superfícies Escondidas

Remoção de Linhas e Superfícies Escondidas

Os diferentes algoritmos deverão realizar as seguintes tarefas:

•Ler as coordenadas tridimensionais do objeto e armazená-las em forma de matriz.

•Localizar no espaço 3D a posição do observador, através da qual definirá os parâmetros de visibilidade.

•Calcular o vetor normal 3D de cada face do objeto.

•Calcular o vetor da linha de visibilidade para cada face do objeto. Esse vetor é definido pela ligação de algum ponto da face ao observador.

Remoção de Linhas e Superfícies Escondidas

•Realizar o teste de visibilidade. Isso é feito verificando a magnitude do ângulo formado pela normal à face em consideração e a linha de visibilidade. Esse é o ângulo identificado com a letra grega beta ß. Se o valor absoluto do ângulo ß estiver entre 90° e 180°, a superfície estará invisível. A superfície estará visível se esse ângulo estiver entre –90° e 90°. O teste de visibilidade é feito através do ângulo em um dos lados de um cubo. O teste de visibilidade é o ponto central do algoritmode culling.

Remoção de Linhas e Superfícies Escondidas

•Definir os vértices (ou cantos) das faces do objeto e armazená-los de formamatricial (raster).

•Verificar os vértices (ou cantos) visíveis, com seus respectivos posicionamentos.

•Traçar as arestas das faces visíveis, que revelarão o objeto como enxergado de um determinado ponto de vista. Se desejado, é possível traçar também as linhas não-visíveis (tracejadas ou não) naquele ponto de vista.

Hidden Surface Removal (HSR): Algoritmos de remoção de superfícies escondidas

•Algoritmo de Visibilidade por Prioridade ou Algoritmo do Pintor;

•Algoritmo de Eliminação de Faces Ocultas pelo Cálculo da Normal;

•Algoritmo Z-Buffer.

Algoritmo de Visibilidade por Prioridade ou Algoritmo do Pintor

Usando uma linha simplificada de raciocínio como: se um objeto “A” bloqueia a visão de um objeto “B” e ambos os objetos encontram-se na mesma linha de visão do observador, então o objeto “B” está mais distante do observador que o objeto “A”, é possível criar um algoritmo que calcule a distância dos objetos ao observador, e que dê prioridade à visualização dos objetos mais próximos ao observador.

•Calcula-se a distância ao observador de todas as faces poligonais da cena (quechamaremos de D);

•Ordenam-se todos os polígonos pelo valor da sua distância ao observador,D;

•Resolvem-se as ambigüidades nos casos em que as distâncias ao observador(D) de dois polígonos forem iguais (verificando se ocupam as mesmas posiçõesrasterizadas ou não);

•Desenham-se primeiro os polígonos que tiverem mais distantes do observador(ou seja, os que tiverem maior valor de D).

Algoritmo de Visibilidade por Prioridade ou Algoritmo do Pintor

Eliminação de Faces Ocultas pelo Cálculo da Normal

• Ler as coordenadas do objeto no espaço tridimensional, considerando umponto de referência e armazená-las em forma de matriz;

• Localizar no espaço a posição do observador, através da qual serão definidos os parâmetros de visibilidade;

• Calcular o vetor normal de cada face do objeto;

• Calcular o vetor da linha de visibilidade para cada face do objeto;

• Realizar o teste de visibilidade calculando o produto escalar entre os dois vetores: Se n . l > 0, a face estará visível Se n . l < 0, a face estará invisível

• Definir os cantos das faces do objeto e armazená-los em forma matricial;

• Verificar os cantos visíveis, com seus respectivos posicionamentos;

• Traçar as arestas das faces visíveis, que revelarão o objeto como observado deum determinado ponto de vista. Se desejável, é possível traçar também as linhasnão-visíveis naquele ponto de vista.

Algoritmo Z-Buffer

O algoritmo z-buffer, desenvolvido inicialmente por Catmull [Catmull, 74], é umdos algoritmos de determinação de visibilidade de superfícies mais simples de seimplementar, tanto em software quanto em hardware, e hoje é o mais popular dentreos algoritmos de HSR. Porém, apresenta alto custo de memória e processamento.Requer a alocação de até dois buffers, ou matrizes, em memória, com dimensõesidênticas à tela de apresentação, normalmente denominados buffers de Imagem e deProfundidade.

• Criar e inicializar com a cor de fundo um array bidimensional, que conterá ainformação de cada pixel da tela;

• Inicializar o array com o valor da máxima profundidade;

• Achar a coordenada z para cada ponto do polígono;

• Testar a profundidade z de cada ponto da superfície para determinar a maispróxima do observador;

• Atualizar o valor nos arrays se z estiver mais próximo do observador.

Algoritmo Z-Buffer

Para cada polígono P da cena Para cada pixel (x, y) de um polígono P computar z_depth na posição x, y se z_depth < z_buffer (x, y) então defina_pixel (x, y, color) troque o valor : z_buffer (x, y) = z_depth