Vývoj a směřování počítačové grafiky v posledních (45 ?) letech

Prezentace na téma: "Vývoj a směřování počítačové grafiky v posledních (45 ?) letech"— Transkript prezentace:

1 Vývoj a směřování počítačové grafiky v posledních (45 ?) letech
J.Sochor Brrr….. no ….

2 První interaktivní grafický systém
Ivan Sutherland, Sketchpad, 1964 Video sketchpad-excerpt3.wmv

3 Matka všech prezentací
prosince. Myš je poprvé představena na veřejnosti. Během události, která je často označována jako „Matka všech prezentací", představil Engelbart a jeho 17 kolegů ze SRI 90 minutovou demonstraci pro veřejnost na konferenci Fall Joint Computer Conference v San Franciscu. Kromě myši tento tým dále představil hypertext, objektové adresování, dynamické propojování souborů a spolupráci dvou lidí přes sdílenou obrazovku, kteří komunikovali slovem i obrazem přes síť. ml

4 Cornell In Perspective
Animace ukazující Johnson Art Museum, v kampusu Cornell University. Video sestavené v roce 1971, PŘED postavením budovy. Donal P.Greenberg – Computer Graphics Program

5 Nové oblasti počítačové grafiky
advanced lightning subdivision surfaces point based graphics volume rendering collisions haptics (GPU & parallel graphics)

6 Budiž světlo …

7 Zobrazovací rovnice (VTIGRE)
„vacuum, time-invariant, gray radiance equation” L i (x, w ) N L o (x, w ) d w i q i L e (x, w o ) x vlastní vyzařování

8 Rozšířený fyzikální model pro opticky hustá prostředí

9 Cesty šíření světla L E LE LDE LDSE D S LD 3 SE

10 Klasická zobrazovací metoda (1972)
stínování s odlesky a vrženými stíny (např. Phongův model): L(D|S)E – jen přímé osvětlení, často se ignoruje výpočet vržených stínů S S D L E

11 Klasická zobrazovací metoda

12 Sledování paprsku (1980)

13 Distribuované sledování paprsku (1984)

14 Radiozitní metoda (1984)

15 Jednoduchá dvoukroková metoda (1985)

16 Fotonové mapy (global, caustics) Jensen, 1994
D S D L E S

17 Zrcadlové a transparentní …

18 Rekurzivně dělené povrchy
zobecnění B-spline povrchů generují hladké objekty z libovolných řídících sítí v pravidelné části sítě shodné s B-spline povrchem Co je rekurzivní dělení ? postupné zjemňování řídící sítě přidáváním nových bodů, hran a stěn (dělením původních) výsledkem je aproximující hladký (limitní) povrch

19 Dělené povrchy Datově nenáročné řídící sítě bodů, hran, stěn (a objemů) Rekurzivní aplikací dělicích pravidel vytvářeny „dostatečně“ hladké křivky, pláty, tělesa GPU friendly ! Příklad: Geri‘s Game

20 Ukázky experimentů s pravidly
modifikace pravidel

21 Porovnání několika schémat

22 Aplikace Loop dělení pro vizualizaci
Credits: F.Andres, B.Kozlíková,

23 Modelování pomocí deformací

24 Volné deformace Thomas W. Sederberg, Scott R. Parry:
Free Form Deformation (FFD), 1986 Aplikace: animace, modelování, zpracování obrazu (Maya, 3D max, Softimage)

25 FFD - Cracken&Joy - ukázky

26 Sweep-based Freeform Deformation

27 Sweep-based Freeform Deformation

28 Implicitní povrchy f = 0 Reálná funkce f (x,y,z) f < 0
klasifikuje body v prostoru syntéza obrazu (někdy) uvnitř f > 0 vně f < 0 na povrchu f = 0 CAGD: uvnitř f < 0, vně f > 0 f < 0 f > 0 f = 0 f > 0 f < 0

29 Distanční povrchy koule: d(x, bod) – r cylindr: d(x, přímka) – r
sfylindr: d(x, úsečka) – r torus: d(x, kružnice) – r obecný cylindr: d(x, křivka) – r ofsetový povrch: d(x, povrch) – r d(x,A) = min {||x-y|| : y  A

30 Bloby (kapky)

31 Složitější řídící struktury
např. kostra z úseček a výpočetně jednodušší potenciálové funkce ...

32 Kolize Než se stádo podařilo zaměstnancům sehnat dohromady,
stačil býček vběhnout do jízdní dráhy čtyřiačtyřicetiletému řidiči Seatu Ibiza. Při srážce byl šofér lehce zraněn a rychlá záchranná služba jej převezla do písecké nemocnice. Na autě vznikla škoda za korun. Býk se zachoval jako nezodpovědný účastník silničního provozu a z místa nehody utekl. Později byl spolu s celým stádem sehnán dohromady a údajně nebyl nijak vážně zraněn.

33 Dotazy na geometrickou blízkost
Otázky pro dvojici objektů: Protínají se mezi sebou během pohybu? Pokud se neprotínají, jak jsou od sebe daleko ? Pokud se protínají, jaká je hloubka penetrace ?

34 Příklady použití kolize v praxi
Virtuální realita Simulátory Počítačové hry Průmysl Konstrukce Vědecké simulace

35 Hierarchie obalových těles
každý uzel obsahuje jeden objem, který omezuje množinu trojúhelníků potomci obsahují objemy, které ohraničují odlišné části (skupiny) trojúhelníků daného rodiče Listy hierarchie obvykle obsahují individuální trojúhelníky (často však seznam trojúhelníků) Binární hierarchie obalů:

36 Hierarchie obalových těles

37 Přímá vizualizace objem. dat

38 Model rozptylu světla L R t t1 (x,y,z) t2
osvětlení hustota odrazová funkce paprsek R prochází prostorem skalární funkce proměnných x,y,z

39 Klasifikace originální datová množina obsahuje hodnoty, které jsou specifické pro danou aplikační oblast (teplota, rychlost, hustota protonů, atd.) datům musíme přiřadit barvy/průhlednosti, které dají datům určitý význam řeší se pomocí přenosových funkcí

40 a f Přenosové funkce RGB Stínování, kompozice… a(f) RGB(f)
Jednoduchý (obvyklý) případ: Mapování datové hodnoty f na barvu a průhlednost f Stínování, kompozice… lidský zub CT

41 Přenosové funkce - výzvy
Dokonalejší rozhraní: méně matoucí prostor přenosových funkcí odstranění nadměrné “flexibility” poskytnutí průvodce Automatické / poloautomatické generování přenosové funkce obvykle zvýrazní hranice Gordon Kindlmann

42 A co obyčejné fotografie ?

43 Hloubka a maska pomocí barevného filtru

44 Animace na základě jediného snímku

45 Vykreslování založené na obrazech

46 Jak vykreslit toto ?

47 Tradiční grafika

48 Počítačové vidění

49 Kombinace vidění a grafiky

50 Avšak ... Vidění selhává

51 Avšak ... … a stejně tak i grafika

52 Vykreslování založené na obrazech

53 Point-based rendering
Objekty reprezentované pomocí bodů bez konektivity Bod (surfel) Pozice, normála, radius, materiál Vykreslování = rekonstrukce povrchu v prostoru obrazovky Efektivní pro velmi složité objekty x y z

54 Principal Component Analysis

55 A co hardware ? V r.1980 publikoval prof. Jim Clark návrh obvodu Geometry Engine (transformace a ořezávání) Nesklidil velký úspěch, … A tak založil SGI A pak už to šlo ráz naráz …

56 Dělení objektového prostoru
procesor objektu procesor objektu procesor objektu obrazová paměť

57 Dělení obrazového prostoru
procesor oblasti 1 procesor oblasti 2 procesor oblasti n obrazová paměť

58 Architektura 8x8 (Clark & Hanah)
objekty transform. ořezáv. řídící blok blok procesor procesor procesor sloupce sloupce procesor procesor paměť paměť řádky řádky procesor procesor paměť paměť řádky řádky videosignál

59 SGI SuperWorkstation řádkový konverzní subsystém rastrový subsystém
geometrický grafická primitiva, příkazy procesor procesor řádkový polygonů konverzní subsystém výpočet sklonu X Y Z R G B A hranový procesor SC SC úsekový procesor SP SP SP SP SP rastrový obrazový procesor subsystém obrazová paměť řadič zobrazovací obrazové paměti subsystém videosignál

60 Vývoj po roce 1990 Vysoký výkon během rasterizace - kompozice obrazu G

61 Vývoj po roce 1990 Vysoký výkon během rasterizace - dělení obrazovky G

62 Silová zpětná vazba: Má to něco společného s grafikou ?

63 PHANToM 1.0

64 3DOF Haptika: princip Zjisti, zda bod proniká do objektu.
Nalezni nejbližší bod na povrchu Vypočti reaktivní sílu x F F=k.x

65 Smyčka silové zpětné vazby

66 Smyčka silové zpětné vazby

67 1000 Hz požadavek na výkon • uživatel je součástí simulační smyčky
• 1000 Hz je nezbytná frekvence, aby nedošlo k nežádoucím oscilacím • Důsledek: jsme velmi omezeni v tom, jaké množství výpočtů ve smyčce stihneme provést Video:

68 Propojení vizuálního a dotykového prostoru
fyzický prostor Virtuální prostor

69 ... A využití haptiky Fyzický prostor Virtuální prostor

70 Reachin Display

71 Point Based Haptics Haptic1.avi

72 VRECKO a HCI Laboratory …