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

Di Fouad Sabry

Cos'è la computer grafica poligonale

I poligoni vengono utilizzati nella computer grafica per comporre immagini dall'aspetto tridimensionale. I poligoni sono costituiti da vertici e vengono generalmente utilizzati come triangoli.

Come trarrai beneficio

(I) Approfondimenti e convalide sui seguenti argomenti:

Capitolo 1: Poligono (computer grafica)

Capitolo 2: Modello wireframe

Capitolo 3: Ombreggiatura di Gouraud

Capitolo 4: Partizionamento binario dello spazio

Capitolo 5: Mappatura delle texture

Capitolo 6: Ombreggiatura

Capitolo 7: Mesh poligonale

Capitolo 8: Shader

Capitolo 9: Livello di dettaglio (grafica computerizzata)

Capitolo 10: pipeline grafica

(II) Rispondere alle principali domande del pubblico sulla computer grafica poligonale.

(III) Esempi reali dell'uso della computer grafica poligonale 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 Poligonale.

• Lingua: Italiano
• Editore: Un Miliardo Di Ben Informato [Italian]
• Data di uscita: 14 mag 2024

Anteprima del libro

Capitolo 1: Poligono (computer grafica)

Il campo della computer grafica utilizza i poligoni per creare immagini che hanno l'impressione di essere tridimensionali.

I poligoni sono tipicamente di forma triangolare, ma non è sempre così. I poligoni vengono creati quando si modella la superficie di un oggetto, si selezionano i vertici e si disegna l'elemento utilizzando un modello wireframe. Rispetto a un modello ombreggiato, questo viene visualizzato più rapidamente; Quindi, i poligoni costituiscono una fase del processo di animazione al computer. È il numero di poligoni di cui viene eseguito il rendering in ogni fotogramma che viene definito conteggio dei poligoni.

Con l'introduzione della quinta generazione di console per videogiochi, l'utilizzo dei poligoni divenne più diffuso e, con ogni generazione successiva, la complessità dei modelli poligonali aumentò.

Punto

Virgola mobile

Punto fisso

Poligono

A causa del processo di arrotondamento, ogni linea di scansione ha la propria direzione nello spazio e può visualizzare il lato anteriore o posteriore all'osservatore in base alle proprie preferenze.

Concetto matematico di frazione

Algoritmo di linea di Bresenham

È necessario dividere i poligoni in triangoli.

Se lo spettatore guarda l'intero triangolo, vedrà lo stesso lato.

Matematicamente parlando, i numeri di punti ottenuti dalla fase di trasformazione e illuminazione devono essere trasformati in frazioni.

Il concetto matematico di coordinate baricentriche

Utilizzato nel raytracing

{Fine Capitolo 1}

Capitolo 2: Modello wire-frame

Nel campo della computer grafica tridimensionale, un modello wireframe, noto anche come modello wireframe, è una rappresentazione grafica di un'entità fisica tridimensionale tridimensionale. Identificando ogni spigolo dell'oggetto fisico nel punto in cui due superfici lisce matematicamente continue si incontrano, o collegando i vertici costitutivi di un oggetto usando linee (rette) o curve, è possibile realizzarlo. Il rendering dell'oggetto viene eseguito disegnando linee in corrispondenza di ciascun bordo, il che porta alla proiezione dell'elemento nello spazio dello schermo. L'uso del filo metallico da parte dei designer per ritrarre la geometria tridimensionale di oggetti solidi è il punto da cui la parola wire frame ha origine da quella pratica. I modelli computerizzati costruiti utilizzando telai metallici in tre dimensioni consentono di costruire e manipolare solidi e superfici solide. Il disegno al tratto convenzionale è inferiore alle rappresentazioni efficienti e di alta qualità dei solidi che possono essere disegnate utilizzando la modellazione solida 3D.

La rappresentazione della struttura di progettazione sottostante di un modello tridimensionale è resa possibile dall'utilizzo di un modello wire-frame. Ruotando l'oggetto nel modo appropriato e selezionando l'asportazione di linee nascoste attraverso l'uso di piani di taglio, è possibile ottenere viste bidimensionali tradizionali così come disegni e rendering.

I rendering wire-frame vengono spesso utilizzati in situazioni in cui è richiesta una frequenza fotogrammi dello schermo relativamente elevata. Ad esempio, quando si ha a che fare con un modello 3D molto complicato o in sistemi in tempo reale che rappresentano fenomeni esterni, vengono utilizzati rendering wire-frame poiché sono relativamente facili e veloci da calcolare. Le texture di superficie possono essere aggiunte automaticamente dopo che il rendering iniziale del wireframe è stato completato, il che è applicabile in situazioni in cui si desidera un livello più elevato di dettaglio grafico. Grazie a ciò, un progettista è in grado di valutare rapidamente i solidi, ruotare gli oggetti in viste diverse e persino elaborare facce e semplici ombreggiature piane. In questo modo si eliminano i lunghi ritardi legati alla visualizzazione di immagini più realistiche.

Inoltre, il formato wireframe è una scelta popolare per la programmazione dei percorsi utensile per le macchine utensili a controllo numerico diretto (DNC) perché è perfettamente adatto a questo scopo.

Ci sono immagini che assomigliano a telai metallici disegnati a mano e risalenti al Rinascimento italiano. I modelli wire-frame sono stati ampiamente utilizzati anche nei videogiochi durante gli anni '80 e i primi anni '90 per rappresentare cose tridimensionali. Questo è stato fatto in un periodo in cui gli oggetti tridimensionali correttamente riempiti sarebbero stati troppo complicati da calcolare e disegnare con i processori disponibili all'epoca. CAM, acronimo di Computer-Aided Manufacturing, utilizza anche modelli wire-frame come input.

Il modello wireframe è il più astratto e il meno realistico dei tre tipi principali di modelli CAD (Computer-Aided Design) utilizzati nella progettazione tridimensionale. I tipi di superficie e di solido sono gli altri tipi. Quando si tratta di modellazione, il metodo wire-frame è composto esclusivamente da linee e curve che fungono da connessioni tra i punti o i vertici, definendo così i contorni di un elemento.

La tabella vertice e la tabella spigolo sono le due tabelle utilizzate per creare le specifiche di un oggetto.

I valori delle coordinate per ogni vertice in tre dimensioni, con riferimento all'origine, sono inclusi nella tabella dei vertici.

Utilizzando una tabella di spigoli, è possibile determinare i vertici iniziale e finale di ogni spigolo.

Un'interpretazione semplicistica può produrre una rappresentazione wireframe disegnando solo linee rette tra le coordinate dello schermo dei vertici appropriati utilizzando l'elenco dei bordi.

Le informazioni sui volti non vengono fornite, a differenza delle rappresentazioni orientate a rendering più complessi; Al contrario, deve essere stimato se è necessario per il rendering solido.

Per convertire le coordinate tridimensionali dei vertici nelle coordinate bidimensionali dello schermo, è necessario eseguire i calcoli appropriati.

{Fine del capitolo 2}

Capitolo 3: 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