Aula 10 11 - terceira dimensao

Sistemas e Aplicações

Multimídia

Maio - 2015

Professor: Giomar Sequeiros O.

Email: [email protected]

Conteúdo

Terceira Dimensão

Aula 10 e 11

Computação Gráfica Tridimensional

Sistemas e Aplicações Multimídia 2

Formatos Tridimensionais

Modelagens tridimensionais: Consiste na construção de

uma base de dados que contém a descrição geométrica da

cena.

Os formatos de arquivos mais tradicionais são:

• DXF – Padrão tridimensional do AutoCAD

• IGES – Padrão CAD, independente de fabricante.

• 3DS – Formato binário do Autodesk 3D Studio.

• VRML – Realidade virtual na Internet.

• X3D – baseado em XML, apontado como sucessor de

VRML


Funções de um editor gráfico 3D

- Criação de primitivas 3D

- Construção de estruturas gráficas 3D

- Transformações lineares e não lineares.

- Visualização básica 3D.


Cenas tridimensionais

Podem utilizar o mesmo conceito das figuras bidimensionais,

mas com transformações lineares tridimensionais. A rotação

tem como referência uma reta que serve de eixo.


Transformações básicas: Sistemas de Coordenadas Representam uma forma de indexar e localizar elementos no

espaço (que é 3D). Os Eixos com orientação formam o

Sistema de Coordenadas Cartesianas. Dado um ponto P, ele

é definido por uma tripla de coordenadas (x,y,z)


Transformações básicas : TranslaçãoA translação em 3D pode ser vista como simplesmente uma extensão a

partir da translação 2D, ou seja, sua representação em coordenadas

homogêneas fica da seguinte forma:

onde dx, dy e dz representam o vetor de translação; x, y e z as

coordenadas iniciais e x’, y’ e z’ as coordenadas finais. Simplificando para

cada eixo fica:


Transformações básicas : EscalaSua representação em coordenadas homogêneas fica da seguinte forma:

Onde sx, sy e sz representam o vetor de fator de escala. Simplificando

para cada eixo fica:


Transformações básicas : RotaçãoEm 2D, a rotação se dá em torno de um ponto (1D). Em 3D é necessário

especificar uma reta (2D), em torno da qual a rotação ocorrerá


Transformações básicas : RotaçãoA equação em da rotação em torno do eixo z é dada por:

Em coordenadas homogêneas, ela segue como:


Transformações básicas : RotaçãoA equação em da rotação em torno do eixo x é dada por:



Transformações básicas : RotaçãoA equação em da rotação em torno do eixo y é dada por:



Transformações básicas


Exemplo de Editores 3D

• 3D Studio Max: da Autodesk, usado em jogos e

visualização arquitetônica (Windows).

• Soft Image 3D: usado em cinema e televisão (Windows e

linux).

• Maya, da Autodesk usado em cinema e televisão (Windows

e linux).

• Blender, opensource, multiplataforma


3D Max Studio


Maya


Blender


Métodos de representação tridimensional• Modelos geométricos

• Superfícies poligonais

• Superfícies curvas

• Representação de varredura

• Geometria sólida construtiva

• Modelos procedimentais

• Modelos volumétricos


Modelos geométricos

• Contém informação da geometria de uma cena: objetos,

faces, arestas, vértices.

• Podem ser construídos com editores 3D internos ou

externos a um sistema de animação 3D;

• Contém informação adicional sobre a natureza das

superfícies (cor, material, texturas, etc)


Superfícies poligonais

• Compostas por vértices, arestas, normais e faces;

• Malhas poligonais: superfícies poligonais abertas;

• Poliedros: superfícies poligonais fechadas

• Normais: direções perpendiculares as faces.






Normais às faces de um cubo



Normais a um vértice de um cubo

Superfícies curvas

• A conversão para polígonos só é feita no instante de

elaboração:

• Permite adaptar a resolução poligonal à resolução da

tela

• Preservam a geometria exata dos objetos

• Importante para gerar dados para a fabricação

• Podem também ser mais eficientes.

• Figuras que teriam que ser representadas por modelos

poligonais muito grandes.


Superfícies curvas

• Superfícies cónicas

• Esferas, elipses, cilindros, cones, etc

• Superfícies cúbicas

• Superfícies de bezier, “splines”, etc


Superfícies curvas

Retalho cúbico


Superfícies curvas

Superfície cúbica


Geometria sólida construtiva

• Operações booleanas sobre sólidos básicos

• Uso conceitualmente fácil

• Nem sempre produz resultados esperados

• Dissonância com modelos baseados em superfícies



Operação de geometria sólida construtiva



União



Diferença



Interseção



Várias operações




https://www.youtube.com/watch?v=dCckl1gw8wo

Representações de varredura

• Gerada por deslocamento de uma forma 2D ao longo de

uma trajetória

• Descolamento paralelo: extrusão

• Revolução em torno a um eixo: Superfícies de revolução



• Exemplo: extrusão



• Exemplo: superfície de revolução



• Exemplo: superfície de revolução


Modelagem 3D: Modelos procedimentais• Descrevem objetos de geometria muito complexa

• Os objetos são descritos por algoritmos

• Adequados para imitar muitos fenômenos naturais

• O grau de detalhe pode ser controlado para evitar tempos

excessivos de elaboração


Tipos Modelos procedimentais

• Fractais: relevo, hidrografia, formas abstratas;

• Graftais: plantas;

• Sistemas de partículas: fogo, névoa, vapores;

• Modelos físicos: baseadas nas propriedades

físicas de objetos reais.



• Fractais



• Montanha fractal



• Gractal


Exemplo Fractais


https://www.youtube.com/watch?v=S530Vwa33G0


• Sistema de partículas



https://www.youtube.com/watch?v=dNaQ60tVumY

Exemplo Sistema de partículas

Modelagem tridimensional: Modelos volumétricos

• Descrevem tanto a superfície como o interior

dos objetos;

• O espaço é dividido em cubos elementares

(voxels), com cor e transparência individuais;

• Adequados para a reconstituição de objetos

naturais: tomografias, sub-solos.



Enumeração exaustiva



Decomposição em Células


Elaboração tridimensional: Rendering

• Elaboração de imagens (“rendering”):

• Obtenção de imagens representativas de projeções da

cena 3D;

• Constitui normalmente a etapa de produção mais

intensiva em processamento, mas não precisa de

intervenção manual.


Elaboração tridimensional: Rendering


https://www.youtube.com/watch?v=HjHiC0mt4Ts

Elaboração tridimensional: Elementos da elaboração

• Modelos da cena, incluindo geometria e materiais;

• Câmeras e luzes;

• Parâmetros da imagem: resolução, canais, grau de foto-

realismo.


Elaboração tridimensional: Modalidades

• Elaboração em fio-de-arame: geração de vistas da

geometria, para fins de modelagem;

• Elaboração preliminar: geração de imagens para

avaliação;

• Elaboração definitiva: geração de imagens para pós-

produção e gravação.



• Elaboração em fio-de-arame:



• Elaboração preliminar :


Elaboração tridimensional: Iluminação

Determina a intensidade de cada canal, de cada pixel e de

cada imagem, dados:

• A geometria e materiais da cena;

• Os parâmetros das câmeras;

• Os parâmetros das luzes;

• Os parâmetros das imagens.



Iluminação original



Iluminação reduzida



Iluminação de refletor



Coloração chapada



Coloração de Gouraud:



Coloração de Phong:



Comparação de técnicas de elaboração :


Modelo Qualidade Aplicação

Chapado Baixa Pré-visualização, realce das facetas

Gouraud Média Uso normal

Phong Alta Melhor reprodução dos pontos brilhantes

Elaboração tridimensional: Texturas

• Simulam detalhes complexos através da projeção de

imagens 2D sobre uma superfície;

• Permitem efeitos atraentes, mas aumentam muito o

tempo de elaboração;

• As imagens 2D podem também ser usadas para simular

a rugosidade 3D.



Aplicação de texturas



Aplicação de imagem



Mapa de rugosidade


Elaboração tridimensional: Sombras, reflexos e refrações

• Contribuem em muito para o realismo aparente;

• Normalmente calculadas por métodos aproximados;

• O cálculo segundo as leis da ótica requer o

rastreamento de raios.



Cena com dois objetos



Transparência


Realidade Virtual


Realidade Virtual

• Ambiente artificial apresentado a um usuário de forma a

que se assemelhe o mais possível a um ambiente real;

• Sistemas mais avançados são imersivos;

• Sistemas para grupos: mundos virtuais;

• Avatares: representações dos usuários.


Realidade Virtual


Realidade Virtual


Second life

Realidade Virtual: Sistemas imersivos

• Monitores gráficos miniaturizados:

• Em óculos especiais ou capacetes;

• Apresentam uma imagem para cada olho, criando

tridimensionalidade;

• Dispositivos que monitoram as ações do usuário:

• Óculos e capacetes que sentem os movimentos da

cabeça;



• Sensores de tato (dispositivos hápticos):

• Luvas e trajes sensores;

• Possivelmente com feedback de força para dar

ilusão de solidez.




Dispositivos hápticos

Realidade Virtual


https://www.youtube.com/watch?v=XECqdtdY-Gc


https://www.youtube.com/watch?v=V34gCw4fyLs

Realidade Virtual

Realidade Virtual: VRML

VRML: É uma linguagem textual que descreve a geometria e

outros parâmetros necessários para a elaboração de cenas

tridimensionais na WEB.

Os visualizadores normalmente são instalados como plug-ins

nos navegadores.



• Primitivas gráficas;

• Definição de materiais:

• Texturas;

• Transformações de translação, rotação e mudança de

escala;

• Instanciação de símbolos gráficos;

• Definição de luzes;

• Definição e posicionamento de câmeras;



• As cenas são compostas por nodos, que descrevem os

objetos e as propriedades.

• Cada tipo de nodo (type) contém campos (fields), eventos

(events) e pode se comunicar (routes) com outro nodos.

• São exemplos de nodos: Esfera, cubo, luz, som,

coordenadas, extrusão, colisão...



Cada nodo apresenta as características.

• Tipo: Box, Color, Group, Sphere, Sound, etc,

• Atributos: que diferem um nodo de outro.

• Eventos: Recebem e enviam alterações no seu

estado (ou alteram o estado de outros).

• Implementação: Define os eventos gerados, como reage a

eventos que recebe e a suas características visuais no

mundo virtual.

• Nome: para fazer referência a uma instância específica.



• Os nodos do tipo “Shape” são básicos para a construção

dos objetos.

• Eles associam os nodos geométricos aos nodos que

definem a característica visuais dos objetos.

Por exemplo:

Shape

{

geometry cone = objeto.

appearance Appearance = aparência.

material Material = Material.

}






Bibliografia Recomendada

Eduardo Azevedo e Aura Conci,Computacao Grafica :Teoria e Pratica vol. 1 e vol. 2. Rio de Janeiro, 2009.

Básica


Bibliografia Recomendada

PAULA FILHO, Wilson de Pádua. Multimídia: Conceitos e Aplicações. 2. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2014. .

Básica


Bibliografia RecomendadaComplementar

MARTINO, Luis M. S.. TEORIA DAS MIDIAS DIGITAIS.

1ª ed. : VOZES, 2014.

FOROUZAN, Behrouz A.. A comunicação

de dados e redes de computadores. 1ª

ed. Rio de Janeiro: McGraw

COMER, Douglas; BARCELLOS, Marinho. Redes de

Computadores e Internet : abrange transmissão de

dados, ligação inter-redes e web.. 4ª ed. Porto Alegre:

Bookman, 2007.


Material, Comunicação e Critérios de Avaliação

Avaliação I (Peso 4,0)

- Prática : 2,00 (ATPS)

- Prova: 8,00

- Lista de exercícios: 1,00 (Opcional)

Avaliação II (Peso 6,0)

- Prática : 2,00 (ATPS)

- Prova escrita oficial: 8,00

- Lista de exercícios: 1,00 (Opcional)

Frequência igual ou superior a 70%.


Média final >=6 (Não existe arredondamento)

Documents

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