5. Grafiikkaliukuhihna: (1) geometriset operaatiot

Samankaltaiset tiedostot
Luento 3: 3D katselu. Sisältö

1. Matemaattiset perusteet

Osoita, että kaikki paraabelit ovat yhdenmuotoisia etsimällä skaalauskuvaus, joka vie paraabelin y = ax 2 paraabelille y = bx 2. VASTAUS: , b = 2 2

Konformigeometriaa. 5. maaliskuuta 2006

12. Derivointioperaattoreista geometrisissa avaruuksissa

Tietokonegrafiikka. Jyry Suvilehto T Johdatus tietoliikenteeseen ja multimediatekniikkaan kevät 2014

2.2. Kohteiden konstruktiivinen avaruusgeometrinen esitys

Luento 2 Stereokuvan laskeminen Maa Fotogrammetrian perusteet 1

10.2. Säteenjäljitys ja radiositeettialgoritmi. Säteenjäljitys

Pyramidi 4 Analyyttinen geometria tehtävien ratkaisut sivu 352 Päivitetty Pyramidi 4 Luku Ensimmäinen julkaistu versio

1 Kompleksiluvut 1. y z = (x, y) Kuva 1: Euklidinen taso R 2

Koordinaatistot 1/6 Sisältö ESITIEDOT: reaaliluvut

3.1 Lineaarikuvaukset. MS-A0004/A0006 Matriisilaskenta. 3.1 Lineaarikuvaukset. 3.1 Lineaarikuvaukset

1.1 Vektorit. MS-A0007 Matriisilaskenta. 1.1 Vektorit. 1.1 Vektorit. Reaalinen n-ulotteinen avaruus on joukko. x 1. R n. 1. Vektorit ja kompleksiluvut

T Vuorovaikutteinen tietokonegrafiikka Tentti

Riemannin pintojen visualisoinnista

Piste ja jana koordinaatistossa

Luento 7: 3D katselu. Sisältö

MS-A0003/A0005 Matriisilaskenta Malliratkaisut 4 / vko 47

Toisen asteen käyrät 1/7 Sisältö ESITIEDOT: käyrä, kartio ja lieriö

Luento 4: Kiertomatriisi

Sisältö. Luento 1: Transformaatiot (2D) 1. Koordinaattimuunnokset. Muunnokset (jatkuu) 2. Perustransformaatiot. Perustransformaatiot (jatkuu)

Tampereen yliopisto Tietokonegrafiikka 2013 Tietojenkäsittelytiede Harjoitus

z Im (z +1) 2 = 0. Mitkä muut kompleksitason pisteet toteuttavat tämän yhtälön? ( 1) 0 z ( 1) z ( 1) arg = arg(z 0) arg(z ( 1)), z ( 1) z ( 1)

DI matematiikan opettajaksi: Täydennyskurssi, kevät 2010 Luentorunkoa ja harjoituksia viikolle 11: ti klo 13:00-15:30

Monikulmiot 1/5 Sisältö ESITIEDOT: kolmio

ja siten kyseisen symmetriaryhmä on toinen dihedraaliryhmä (D 2 )

6.6. Tasoitus ja terävöinti

Tampereen yliopisto Tietokonegrafiikka 2013 Tietojenkäsittelytiede Harjoitus

3 Suorat ja tasot. 3.1 Suora. Tässä luvussa käsitellään avaruuksien R 2 ja R 3 suoria ja tasoja vektoreiden näkökulmasta.

7.4 PERUSPISTEIDEN SIJAINTI

POHDIN - projekti. Funktio. Vektoriarvoinen funktio

102 Käyrä. Piste ( 3,0 ) on käyrällä, jos ja vain jos sen koordinaatit. Siis piste ( 1, 2) Siis piste ( 3,0 ) ei ole käyrällä.

Kartio ja pyramidi

Lineaarikuvausten. Lineaarikuvaus. Lineaarikuvauksia. Ydin. Matriisin ydin. aiheita. Aiheet. Lineaarikuvaus. Lineaarikuvauksen matriisi

Vektorit, suorat ja tasot

y z = (x, y) Kuva 1: Euklidinen taso R 2

Matriisilaskenta, LH4, 2004, ratkaisut 1. Hae seuraavien R 4 :n aliavaruuksien dimensiot, jotka sisältävät vain

Malleja ja menetelmiä geometriseen tietokonenäköön

Suoran yhtälöt. Suoran ratkaistu ja yleinen muoto: Suoran yhtälö ratkaistussa, eli eksplisiittisessä muodossa, on

4. Esittäminen ja visualisointi (renderöinti)

Vektorien pistetulo on aina reaaliluku. Esimerkiksi vektorien v = (3, 2, 0) ja w = (1, 2, 3) pistetulo on

Avaruuden muunnokset Jukka Liukkonen 24. joulukuuta 2009

Suora 1/5 Sisältö ESITIEDOT: vektori, koordinaatistot, piste

Tilanhallintatekniikat

10. Esitys ja kuvaus

MS-A0002 Matriisilaskenta Luento 1:Vektorit ja lineaariyhdistelyt

normaali- ja leikkaus jännitysten laskemiseen pisteessä Määritetään ne tasot, joista suurimmat normaali- ja leikkausjännitykset löytyvät

Muodonmuutostila hum

Symmetrioiden tutkiminen GeoGebran avulla

Mat. tukikurssi 27.3.

kaikki ( r, θ )-avaruuden pisteet (0, θ ) - oli θ

Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Mallit 2 (alkuviikko) / Syksy 2016

Insinöörimatematiikka D, laskuharjoituksien esimerkkiratkaisut

13. Värit tietokonegrafiikassa

MS-A0205/MS-A0206 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 10: Napa-, sylinteri- ja pallokoordinaatistot. Pintaintegraali.

Derivaatta: funktion approksimaatio lineaarikuvauksella.

12.5. Vertailua. Silmäillään laskostumisen estoa tietokonegrafiikan kannalta. Kuva luonnehtii vaihtoehtoja.

Insinöörimatematiikka D

Geometriset avaruudet Pisteavaruus, vektoriavaruus ja koordinaattiavaruus

=p(x) + p(y), joten ehto (N1) on voimassa. Jos lisäksi λ on skalaari, niin

Radiotekniikan sovelluksia

3.2 Matriisien laskutoimitukset. 3.2 Matriisien laskutoimitukset. 3.2 Matriisien laskutoimitukset. 3.2 Matriisien laskutoimitukset. Olkoot A 2 := AA =

1 2 x2 + 1 dx. (2p) x + 2dx. Kummankin integraalin laskeminen oikein (vastaukset 12 ja 20 ) antaa erikseen (2p) (integraalifunktiot

Kuva 1: Tehtävä 1a. = 2π. 3 x3 1 )

T Tietotekniikan peruskurssi: Tietokonegrafiikka. Tassu Takala TKK, Tietoliikenneohjelmistojen ja multimedian laboratorio

Jos γ on tylppä, niin. c 2 = h 2 + (b + s) 2 = a 2 s 2 + (b + s) 2 = a 2 + b 2 + 2bs

(ks. kuva) ja sen jälkeen x:n ja y:n suhteen yli xy-tasossa olevan alueen projektion G:

Pyhäjoen kunta ja Raahen kaupunki Maanahkiaisen merituulivoimapuiston osayleiskaava

11.4. Rakenteellista käsittelyä tilavuusrenderöintialgoritmeissa

10. Globaali valaistus

T Johdatus tietoliikenteeseen ja multimediatekniikkaan: Tietokonegrafiikka. Tassu Takala. Mediatekniikan laitos

Ellipsit, hyperbelit ja paraabelit vinossa

3.1 Lineaarikuvaukset. MS-A0007 Matriisilaskenta. 3.1 Lineaarikuvaukset. 3.1 Lineaarikuvaukset

Materiaalifysiikan perusteet P Ratkaisut 1, Kevät 2017

11. Tilavuusrenderöinti

3. Harjoitusjakso I. Vinkkejä ja ohjeita

Luento 6: Piilopinnat ja Näkyvyys

Luento 7: Lokaalit valaistusmallit

Matematiikan peruskurssi (MATY020) Harjoitus 7 to

Teoreettisia perusteita I

Luento 2: Transformaatiot (2D)

Selvästi. F (a) F (y) < r x d aina, kun a y < δ. Kolmioepäyhtälön nojalla x F (y) x F (a) + F (a) F (y) < d + r x d = r x

14 Monikulmiot 1. Nimeä monikulmio. a) b) c) Laske monikulmion piiri. a) 30,8 cm 18,2 cm. Laske sivun x pituus, kun monikulmion piiri on 25,0 cm.

9. Harjoitusjakso III

MS-A0202 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (SCI) Luento 10: Moninkertaisten integraalien sovelluksia

Luento 3: Transformaatiot (2D)

3D-Maailman tuottaminen

Luku 6: Grafiikka. 2D-grafiikka 3D-liukuhihna Epäsuora valaistus Laskostuminen Mobiililaitteet Sisätilat Ulkotilat

LUKU 10. Yhdensuuntaissiirto

Grafiikka 205. Tässä luvussa käsitellään geometriaa ja graafisia kohteita. Mukana on pääosin alkeisoperaatioita.

Usean muuttujan funktiot

Objektien deformaatiot

KOMPLEKSILUVUT C. Rationaaliluvut Q. Irrationaaliluvut

Tässä osassa ei käytetä laskinta. Selitä päätelmäsi lyhyesti tai perustele ratkaisusi laskulausekkeella, kuviolla tms.

Vektorialgebra 1/5 Sisältö ESITIEDOT: vektori

Matriisit ja vektorit Matriisin käsite Matriisialgebra. Olkoon A = , B = Laske A + B, , 1 3 3

Luento 5 Mittakuva. fotogrammetriaan ja kaukokartoitukseen

Luento 7: Fotogrammetrinen mittausprosessi

Transkriptio:

5. Grafiikkaliukuhihna: () geometriset operaatiot Johdanto Grafiikkaliukuhihnan tarkoitus on kuvata kolmiulotteisen kohdeavaruuden kuva kaksiulotteiseen kuva eli nättöavaruuteen. aikka kolmiulotteisiakin nättölaitteita on, kaksiulotteinen on tietsti tavallisin. 5. luku 25 Se ei ole vain tavanomaisissa kuvaputkinätöissä T:n kaltaisissa monitoreissa tai litteissä nätöissä, vaan mös virtuaalitodellisuuden katselulaitteissa, sillä näissä on kuvapari (ksi kumpaakin silmää varten) stereonäkmän luomiseksi, ts. svsvaikutelman aikaansaamiseksi. Seuraavassa tarkastellaan monikulmioverkkomalleja. Erilaiset kokonaisuuteen liittvät prosessit voidaan löhästi luokitella kahteen luokkaan: geometriset (tämä luku) ja algoritmiset (6. luku). Geometriset prosessit pitävät sisällään monikulmioiden kärkien käsittelä, niiden muunnoksia koordinaatistoavaruudesta toiseen ja osan monikulmioista poistamista. Renderöinti käsittää sävtksen ja tekstuurikuvaukset ja ovat edellistä laskennallisesti vaativampia. 5. luku 252 5.. Grafiikkaliukuhihnan koordinaattiavaruudet Kuvassa 5.. on kaavio, jossa siirrtään kolmiulotteisesta avaruudesta toiseen aina kuva avaruuteen asti, jossa renderöinti suoritetaan. asta tämän jälkeen lopuksi tulee kaksiulotteinen avaruus. Lokaalit eli mallintamiskoordinaattijärjestelmät Mallintamisen helpottamiseksi on kätevää tallentaa monikulmioverkkokohteen kärjet jonkin läheisen pisteen suhteen. Esim. asetetaan jokin kuution kärjistä origoon tai kiinnitetään pörähdskappaleen smmetriaakseliksi Z akseli. Tällöin monikulmion kärjet sijaitsevat kohteen lokaalissa koordinaatistossa. Mös monikulmion normaali ja kärkien normaalit tallennetaan siinä. Kärjille ja normaaleille voidaan tehdä lokaaleja muunnoksia. Kuva 5.. Kolmiulotteinen renderöintiliukuhihna. 5. luku 253 5. luku 254

Maailmankoordinaattijärjestelmä Kun kohde on mallinnettu, seuraava vaihe on sijoittaa se valmiiksi renderöintiä varten. Kun kullakin kohteella on oma lokaali lähtökoordinaatistonsa, ne pitää kuvata hteiseen globaaliin avaruuteen, maailmankoordinaatistoon. Kuvaukset tehdään muunnoksina tähän koordinaatistojärjestelmään, jossa kohteiden sijainnit tulee määrätä toisiinsa nähden. Mikäli kohdetta animoidaan, animointijärjestelmän tulee liittää ajasta riippuva muunnos kohteeseen. Avaruuden näkmää valaistaan. Tätä varten määritellään valolähteet. Mikäli sävts on tässä mukana, kse on lopullisesta muunnoksesta, jossa kohteen normaalit tulee käsitellä. Kohteen pinnan attribuutit, kuten, tekstuuri ja väri, määritellään mös. Kamera, silmä eli katselukoordinaatisto Kamera, silmä eli katselukoordinaatistossa perustetaan katseluparametrit (katselupiste ja suunta) ja katselutilavuus. Toisinaan sovelletaan virtuaalikameraa analogiana katselujärjestelmälle. Useimmat renderöintijärjestelmät matkivat eräänlaista (linssitöntä) tädellistä neulansilmäkameraa, jossa filmi olisi asetettavissa mille tahansa etäisdelle reiästä. Tietokonegrafiikan suhteen tällä analogialla on kuitenkin rajoituksia. 5. luku 255 5. luku 256 Hahmotellaan tilannetta ensin leisessä mielessä. Kuvassa 5.2. nähdään kohde pelkistettnä kahden katsojan suunnista; näkmä on luonnollisesti erilainen eri suunnista. Kuvassa 5.3. katsotaan kameran näkmää, ja kuvassa 5.4. mukaan on lisätt valolähde. Kuvassa 5.5. on esitett neulansilmäkameran periaate ja tästä vielä halkileikkaus kuvassa 5.6. Tästä tulee snteettinen kameramalli kuvassa 5.7. Edelleen tarkastellaan kuvassa 5.8. kameran kuvan siirtoa kameran eteen mallissa, jolloin saadaan tavallaan kuvan 5.9. tilanne. Lopuksi kuvassa 5.. pohditaan kuvan siirron vaikutusta näkmään. Kuva 5.2. äkmä nähtnä eri suunnista. Kuva 5.3. Kamerajärjestelmä. 5. luku 257 5. luku 258

Kuva 5.4. Kamerajärjestelmä ja valolähde. Kuva 5.6. Halkileikkaus neulansilmäkameran toiminnasta. Kuva 5.5. eulansilmäkameran periaate. Kuva 5.7. Snteettinen kameramalli. 5. luku 259 5. luku 26 Kuva 5.8. Ekvivalentteja näkmiä: (a) kameran kuva normaalissa paikassa ja (b) siirrettnä kameran eteen. Kuva 5.. Ikkunanäkmä (a) alkuperäisestä paikasta ja (b) ikkunan siirron jälkeen. Seuraavaksi silmäillään peruskatselukoordinaatistojärjestelmää. Tämä on katselukoordinaatiston ja muutamien käsitteiden, kuten katselutilavuus, hdistelmä. Kuva 5.9. Snteettisen kameran näkmä. 5. luku 26 5. luku 262

Yksinkertaisin järjestelmä käsittää osat: Katselupiste, joka määrää kuvitellun katsojan paikan maailmankoordinaatistossa. Tämä voi olla katselukoordinaatiston origo tai projektion keskipiste hdessä katselusuunnan kanssa. Katselukoordinaatisto määriteltnä katselupisteen suhteen. Katselutaso, jolle näkmän kaksiulotteinen projektio luodaan. Katkaistu katselupramidi (frustum), joka määrittelee näkökentän. Osat on esitett kuvassa 5.. Katselukoordinaatistossa U on katselusuuntana sekä vektorien ja U muodostama taso, joka on hdensuuntainen katselutason kanssa. Kuva 5.. Peruskatselujärjestelmä: (a) katselupiste C ja suunta, (b) katselutason normaali d ksikön päässä C:stä, (c) katselukoordinaatiston origo C ja akselit U ja, jonka taso on hdensuuntainen katselutason kanssa sekä (d) katselutilavuus, joka on C:n ja katselutasoikkunan muodostama katkaistu pramidi. 5. luku 263 5. luku 264 Olkoon origo pisteessä C. Määritellään katselutilavuus eli katkaistu pramidi, joka määrittää katselutasoon ikkunan. Tämä ikkuna käsittää kuvatason, jolle lopullinen kuva projisoidaan. irtuaalikamera analogiaa soveltaen kamera on asetettavissa mielivaltaisesti valittuun paikkaan maailmankoordinaatistossa ja suunnattuna mihin tahansa suuntaan sekä kierrettnä katselusuuntaan. Pisteiden siirtämistä varten maailmankoordinaatistossa tehdään koordinaatiston siirto, mikä jakautuu kahdeksi muunnokseksi, siirto ja kierto (ks.. lukua): v v = T v näkmä 5. luku 265 Tässä on: ja: T = T = RT näkmä U R = Kättäjän on määriteltävä C, ja. C on helppo määritellä. Katselusuunta tai katselutason normaali on annettavissa kahden pallokoordinaatiston (kuva 5.2.) kulman ja avulla, missä ovat: = sinθ cosϕ = sinθ sinϕ = cosθ U 5. luku 266 U

Kuva 5.2. Pallokoordinaatisto. on edellisiä hankalampi. Järkevä tapa on, että kättäjä määrää likimääräisen suunnan, josta järjestelmä laskee suunnan (kuva 5.3.). Tämä projisoidaan katselutasolle ja normoidaan. = ' ( ' ) Kuva 5.3. ektori on laskettavissa :n avulla. U on määrättävissä: U = 5. luku 267 5. luku 268