Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

Лекция по Трёхмерной графике

2,657 views

Published on

Лекция для студентов 2-го курса по трёхмерной графике

Published in: Education
  • Be the first to comment

Лекция по Трёхмерной графике

  1. 1. ИНЖЕНЕРНАЯ И КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА 2 КУРС ТРЁХМЕРНАЯ ГРАФИКА Соболевский Алексей Высшая школа экономики, Москва, 2013 www.hse.ru
  2. 2. Темы лекции • Что такое трёхмерная графика? • История трёхмерной графики • Основные понятия 3D-графики • Конвейер рендеринга • Основные алгоритмы 3D-объектами • Дополнительные фишки Высшая школа экономики, Москва, 2013
  3. 3. 3D GRAPHPHPHPHPHICZZZZ 3D-графика Раздел компьютерной графики, совокупность приемов и инструментов (как программных, так и аппаратных), предназначенных для изображения объёмных объектов. Высшая школа экономики, Москва, 2013
  4. 4. 3D GRAPHPHPHPHPHICZZZZ Высшая школа экономики, Москва, 2013
  5. 5. 3D GRAPHPHPHPHPHICZZZZ Высшая школа экономики, Москва, 2013
  6. 6. Немного истории Иван Сазерленд •Создатель Sketchpad (1962 год) •Основатель первой кафедры Компьютерной графики •Ведущий специалист в области КГ Эд Катмолл •Создатель первых алгоритмов битовой глубины и текстурирования •Технический директор Pixar Высшая школа экономики, Москва, 2013
  7. 7. Немного истории Джим Блинн Создатель Bump Mapping и Environment Mapping Би Тюн Фонг Phong Shading Анри Гюра Gouraud Shading Высшая школа экономики, Москва, 2013
  8. 8. Немного истории Высшая школа экономики, Москва, 2013
  9. 9. Немного истории • 1976 год Первый фильм, в котором использовалась 3D-графика • Первая программа 3D-моделирования MAGI (процедрурная) • Алгоритм трассировки лучей • Появление полигонального метода моделирования • Power Animator (SGI-станции, Irix OS) Высшая школа экономики, Москва, 2013
  10. 10. Основные понятия 3D-графики • Полигон • Вертекс • Текстура • Шейдер • Буфер глубины и буфер кадра • Рендеринг Высшая школа экономики, Москва, 2013
  11. 11. Полигон • Произвольный плоский многоугольник являющийся частью грани или поверхности • В основном, треугольник Высшая школа экономики, Москва, 2013
  12. 12. Вершина • Вершина полигона • Массивы вертексов (вместо массивов полигонов) • Преобразование объектов Высшая школа экономики, Москва, 2013
  13. 13. Вершина • Позиция • Нормаль • Цвет • Координаты текстуры Высшая школа экономики, Москва, 2013
  14. 14. Полигональная сетка Высшая школа экономики, Москва, 2013
  15. 15. Вершина Высшая школа экономики, Москва, 2013
  16. 16. Текстура • Растровое изображение • Отвечает за цвет и псевдообъём • Состоит из текселей Высшая школа экономики, Москва, 2013
  17. 17. Текстурирование • Normal Mapping • Parallax Mapping • Bump Mapping • Environment Mapping • Displacement Mapping • Mipmapping • … Высшая школа экономики, Москва, 2013
  18. 18. Текстурирование Высшая школа экономики, Москва, 2013
  19. 19. Текстурирование Высшая школа экономики, Москва, 2013
  20. 20. Текстурирование Высшая школа экономики, Москва, 2013
  21. 21. Текстурирование • Parallax mapping – работает как фрагментный (пиксельный) шейдер • Displacement mapping – работает как вершинный (вертексный) шейдер Высшая школа экономики, Москва, 2013
  22. 22. Шейдеры Программа для одной из ступеней графического конвейера, используемая в трёхмерной графике для определения окончательных параметров объекта или изображения. Она может включать в себя произвольной сложности описание поглощения и рассеяния света, наложения текстуры, отражение и преломление, затемнение, смещение поверхности и эффекты пост-обработки. (с) Wiki Высшая школа экономики, Москва, 2013
  23. 23. Шейдеры • Вершинные шейдеры • Изменение параметров вершин • Геометрические шейдеры • Пиксельные шейдеры • Изменение параметров пикселей при выводе • Возможность производить попиксельное освещение • Создание эффектов с частицами Высшая школа экономики, Москва, 2013
  24. 24. Шейдеры Высшая школа экономики, Москва, 2013
  25. 25. Буфер глубины и буфер кадра Буфер глубины - способ учёта удалённости элемента изображения По сути, это массив, записывающий удалённость объектов сцены от камеры Высшая школа экономики, Москва, 2013
  26. 26. Буфер глубины и буфер кадра Высшая школа экономики, Москва, 2013
  27. 27. Буфер глубины и буфер кадра Высшая школа экономики, Москва, 2013
  28. 28. Буфер глубины и буфер кадра Высшая школа экономики, Москва, 2013
  29. 29. Буфер глубины и буфер кадра Высшая школа экономики, Москва, 2013
  30. 30. Рендеринг РЕНДЕРИНГ Высшая школа экономики, Москва, 2013
  31. 31. Рендеринг Получение изображения из модели (не обязательно 3D) Высшая школа экономики, Москва, 2013
  32. 32. Конвейер рендеринга Это стандартный алгоритм Вход конвейера – данные о 3D сцене (свет, объекты, текстуры, шейдеры, типы затенения и освещения и т.п.) Выход конвейера – 2D картинка на мониторе Высшая школа экономики, Москва, 2013
  33. 33. Конвейер рендеринга • Триангуляция (Triangle Setup) • Трансформация объектов • Обработка вершин • Трансформация вида • Проекция сцены • Отсечение невидимых частей • Растеризация • Обработка пикселей • Вывод Высшая школа экономики, Москва, 2013
  34. 34. Конвейер рендеринга. Триангуляция Разбиение моделей на треугольники Любую область можно гарантированно разбить на треугольники (ZIP-теорема Конвея) Проще разбивать на треугольники, нежели на другие полигоны (метод Делоне) Высшая школа экономики, Москва, 2013
  35. 35. Конвейер рендеринга. Триангуляция Метод Делоне Диаграмма Вороного Высшая школа экономики, Москва, 2013
  36. 36. Конвейер рендеринга. Триангуляция Высшая школа экономики, Москва, 2013
  37. 37. Конвейер рендеринга. Триангуляция Высшая школа экономики, Москва, 2013
  38. 38. Конвейер рендеринга. Трансформация объектов Применение матриц преобразования к объектам (поворот, растяжение, перемещение) Высшая школа экономики, Москва, 2013
  39. 39. Конвейер рендеринга. Обработка вершин •Задаются цвета и другие параметры вертексов •Обрабатываются вертексные шейдеры Трансформация вида •Переход от системы координат сцены к системе координат камеры Проекция сцены •Проекция 3D-сцены на 2D-пиксельную сетку монитора Высшая школа экономики, Москва, 2013
  40. 40. Конвейер рендеринга. Clipping (отсечение) Невидимые части объектов отсекаются Растеризация Определение значений пикселей и занесение в Z-buffer значения глубины Высшая школа экономики, Москва, 2013
  41. 41. Текстурирование Обработка света Высшая школа экономики, Москва, 2013
  42. 42. Обработка света • Lightmapping • Shadow Volumes • Ray Tracing и Reverse ray tracing • Occulsion mapping • Photon mapping Высшая школа экономики, Москва, 2013
  43. 43. Lightmap • Меняется цвет и освещённость текстуры Высшая школа экономики, Москва, 2013
  44. 44. Shadow Volumes • В самом простом случае: всё, что находится за освещённым объектом – чёрное. Очень жёсткие тени. Сложности с воспроизведением рассеивания света Высшая школа экономики, Москва, 2013
  45. 45. Shadow Volumes Справа показано, как распространяются проекции теневых объёмов от источника света Высшая школа экономики, Москва, 2013
  46. 46. Ray Tracing и Reverse Ray Tracing • Если совсем просто: каждый пиксель экрана – это луч, направленный в трёхмерную сцену. При пересечении с объектом высчитывается цвет этого пикселя с учётом коэффициентов отражения, преломления и цвета самой текстуры. Высшая школа экономики, Москва, 2013
  47. 47. Ray Tracing и Reverse Ray Tracing Высшая школа экономики, Москва, 2013
  48. 48. Дополнительные фишки Дополнительно Высшая школа экономики, Москва, 2013
  49. 49. Дополнительные методы и алгоритмы • Методы построения 3D-объектов – NURBS – Voxels • Anti-Aliasing • Motion Blur • HDR Высшая школа экономики, Москва, 2013
  50. 50. NURBS • NURBS – Non-uniform rational B-splines. Неоднородные рациональные B-сплайны. Метод построения криволинейных поверхностей. Основан на B-сплайнах и кривых Безье. Высшая школа экономики, Москва, 2013
  51. 51. NURBS Высшая школа экономики, Москва, 2013
  52. 52. Voxels • Voxel – Volumetric pixel, по аналогии с обычным пикселем – из вокселей могут строится трёхмерные объекты. Может быть кубом, сферой или другим примитивом. Не нуждается в текстурировании. Высшая школа экономики, Москва, 2013
  53. 53. Voxels Высшая школа экономики, Москва, 2013
  54. 54. Anti-aliasing • Anti-aliasing – технология, используемая для устранения эффекта «зубчатости», возникающего на краях одновременно выводимого на экран множества отдельных друг от друга плоских, или объёмных изображений. Высшая школа экономики, Москва, 2013
  55. 55. Anti-aliasing Высшая школа экономики, Москва, 2013

×