Ответы к экзамену Введение icon

Ответы к экзамену Введение


Скачать 249.88 Kb.
НазваниеОтветы к экзамену Введение
страница4/6
Размер249.88 Kb.
ТипОтветы к экзамену
1   2   3   4   5   6

^ 38. Методы создания реалистических изображений


Неопределённость восприятия

Нужно избавится от неопределённости

Методы удаления неопределённости

1) удаление скрытых поверхностей и линий

2) закраска видных поверхностей, освещение

3)текстурирование


1) основной трудностью создания реалистичного изображения является сложность реальных визуальных объектов

2) основная цель создания реалистичных изображений состоит в том при выводе на дисплей дать достаточно информации пользователю. Чтобы он однозначно понимал трёхмерные пространственные отношения между объектами.

3) 3-х мерные объекты приходится проецировать на плоскость

4) проецирование приводит к существенным потерям инфы а иногда и к неопределённости изображения

5) в перспективной проекции не теряется информация о глубине

6)размеры объекта обратно пропорциональны расстоянию от наблюдателя

7) вид объекта зависит от освещения

8)текстуры формируют фактуру объекта тем самым улучшая его идентификацию

Чем больше у пользователя информации об объекте тем он скорее сформирует для себя гипотезу объекта и хотя гипотеза формеруется и на самых примитивных уровнях представления, конечная цель его реалистичность.


^ 39. Удаление скрытых линий (HSR). Тезисы


Алгоритм удаления скрытых линий делится на 2 класса

1) Алгоритм отсечения в пространстве изображения

2) Алгоритм отсечения в пространстве объекта

Для первого класса объект рассматривается как совокупность

n угольных граней и необходимо определить какая грань видна в каждой точке разрешения экрана

кол-во операций N*K

где К – кол-во точек на экране.

для второго класс каждая из граней n сравнивается с остальными n-1 гранями

число операций n^2


Правила:

1) удаление должно проводиться в трёхмерном пространстве

2) сравнение по глубине сводим к выяснению закрывает ли одна из заданных точек другую, лежат ли точки на одном и том же проекторе (линия проецирования)




Ортографическая проекция х1 = х2, у1 = у2, z1 = z2

Перспективное проецирование x1/z1 = x2/z2, y1/z1 = y2/z2

Для упрощения алгоритмов можно пользоваться свойством выпуклости их оболочек.

Сначала смотрим пересекаются ли оболочки а потом смотрим на объекты.


40. HSR: алгоритм сортировки по глубине


1) Упорядочиваем многоугольники в соответствие с их z координатами

2) Разрешении всех неопределённостей которые возникают при перекрытии z оболочек

3)преобразование каждого из многоугольников в растровую форму производимая в порядке уменьшения их наибольшей z-координат


Разрешение неопределённостей

P u Q многоугольники

Каждая грань P сравнивается с гранью Q

Разрешить неопределённость можно из 5 тестов

Р- многоугольника с большей z координатой и если все тесты успешны


Тесты:

1) х оболочки многоугольников не перекрываются, поэтому многоугольники тоже не перекрываютя

2) то же самое только для y

3) Р целиком лежит с той стороны от плоскости q которая дальше от точки зрения

(необходимо построить уравнение плоскости в которой лежит Q и в него подставляем точки которые лежат на многоугольнике Р, если результат меньше 0 точка за плоскостью, если >0 то перед

4) Q целиком находится с той стороны от плоскости P которая ближе к точке зрения

5) Проекции многоугольников на плоскость ху не перекрываются (для этого необходимо попарно сравнить рёбра двух многоугольников проверить пересекаются их проекции или нет)


Ограничения, вводимые для предотвращения зацикливания

1) если многоугольник в конце, то он не может подвергаться повторному перемещению

2) если 1 из многоугольников рассёк на 2 плоскостью другого, то первоначальный многоугольник отбрасываем, а 2 новые части поменяем на соответствующие места


Главный недостаток многие поверхности могут быть нарисованы бесполезно.


41.HSR: алгоритм z-буфера. (км)


Для каждой точки храним не только цвет ну и глубину.

При занесении очередного пикселя в буфер кадра мы сравниваем его z значением с тем, что у нас есть и если его z значение меньше то он ближе, значит значение его компонент заполняется в буфер.


Главный недостаток: затраты памяти

Можно разделить экран на полосы вплоть до одной строки

Так как пиксели заносятся в буфер в произвольном порядке

Возникают трудности с реализацией эффекта прозрачности и антиальязинга

Общая схема алгоритма работы z-буфера

1) инициализируется кадровый и z- буфер,

2) вычисление преобразования каждого многоугольника в растр. форму для каждого пикселя растра вычисляется координата z

3) Если вычисленная глубина больше чем имеется в z буфера то атрибуты и глубина этого пикселя заносятся в z буфера, иначе ничего не происходит


42.HSR для криволинейных поверхностей


Квадратичные поверхности

a1*x^2 + a2*y^2 + a3*z^2 + a4*xy + a5*yz + a6*xz + a7*x + a8*y + a9*z + a10 = 10

сфера, элипсоид цилиндр конус

В общем случае пишут 2 уравнения их пересечение даёт уравнение 4-го порядка относительно x, y u z. Единственный численный метод

Эти уравнения параметризуются и доводятся до уравнения второго порядка

Алгоритмы пересечения сфер

2) параметрические бикубические поверхности производят параметрическое разбиение по парам s,t до тех пор пока проекция куска на экране не будет приблизительно равной размеру пикселя далее применяется алгоритм z буфера

Эффективно но медленно

3) разработаны алгоритмы построчного сканирования

y(s,t)-«альфа»=0 y = «альфа»

x(s,t)

z(s,t)


решается через численные методы, других способов нет

на сегодняшний день все алгоритмы движутся в сторону разбиения.


43.Физическая модель света


Свет – очень сложен, чтобы в совершенстве его смоделировать реализация любых графических принципов сводится к тому, что мы жертвуем качеством в угоду скорости.

Единичный фотон

Фотоны отрываются от источника энергии и прямолинейно распространяются в пространстве до тех пор, пока не произойдёт столкновении с внешним объектом в пространстве, если столкновение произойдёт,ч то произойдут следующие варианты

1) отражение (reflection)

2) поглощение (absorption)

3) преломление (refraction)

4) отклонение (diffraction)





Фотонов неопределённо много. Свет можно рассмотреть как непрерывный поток энергии. Можно применить статические законы. Таким образом, свет может быть легко смоделирован на компе.


4 вида информации, которую поучает мозг из изображения:


1) форма – внешний вид объекта, видимые границы и поля (резкие энергетические переходы)

2) Оттенки - плавные энергетические переходы

3) Движение - найти курсор двинув мышкой

4) цвет


44. Свет. Свойства света ( простейшие законы). (км)


Идеальный источник света – ни объема, ни размера, как точка, мгновенно включается и выключается. Включенный на очень короткий промежуток времени, источник испускает фотоны по сфере.




Рассмотрим зависимость от площади сферы. Яркость фрагмента обратно пропорциональна радиусу сферы

Brightness=k/(r^2), где k – яркость источника.

Применим ко всем источникам кроме лазера.

Закон косинуса (закон Ламберта)




Площадь сечения уменьшается пропорционально косинусу угла

Освещение можно выразить

Освещенность = cos(альфа)*Br


1) Поглощение – поглощается свет и нагревается поверхность, но нагревом мы можем пренебречь

2) Отражение – если отражение идеально, то мы фактически моделируем зеркало. Есть поверхности, которые рассеивают свет – матовые.

4) Рассеивание надо учитывать.

4) Преломление - зависит от свойств среды. Этот эффект не моделируется в основном, в идеале фотоны могут путешествовать очень долго, мы предположили что свет взаимодействует с поверхностью 1 раз!


45.Диффузное отражение и рассеянный свет.

Диффузно – отраженные поверхности, попадающий на них свет, отражают одновременно во всех направлениях. Яркость зависит только от того, под каким углом падает свет и не зависит, под каким углом смотрит наблюдатель.






Is - интенсивность точечного источника света (солнце).

Kd – коэффициент диф. Отражения.

В скалярном виде:



С учетом фонового света:

Интенсивность света от точечного источника падает обратно пропорционально квадрату расстояния  делим на R2:



k- корректирующая константа для расстояния.

d- расстояние от объекта до центра проекций.

Для представления диффузного отражения от цветных поверх­ностей уравнения записываются отдельно для голубого, пурпурного и желтого света, при этом константы отражения для этих цветов задаются тройкой чисел (kdc, kdm, kdy).


46.Свет. Зеркальное отражение.


Зеркальное отражение:



L – к точечному источнику света;

R – направление отраженного света;

Свойства блика зависят от угла α. Для идеальной поверхности отражение можно увидеть только тогда, когда угол равен α=0, при равенстве угла падения и угла отражения. Для неидеальных отражающих поверхностей интенсивность отраженного света резко падает с ростом α. Фонг предложил модель, что быстрое убывание интенсивности описывалось функцией , диапазон n~1-200 n – зависит от отражающей способности (от вида поверхности). Для идеального отражателя n бесконечно велико.

Зеркально отражаемая доля света W(Q); Q – количество падающего света, которое зеркально отражается в случае реальных материалов, зависит от угла падения Q.




Если и нормированы, то cosα=(*)

Часто в качестве W(Q) служит константа , которая выбирается таким образом, что бы получающиеся результаты были приемлемы с эстетической точки зрения, тогда уравнение можно записать следующим образом:



не зависит от цвета поверхности, а зависит от источника. Если источник света расположен в бесконечности, для заданного многоугольника произведение L*N является константой, так же как и R*V? Принимает различные значения на разных участках поверхности. Для вычисления этих скалярных произведений для каждого пэла сканирующей строки может потребоваться много процессорного времени, поэтому Фонг разработал эффективный метод их пошагового вычисления вдоль сканирующей строки.

Модель Торрэнса-Спэрроу, созданная инженерами светотехниками, представляет собой теоретически обоснованную модель отражающей поверхности в противоположность полученной эмпирически модели Фонга. В это модели предполагается, что поверхность является совокупностью микроскопических граней, каждая из которых – идеальный отражатель. Ориентация любой грани задается функцией распределения вероятностей Гаусса. Геометрические свойства граней, а также направление света (в предположении, что свет исходил от бесконечно удаленного источника и, следовательно, все лучи параллельны) определяют интенсивность и направление зеркального отражения как функции Ip, N, L и V. Эксперименты подтверждают хорошее соответствие между реальным отражением и тем, которое предсказано этой моделью.


47. Закраска полигональной сетки. Полосы Маха. (км)

Существуют три основных способа закраски объектов, заданных полигональными сетками. В порядке возрастания сложности ими являются:

1). Однотонная закраска.

2). Закраска, основанная на интерполяции значений интенсивности.

3). Закраска, построенная на интерполяции векторов нормали.

В каждом из этих случаев может быть использована любая из этих моделей закраски (диффузная или зеркальная) при цветной закраске нужно рассматривать не одно уравнение, а три. При однотонной закраске вычисляется один уровень интенсивности, который используется для закраски всего многоугольника. При этом предполагается что:

  1. источник света расположен в бесконечности, поэтому произведение N*L постоянно на всей полигональной грани.

  2. наблюдатель находится в бесконечности, поэтому произведение N*V постоянно на всей полигональной грани.

3. Многоугольник представляет реальную моделируемую поверхность, а не является аппроксимацией криволинейной поверхности.

Если какое-либо из первых двух предположений оказывается неприемлемым, можно воспользоваться усредненными значениями L и V, вычисленными, например, в центре многоугольника. Последнее предположение в большинстве случаев не выполняется, но оказывает существенно большее влияние на получаемое изображение, чем два других. Влияние состоит в том, что каждая из видимых полигональных граней аппроксимированной поверхности хорошо отличима от других, поскольку интенсивность каждой из этих граней отличается от интенсивности соседних граней. Различие в окраске соседних граней хорошо заметно вследствие эффекта полос Маха, открытого Махом в 1865 г. Этот эффект является одной из причин слишком резкого перепада интенсивности на всех граничных ребрах, на которых возникает нарушение непрерывности изменения самой величины ин­тенсивности или ее производной.


48. Метод закраски Гуро (интерполяция интенсивности). Преимущества и недостатки

Метод закраски, который основан на интерполяции интенсивности и известен как метод Гуро (по имени его разработчика), позволяет устранить дискретность изменения

интенсивности. Метод Гуро не позволяет полностью устранить перепады интенсивности. Процесс закраски по методу Гуро осуществляется в четыре этапа. На первом этапе вычисляются нормали к поверхности, на втором определяются нормали в вершинах путем усреднения нормалей по всем полигональным граням, которым принадлежит вершина (рис. 9). Если предполагается, что ребро видимо, определяются две нормали в вершинах (по шинам: nv = одной с каждой стороны ребра) путем отдельного усреднения

нормалей к многоугольникам с каждой стороны ребра. На третьем этапе, используя нормали в вершинах и применяя произвольный метод закраски, вычисляются значения интенсивности в вершинах. И наконец, на четвертом этапе каждый многоугольник закрашивается путем линейной интерполяции значений интенсивностей в вершинах сначала вдоль каждого ребра, а затем и между ребрами вдоль каждой сканирующей строки (рис. 10).

Интерполяция вдоль ребер легко объединяется с алгоритмом удаления скрытых поверхностей, построенным на принципе построчного сканирования. Для всех ребер запоминается начальная интенсивность, а также изменение интенсивности при каждом единичном шаге по координате у. Заполнение видимого интервала на сканирующей строке производится путем интерполяции между значениями интенсивности на двух ребрах, ограничивающих интервал. Для цветных объектов отдельно интерполируется каждая из компонент цвета.


49. Метод закраски Фонга (интерполяция нормалей). Преимущества и недостатки

В методе закраски, разработанном Фонгом, используется интерполяция вектора нормали N к поверхности вдоль видимого интервала на сканирующей строке внутри многоугольника, а не интерполяция интенсивности. Интерполяция выполняется между начальной и конечной нормалями, которые сами тоже являются результатами интерполяции вдоль ребер многоугольника между нормалями в вершинах. Нормали в вершинах в свою очередь вычисляются так же, как в методе закраски, построенном на основе интерполяции интенсивности. Как и выше, интерполяцию вдоль ребер можно выполнить поэтапно, вычисляя все три компоненты вектора нормали при переходе от каждой сканирующей строки к следующей. В каждом пикселе вдоль сканирующей строки новое значение интенсивности вычисляется с помощью любой модели закраски. Заметные улучшения по сравнению с интерполяцией интенсивности наблюдаются в случае использования модели зеркального отражения, так как при этом более точно воспроизводятся световые блики. Однако даже если зеркальное отражение не используется, интерполяция векторов нормали приводит к более качественным результатам, чем интерполяция интенсивности, поскольку аппроксимация нормали в этом случае осуществляется в каждой точке. В результате уменьшаются трудности, связанные с полосами Маха, однако значительно возрастают расходы. Общие черты и отличия методов Гуро и Фонга можно показать на примере цилиндрической поверхности, аппроксимированной многогранником (рис. 11). Пусть источник света находится позади нас. Проанализируем закрашивания боковых граней цилиндра.

Основные отличия можно заметить для закрашивания передней грани. Она перпендикулярна направлению лучей света. Поэтому нормали в вершинах этой грани располагаются симметрично — они образовывают попарно равные по абсолютной величине углы с лучами света. Для метода Гуро это обуславливает одинаковые интенсивности в вершинах передней грани. А раз интенсивности одинаковые, то и для любой точки внутри этой грани интенсивность одинакова (для линейной интерполяции). Это обуславливает единый цвет закрашивания. Все точки передней грани имеют одинаковый цвет, что, очевидно, неправильно.

Метод Фонга дает правильное закрашивание. Если интерполировать векторы нормалей передней грани, то по центру будут интерполированные нормали, параллельные лучам света (рис.12).

По методу Фонга центр передней грани будет светлее, чем края. Возможно, это не очень заметно на типографском отпечатке рисунка, однако это именно так. Чтобы закрасить куски бикубической поверхности, для каждого пиксела, исходя из уравнений поверхности, вычисляется нормаль к поверхности. Этот процесс тоже достаточно дорогой. Затем с помощью любой модели закраски определяется значение интенсивности. Однако прежде чем применить метод закраски к плоским или бикубическим поверхностям, необходимо иметь информацию о том, какие источники света (если они имеются) в действительности освещают точку. Поэтому мы должны рассматривать также и тени.


50. ТЕНИ

Алгоритмы затенения в случае точечных источников света идентичны алгоритмам удаления скрытых поверхностей! В алгоритме удаления скрытых поверхностей определяются поверхности, которые можно увидеть из точки зрения, а в алгоритме затенения выделяются поверхности, которые можно «увидеть» из источника света.

Поверхности, видимые как из точки зрения, так и из источника света, не лежат в тени. Те же поверхности, которые видимы из точки зрения, но невидимы из источника света, находятся в тени. Эти рассуждения можно легко распространить на случай нескольких источников света. Отметим, однако, что, используя такой простой подход, нельзя смоделировать тени от распределенных источников света. При наличии таких источников потребуется вычислять как тени, так и полутени. Поскольку алгоритмы затенения и удаления скрытых поверхностей одинаковы, представляется возможным обрабатывать описание объекта, используя лишь один из этих алгоритмов, последовательно применяя его к точке зрения и к каждому из точечных источников света. Совокупность полученных результатов позволяет определить, какие части объекта видимы наблюдателю и какие видны из одного или нескольких источников света. На основании этой информации осуществляется закраска сцены. Если правильно организовать вычислительный процесс, определение теней можно проводить лишь один раз для серии сцен, которые состоят из одних и тех же объектов, рассматриваемых с различных точек зрения. Источники света предполагаются неподвижными относительно объектов. Все это оказывается возможным потому, что тени не зависят от положения точки зрения.

В одном из способов построения тени к объекту добавляется второй,
1   2   3   4   5   6

Похожие:

Ответы к экзамену Введение iconОтветы к экзамену Введение
Кг – комплекс средств для создания, хранения и обработки объектов и их изображения на ЭВМ
Ответы к экзамену Введение iconОтветы на гиа 2013
Платные ответы отличаются от бесплатных тем, что платные ответы мы сами скидываем Вам в личку Вконтакте ответы фотографией. Цена...
Ответы к экзамену Введение iconВопросы к экзамену по дисциплине «История языка и введение в спецфилологию»
Основные лексико-грамматические и фонетические особенности языков сино-тибетской семьи
Ответы к экзамену Введение iconОтветы к экзамену по эри
Теоретическая метрология – раздел метрологии, предметом которого является разработка фундаментальных основ метрологии
Ответы к экзамену Введение iconОтветы к экзамену по дисциплине «Основы социальной работы»
Все, что ускользает из поля зрения науки, компенсируют другие формы духовного постижения мира и человека: искусство, нравственность,...
Ответы к экзамену Введение iconОтветы по биологии 8 класс будут выкладываться здесь
Смотрите фотоальбом "ответы к рабочей тетради" Внимание!!! Ответы будут не сразу,а постепенно или же сразу,но по запросу участников...
Ответы к экзамену Введение iconОтветы
При неэффективно­сти отхаркивающих и разжижающих средств рекомендовано проведение повторных лечебных бронхоскопий с аспирацией бронхиального...
Ответы к экзамену Введение iconВведение Основная часть
Я задумалась над вопросом, каков состав чая, содержит ли он витамины и какого его влияние на организм человека, я захотела найти...
Ответы к экзамену Введение iconОтветы для подготовки к экзамену по Уголовному Праву РФ
Понятие, предмет, метод, задачи и система уголовного права РФ. Соотношение уголовного права с другими отраслями права. Принципы уголовного...
Ответы к экзамену Введение iconВопросы для подготовки к экзамену по теоретической механике для студентов специальности мд, фп, рмпи, пгс, гсх
Введение в кинематику. Предмет кинематики. Кинематика точки. Векторный и координатный способ задания движения точки. Скорость и ускорение...
Ответы к экзамену Введение iconОбязанности сотрудника дпс
Если раньше ответы на эти вопросы были общими, теперь они четко прописаны в Административном регламенте, который доступен для всех...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Документы


При копировании материала укажите ссылку ©ignorik.ru 2015

контакты
Документы