Programa de Pós-Graduação em Matemática

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Universidade Federal de Alagoas Programa de Pós-Graduação em Matemática

  Macei´ o - Alagoas2008 Catalogação na fonte Universidade Federal de Alagoas Biblioteca Central Divisão de Tratamento Técnico Bibliotecária Responsável: Helena Cristina Pimentel do Vale B817m Brandão, Daniel Nicolau. Métodos de renderização não-fotorrealística / Daniel Nicolau Brandão.

1. Matemática aplicada. 2. Computação gráfica. 3. Renderização de modelo 3D

I. Título

  Por se concentrar apenas nos detalhes de maior interesse, a RNF apresenta algumas vantagens, tais como uma melhor visualiza¸c˜ao e entendimento dasimagens, um menor tempo de renderiza¸c˜ao, um menor espa¸co de armazena- mento, al´em da possibilidade de express˜oes art´ısticas. Dentro das diversas t´ecnicas de RNF vamos destacar dois tipos de ren- deriza¸c˜ao: a renderiza¸c˜ao n˜ao-fotorreal´ıstica de imagens e a renderiza¸c˜aon˜ao-fotorreal´ıstica de modelos 3D.

2.1 Renderiza¸c˜ ao de imagens

  Atrav´es dos vetores normais obtidos atrav´es do processamento descrito acima, o modelode ilumina¸c˜ao de Phong pode ser aplicado na imagem uma vez que as intensidades das fontes de luz (ambiente, difusa e especular), seuscoeficientes (difuso e especular) e as posi¸c˜oes do observador e da fonte de luz sejam definidos pelo animador. 2.1.1 Exemplos de M´ etodo de RNF de imagensUm trabalho recente nesta ´area ´e a coloriza¸c˜ao 3D para anima¸c˜ao 2D [10] que tem como principal tarefa prover um conjunto de t´ecnicas para per-mitir a coloriza¸c˜ao semi-autom´atica em estilos 2D/3D de uma seq¨ uˆencia Figura 2.8: Exemplo de coloriza¸c˜ao.

2.2 Renderiza¸c˜ ao de Modelos 3D

  Silhuetas Silhueta ´e o conjunto de arestas que formam o contorno de um Figura 2.9: (a) imagem original; (b) detec¸c˜ao de silhuetas; (c) segmenta¸c˜ao de cor; regi˜oes cont´ınuas de cor s´olida nesta imagem representam elementos individuais de segmenta¸c˜ao;(d) segmenta¸c˜ao de cor numa escala grosseira. Outra forma de calcular a silhueta ´e usando intuitivamente a defini¸c˜ao dada para malhas poligonais, que a silhueta ´e o conjunto de todas asarestas que conectam faces poligonais escondidas de faces poligonais vis´ıveis.

2 Contornos sugestivos DeCarlo e colaboradores [4] definem informalmen-

  Uma forma intuitiva para calcular arestas escondidas ´e: dada as nor- mais n 1 e n 2 das faces f 1 e f 2 adjacentes a uma aresta e respectiva- mente, seja u 1 = hC, n 1 i e u 2 = hC, n 2 i, onde C ´e a dire¸c˜ao da vis˜ao, se u < 0 e u < 0 ent˜ao e ´e uma aresta escondida, caso contr´ario, e 1 2 ´e uma aresta vis´ıvel. Ele foca-se em algoritmos de renderiza¸c˜ao baseados em strokes, com trˆes categorias principais de strokes: silhuetase linhas de dobras que forma a base dos desenhos de linha simples; decal strokesque sugere caracter´ısticas da superf´ıcie; e hatching strokes para conduzir ilumina¸c˜ao artificial e tonalidade.

3.1 M´ odulo Objeto

  Esse valor ´e chamado de intensidade da imagem e representa alguma propriedade, como cor, to-nalidade, brilho e outras, ou seja, ´e como se tiv´essemos uma tabela de correspondˆencia do n´ umero `as v´arias cores. Os modelos 3D podem ser representados por uma malha M = {V, A, F }, onde V ´e um conjunto de v´ertices, A ´e um conjunto de arestas e F ´e umconjunto de faces triangulares.

3.2 M´ odulo de Extra¸c˜ ao de Estruturas Morfol´ ogicas

  Isso sugere a defini¸c˜ao de um m´odulo chamado Extra¸c˜ao (figura 3.3) que tem como entrada um objeto (uma imagem ou um modelo 3D) e nos re-torna informa¸c˜oes da forma do objeto, como curvas esqueletos, regi˜oes, silhuetas, etc. Ao m´odulo de extra¸c˜ao de imagens podem ser associados os m´odulos de esqueletoniza¸c˜ao, extra¸c˜ao de curvas, c´alculo de normais, etc.

3.3 M´ odulo de Sombreamento

  A partir de diversas t´ecnicas de renderiza¸c˜ao n˜ao-fotorreal´ıstica, defin- imos dois sub-m´odulos a partir do m´odulo principal: O Shader de Con-tornos e o Shader de ´ Area. O m´odulo de Shader pode ser projetado como uma classe abstrata que possui duas subclasses: Shader de Contornos e Shader de ´ Areas; o que Al´em disso, associado ao m´odulo de shader h´a outros m´odulos como o de coloriza¸c˜ao que cont´em os m´odulos de ilumina¸c˜ao que devem ser usados noc´alculo de Coloriza¸c˜ao, como o modelo de Phong.

4.1 Esquema Geral do M´ etodo

  A entrada ´e um modelo poligonal 3D Figura 4.1: Arquitetura do sistema Na etapa de extra¸c˜ao ´e feito o c´alculo de uma ´area de vis˜ao: um arranjo de curvas em uma imagem plana, as quais sustentar˜ao todos os elemen-tos do desenho. Nossa escolha de ViewEdges como o elemento atˆomico no ViewMap nos d´a um compro-misso excelente entre a generalidade (´e tranquilamente poss´ıvel a cria¸c˜ao de strokes m´ ultiplos para descrever um ´ unico ViewEdge) e solidez (quandoposs´ıvel ou necess´ario um stroke pode atravessar ViewEdges m´ ultiplas, por exemplo um ´ unico stroke pode descrever o contorno externo de um objeto).

4.2 M´ odulo de Extra¸c˜ ao

  N´os calculamos as silhuetas da seguinte forma: para cada aresta, calcula-se as normais das faces adjacentes a ela e se o ˆangulo entre ovetor de vis˜ao e a normal de cada uma das duas faces tem sinais trocados, ent˜ao essa aresta ´e uma aresta silhueta (O segundo m´etodo de extra¸c˜aode silhuetas discutido na se¸c˜ao 2.2). Na figura 4.5 vemos um exemplo de um cubo quefoi aplicado esse tratamento de arestas escondidas nos contornos sugestivos previamente extra´ıdos: na esquerda, o cubo sem o tratamento e na direita,os mesmo contornos agora com o tratamento de arestas escondidas.

4.3 M´ odulo de Shader

  Na figura 4.7 podemos ver um exemplo de en- Figura 4.7: Exemplo de predicativos de encadeamento simples, aplicados a um conjunto de ViewEdges no contorno externo de um desenho. A figura 5.3 mostra a extra¸c˜ao do ViewMap de um objeto simples como cubo e a aplica¸c˜ao de atributos de cor e espessura de linha diferentes paraa silhueta e arestas vivas.

6.1 Conclus˜ oes

  O trabalho apresentou um esquema geral que pode ser usado para o desenvolvimentoe implementa¸c˜ao de m´etodos de renderiza¸c˜ao n˜ao-fotorreal´ıstica, que en- globando tanto a RNF de imagens quanto a RNF de modelos 3D. Essa casse ´e uma classe abstrata pois depende do objeto de en- Tamb´em foi discutido o trabalho de Gabri [1] sobre um m´etodo de renderiza¸c˜ao n˜ao-fotoreal´ıstica program´avel em desenhos de linhas.

6.2 Trabalhos Futuros

  A developers guide to silhouette algorithms for polygonal models . Estudo e compara¸c˜ao de algoritmos de esqueletoniza¸c˜ ao para imagens bin´ arias .

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