Bài giảng môn Đồ họa và hiện thực ảo - Bài 2: Các giải thuật sinh các thực thể cơ sở

Bài giảng trình bày những nội dung sau: The Rendering Pipeline - 3D, phép biến đổi Transformation, Rendering - Transformations, rời rạc hóa điểm ảnh, thuật toán DDA, giải thuật Bresenham, giải thuật trung điểm-Midpoint,... Mời các bạn cùng tham khảo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng môn Đồ họa và hiện thực ảo - Bài 2: Các giải thuật sinh các thực thể cơ sởCác giải thuật sinh các thực thểcơ sởRendering Pipeline: 3-DTransformIlluminateTransformClipProjectLe Tan Hunghunglt@it-hut.edu.vn0913030731RasterizeModel & CameraParametersThe Rendering Pipeline: 3-DzzModelingTransforms• Các điểm của hệ thống tọa độ 3D thế giới thựcLightingCalculations• Các điểm bóng theo mô hình chiếu sángViewingTransform• Các điểm trong mô hình hệ tọa độ Camera hay tọa độ điểm nhìnClipping• Các tọa độ điểm của vùng hình chóp cụt với điểm nhìn xác địnhz––Rendering: TransformationsModeling transforms–Modeling transformsViewing transformsProjection transforms• Điểm 22-D theo tọa độ màn hình sau phép chiếu được xén tỉaRendering: Transformations–Displayscreen space- không gian màn hìnhmodel space Không gian mô hình(a.k.a. object space or world space)3 loại phép biến đổi:–zFramebufferPhép biến đổi TransformationsScene graphObject geometryProjectionTransformRendering PipelinezSize, place, scale, and rotate objects parts of themodel w.r.t. each otherObject coordinates Æ world coordinatesViewing transform–Rotate & translate the world to lie directly in front ofthe camerazz–Typically place camera at originTypically looking down -Z axisWorld coordinates Æ view coordinatesYYXZXZ1Rendering: TransformationszProjection transform–Apply perspective foreshortening–View coordinates Æ screen coordinateszRendering: TransformationszDistant = small: the pinhole camera modelzzAll these transformations involve shiftingcoordinate systems (i.e., basis sets)Oh yeah, that’s what matrices do…Represent coordinates as vectors, transformsas matrices⎡X ′⎤ ⎡cos θ⎢ ′⎥ = ⎢ θ⎣Y ⎦ ⎣sinzRendering: TransformationszHomogeneous coordinates: representcoordinates in 3 dimensions with a 4-vector–Denoted [x, y, z, w]T–To get 3-D coordinates, divide by w:[x’, y’, z’]T = [x/w, y/w, z/w]TzzzNote that w = 1 in model coordinatesTransformations are 4x4 matricesWhy? To handle translation and projectionMultiply matrices = concatenate transforms!The Rendering Pipeline: 3-DScene graphObject geometryzIlluminating a scene: coloring pixels according tosome approximation of lighting––zGlobal illumination: solves for lighting of the wholescene at onceLocal illumination: local approximation, typicallylighting each polygon separatelyInteractive graphics (e.g., hardware) does onlylocal illumination at run timeResult:ModelingTransforms• All vertices of scene in shared 33-D “world” coordinate systemLightingCalculations• Vertices shaded according to lighting modelViewingTransform• Scene vertices in 33-D “view” or “camera” coordinate systemClippingProjectionTransformRendering: Ánh sáng - Lighting−sin θ ⎤ ⎡X ⎤⎥⎢ ⎥cos θ ⎦ ⎣Y ⎦• Exactly those vertices & portions of polygons in view frustum• 2-D screen coordinates of clipped verticesThe Rendering Pipeline: 3-DScene graphObject geometryResult:ModelingTransforms• All vertices of scene in shared 33-D “world” coordinateLightingCalculations• Vertices shaded according to lighting modelsystemViewingTransform• Scene vertices in 33-D “view” or “camera” coordinatesystemClipping• Exactly those vertices & portions of polygons in viewfrustumProjectionTransform• 2-D screen coordinates of clipped vertices2Rendering: ClippingzRendering: Xén tỉa - ClippingClipping a 3-D primitive returns its intersectionwith the view frustum:zClipping is tricky!The Rendering Pipeline: 3-DTransformzTransformz–Project–RasterizezFramebufferzzTương ứng là các ma trậnIn: 1 polygonOut: 2 polygonsCollection of primitives, other objectsAssociated matrix for transformations–4 wheels on a car, 2 arms on a robotModeling: The Scene GraphĐồ thị cảnh scene graph : cây đồ thị lưu trữ đốitượng, quan hệ giũa các đối tượng và các phépbiến đổi trên đối tượng đóNút là đối tượng;Cành là các thực thể biến đổi–ClipInstancing: using same geometry for multipleobjectsDisplayModeling: The Scene GraphzIn: 3 verticesOut: 6 verticesCommon interactive 3-D primitives: points,lines, polygons (i.e., triangles)Organized into objectsClipRendering PipelineClipModeling: The BasicsIlluminateModel & CameraParametersWe will have a whole assignment on clipping–zzTraverse the scene graph in depth-first order,concatenating transformationsMaintain a matrix stack of transformationsRobotVisitedHeadRobotBodyUnvisitedHeadBodyActiveMatrixStackMouthEyeLegTrunkArmFootMouthEyeLegTrunkArm3Modeling: The CamerazFinally: need a model of the virtual camera–Can be very sophisticated–Interactive graphics (OpenGL):zzCamera pose: position & orientationCaptured in vie ...