FUNDAMENTOS DE LOS GRÁFICOS EN 3D TEMA 3 (PARTE II) FUNDAMENTOS DE LOS GRÁFICOS EN 3D Alberto Pastor Nieto 70889752A Israel García Sánchez 70808913D

LA SIMULACIÓN DE LA PROFUNDIDAD EN LAS IMÁGENES 3D Además de los puntos de fuga, existen otras técnicas: El sombreado. La elevación. El brillo y el color. El detalle El tamaño relativo de objetos conocidos .....

EL SOMBREADO DE OBJETOS I La técnica de sombreado consiste en definir la forma en que los colores de los objetos interactúan con la luz existente en la escena. La zona del objeto más brillante representa la zona donde la luz incide directamente. Cuando la superficie del objeto rota y se aleja de la luz se vuelve más oscura.

EL SOMBREADO DE OBJETOS II Clases de sombreado: El sombreado de punto de alambre: En él, sólo se renderizan los bordes del polígono. El sombreado plano: En el sombreado plano se utiliza un único nivel de iluminación para un polígono dado.La esfera no presenta un aspecto uniforme debido a que los polígonos que la conforman tienen tonalidades diferentes.

EL SOMBREADO DE OBJETOS III El sombreado de Gouraud: Se trata de la forma más simple de sombreado uniforme, en donde la intensidad de la luz aplicada es un valor promedio para todo el polígono, normalmente a partir de valores medidos en los vértices del mismo. El sombreado Phong: En esta clase de sombreado, cada píxel de la superficie del objeto es calculado en relación con la fuente de iluminación.

LA ALTURA RELATIVA Cuanto más alto estén situados los objetos en el plano horizontal (cuanto más cerca estén de la línea del horizonte), más lejanos parecen.

LA ELEVACIÓN Los objetos que se contemplan desde una cierta altura parecen más pequeños que cuando se miran desde una altura menor.

SOLAPAMIENTO La superposición de objetos constituye una técnica básica en la creación de imágenes tridimensionales. El círculo y el cuadrado parecen elementos bidimensionales Si desviamos el círculo se crea una sensación de profundidad (ambigua) El efecto tridimensional queda realzado cuando una forma se superpone completamente a la otra

EL DETALLE Bordes marcados Grandes niveles de detalle en objetos cercanos Efectos de niebla Imagen desenfocada

LA VISIÓN BINOCULAR: ESTEREOSCOPÍA I Para que el cerebro pueda percibir una imagen en 3D, requiere de datos sobre la distancia de los objetos, dicha información se obtiene gracias a que tenemos dos ojos que perciben los objetos desde un ángulo distinto. El secreto para obtener la ilusión de profundidad o estereoscopía, consiste en poder proporcionar una imagen distinta a cada ojo. Actualmente se han desarrollado varias técnicas para obtener 3D. El método más común consiste en crear dos imágenes que están ligeramente desviadas entre sí, asignándoles diversos colores, habitualmente, rojo y verde.

LA VISIÓN BINOCULAR: ESTEREOSCOPÍA II Cuando se contempla la escena a través de unas gafas provistas de una lente de color rojo y otra de color verde, cada ojo contempla una escena ligeramente diferente y el cerebro interpreta la imagen como si fuera tridimensional. Estas dos fotografías es lo que se conoce como un par estéreo de imágenes y fue tomada por un robot en Marte. Para verlas como una sola imagen tridimensional, es necesario que cada ojo vea la fotografía que le corresponde.

ESTEREOSCOPÍA III: MÉTODOS Método por Anaglífo: Técnica que utiliza filtros de colores para separar las dos imágenes. A partir de este principio podemos separar las dos imágenes con filtros de color para obtener el efecto estereoscópico. Filtro rojo: azul y verde  negro Filtro verde o azul: rojo  negro. Filtro distinto en cada ojo  esteoroscopía

ESTEREOSCOPÍA IV: MÉTODOS Sistema de lentes polarizados: Esta técnica funciona en base a un fenómeno de la física llamado polarización de la luz. Si se proyecta luz polarizada en una dirección y la vemos colocando el filtro polarizado a una inclinación de 90 grados respecto a la luz original, toda la luz será bloqueada. Por lo tanto se pueden proyectar dos imágenes , una polarizada en un sentido y la otra a 90 grados y utilizar dos filtros para que cada ojo vea una imagen distinta.

ESTEREOSCOPÍA V: MÉTODOS

ESTEREOSCOPÍA VI: MÉTODOS Imagen entrelazada: Invención de la televisión: 30fps, parpadeo. Cada cuadro de video se dividió en dos imágenes, una de ellas consiste en las líneas pares y la otra en las líneas impares y a cada una de estas partes se le llamó campo  60 fps. Un campo puede contener la imagen del ojo izquierdo, y otro campo la del derecho Lentes especiales de cristal líquido: se abren y cierran 60 veces por segundo, bloqueando las imágenes que no debe ver cada ojo.

ELIMINACIÓN DE SUPERFICIES OCULTAS Para producir una visión realista de un cuerpo hemos de determinar qué curvas y superficies pueden ser observadas desde un punto de vista dado y cuales no. El problema general que consiste en hacer que los objetos se vuelvan opacos en el mundo de los gráficos tridimensionales se denomina eliminación de las superficies ocultas, puesto que implica eliminar aquellas superficies del dibujo que habitualmente permanecerían ocultas. A continuación ser verán dos algoritmos que se dedican al tratamiento de dicho problema.

ALGORITMO DEL PINTOR Se procede a dibujar todos los polígonos que aparecen en la escena de atrás hacia adelante, de manera que los polígonos situados en primer plano se dibujan sobre los polígonos situados en el fondo. De esta manera, los polígonos más cercanos obstaculizan la visión de los polígonos más lejanos.

ALGORITMO DEL PINTOR: Problema del solapamiento mutuo La clasificación se realiza sobre la coordenada z máxima de cada polígono. Existe una situación en la cual el algoritmo del pintor no es capaz de realizar una clasificación correcta de los polígonos que se pretenden dibujar. Se trata del denominado solapamiento mutuo que tiene lugar cuando tres o más polígonos se solapan entre sí de manera circular. Si dichos polígonos fuesen clasificados mediante el algoritmo del pintor, no habría un orden correcto en el cual clasificarlos. La única solución totalmente satisfactoria consistiría en dividir cada uno de los polígonos en dos.

EL ALGORITMO Z-BUFFER I El único sistema realmente exhaustivo para llevar a cabo una clasificación de profundidades implicaría determinar la profundidad de cada punto sobre la superficie de cada polígono en la pantalla y proceder a dibujar sólo los puntos que estén más cercanos con respecto al espectador. Problema: superficie tiene infinitos puntos. Afortunadamente, sólo es preciso clasificar aquellos puntos que van a ser dibujados, es decir, aquellos que corresponden a los pixels situados en el plano de visualización. El algoritmo Z-buffer determina qué puntos situados sobre determinados polígonos están más cerca del espectador para cada píxel en el plano de visualización. En cada posición del píxel x,y sobre el plano de visión, la superficie con la menor coordenada z en esa posición es visible.

EL ALGORITMO Z-BUFFER II Cada vez que un punto de la superficie de un polígono se dibuje, la coordenada z del punto es comparada con el valor actual de dicha posición en el buffer. Z buffer inicialmente vacío Si la coordenada z es mayor que la que ya estaba representada no se dibuja  oculta.

EL PROCESO DE CREACIÓN DE UNA IMAGEN TRIDIMENSIONAL POR ORDENADOR Las cuatro etapas del proceso creativo son: Planificación del proyecto. Boceto en papel que se realiza al planear y visualizar la escena. Modelado. Creación de una versión generada por ordenador del boceto. Puesta en escena. En esta etapa se colocan los diversos objetos en un “escenario”. Asimismo, se procede a crear un punto de vista colocando una cámara en la escena. Se añade iluminación para conseguir un efecto real (el color, el sombreado y otros atributos de la superficie). Rendering. Finalmente, la escena se renderiza. Se trata de un proceso que convierte los datos tridimensionales generados durante las etapas previas en una imagen.

EJEMPLO DE MODELADO DE UNA IMAGEN TRIDIMENSIONAL Proyecciones ortográficas de la escena que se pretende modelar: Vista plana Vista frontal Vista lateral Proyección axonométrica Proyección en perspectiva

EJEMPLO DE MODELADO DE UNA IMAGEN TRIDIMENSIONAL Vectores coloreados Sensación de profundidad Determinación de líneas ocultas Eliminación de superficies ocultas

EJEMPLO DE MODELADO DE UNA IMAGEN TRIDIMENSIONAL Sombreado plano de superficies Sombreado Gouraud de con reflejo difuso superficies con reflejo difuso Curveado de superficies Mejora de la iluminación

EJEMPLO DE MODELADO DE UNA IMAGEN TRIDIMENSIONAL Mapeo de texturas y sombras Desplazamiento de texturas Mapeo de reflejos

FIN MUCHAS GRACIAS