Computer grafica di vertice: Esplorando l'intersezione tra la computer grafica di vertice e la visione artificiale

Di Fouad Sabry

Cos'è Vertex Computer Grafica

Un vertice nella computer grafica è una struttura di dati che descrive determinati attributi, come la posizione di un punto nello spazio 2D o 3D, o più punti su una superficie.

Come trarrai vantaggio

(I) Approfondimenti e convalide sui seguenti argomenti:

Capitolo 1: Vertex (computer grafica)

Capitolo 2: Ombreggiatura Gouraud

Capitolo 3: Mappatura delle texture

Capitolo 4: Modello di riflessione Phong

Capitolo 5: Ombreggiatura Phong

Capitolo 6: Ombreggiatura

Capitolo 7: Mappatura normale

Capitolo 8: Mesh poligonale

Capitolo 9: Shader

Capitolo 10: Lightmap

(II) Rispondere alle principali domande del pubblico sulla grafica computerizzata dei vertici.

(III) Esempi reali per l'utilizzo di grafica computerizzata di vertice in molti campi.

A chi è rivolto questo libro

Professionisti, studenti universitari e laureati, appassionati, hobbisti e coloro che vogliono andare oltre le conoscenze o le informazioni di base per qualsiasi tipo di computer grafica Vertex.

• Lingua: Italiano
• Editore: Un Miliardo Di Ben Informato [Italian]
• Data di uscita: 4 mag 2024

Anteprima del libro

Capitolo 1: Vertice (computer grafica)

UML class diagram

Nella computer grafica, un vertice (vertici plurali) è una struttura di dati che definisce determinate caratteristiche, come la posizione di un punto nello spazio 2D o 3D o di più punti su una superficie.

Più frequentemente, i modelli 3D sono rappresentati come poliedri triangolati che creano una mesh triangolare. Attraverso la tassellatura, le superfici non triangolari possono essere trasformate in una serie di triangoli. In genere, gli attributi dei vertici vengono interpolati tra le superfici mesh.

Oltre alla posizione fisica, i vertici dei triangoli sono correlati anche con altri dati necessari per rappresentare l'oggetto in modo appropriato. La maggior parte delle caratteristiche dei vertici rappresentano vettori nello spazio da mostrare. Questi vettori sono normalmente di una (x), due (x, y) o tre (x, y, z) dimensionali e possono contenere una quarta coordinata omogenea (w). Il significato di questi valori è trasmesso attraverso una descrizione del materiale. Nel rendering in tempo reale, un vertex shader o una pipeline di vertici usa queste qualità.

Tali caratteristiche possono includere:

Posizione

Le coordinate 2D o 3D di un luogo nello spazio.

Colore

In genere valori RGB diffusi o speculari, che rappresentano il colore della superficie o le informazioni sull'illuminazione che sono state precalcolate.

Riflettanza

vicino ai vertici, come l'esponente speculare, la metallicità e i valori di Fresnel.

Coordinate della trama

Conosciute anche come coordinate UV, determinano la mappatura della trama della superficie, a volte per molti strati.

vettori normali

Utilizzati per i calcoli di illuminazione (come l'ombreggiatura Phong), la mappatura normale o la mappatura di spostamento e per regolare la suddivisione, definiscono una superficie curva approssimata al vertice.

vettori tangenti

Questi definiscono una superficie curva approssimativa al vertice, che viene utilizzata per i calcoli di illuminazione (come l'ombreggiatura Phong), la mappatura normale o la mappatura dello spostamento, nonché per governare la suddivisione.

Pesi di miscelazione

Pesi ossei

Ponderazione assegnata alle ossa nell'animazione scheletrica per governare la distorsione.

Fondere le forme

Più vettori di posizione possono essere fusi nel tempo, in particolare per l'animazione dei volti.

{Fine Capitolo 1}

Capitolo 2: Ombreggiatura Gouraud

L'ombreggiatura di Gouraud, che prende il nome da Henri Gouraud, è una tecnica di interpolazione impiegata nella computer grafica per generare un'ombreggiatura continua di superfici rappresentate da mesh poligonali. In pratica, l'ombreggiatura di Gouraud viene utilizzata più frequentemente per generare un'illuminazione continua su mesh triangolari calcolando l'illuminazione agli angoli di ciascun triangolo e interpolando linearmente i colori risultanti per ogni pixel coperto dal triangolo. L'approccio è stato inizialmente pubblicato da Gouraud nel 1971.

Una stima della normale alla superficie di ciascun vertice in un modello 3D poligonale viene fornita per ogni vertice o calcolata calcolando la media delle normali di superficie dei poligoni che convergono in corrispondenza di ciascun vertice. Utilizzando queste stime, vengono quindi eseguiti calcoli di illuminazione basati su un modello di riflessione, come il modello di riflessione Phong, per determinare l'intensità del colore dei vertici. Le intensità di colore per ogni pixel coperto dalla mesh poligonale possono quindi essere interpolate dai valori di colore derivati ai vertici.

L'ombreggiatura Gouraud è considerata superiore all'ombreggiatura piatta e richiede molta meno elaborazione rispetto all'ombreggiatura Phong, tuttavia in genere produce un aspetto sfaccettato.

Rispetto all'ombreggiatura Phong, la forza e la debolezza dell'ombreggiatura Gouraud risiede nella sua interpolazione. Se una mesh occupa più pixel nello spazio dello schermo rispetto ai vertici, l'interpolazione dei valori di colore da campioni di costosi calcoli di illuminazione ai vertici richiede meno utilizzo del processore rispetto all'esecuzione del calcolo dell'illuminazione per ogni pixel, come nell'ombreggiatura Phong. Tuttavia, gli effetti di luce altamente localizzati (come le luci speculari, ad esempio il bagliore della luce riflessa sulla superficie di una mela) non verranno renderizzati correttamente, e se un'evidenziazione si trova al centro di un poligono, ma non si diffonde al vertice del poligono, non sarà visibile in un rendering di Gouraud.

Un rendering che dovrebbe avere un'evidenziazione speculare che si sposta uniformemente sulla superficie di un modello rotante rivela immediatamente l'errore. L'ombreggiatura Gouraud fornisce un'evidenziazione che si dissolve costantemente in entrata e in uscita nelle aree vicine del modello, raggiungendo la massima intensità quando l'evidenziazione speculare desiderata si allinea con un vertice del modello. Questo problema può essere risolto aumentando la densità dei vertici dell'oggetto, ma a un certo punto i rendimenti decrescenti di questa strategia renderanno preferibile la conversione a un modello di ombreggiatura più sofisticato.

Una geometria con un'ombreggiatura di Gouraud che assomiglia a una sferica; Si noti il cattivo comportamento dell'evidenziazione speculare.

Un'altra mesh a forma di sfera con un numero di poligoni estremamente grande.

Il lavoro originale di Gouraud descriveva l'interpolazione lineare dei colori, un'alternativa corretta per la prospettiva all'interpolazione lineare utilizzata nelle GPU. Le variazioni lineari e iperboliche dell'interpolazione del colore dai vertici ai pixel sono collettivamente denominate ombreggiatura di Gouraud.

Qualsiasi interpolazione lineare di