Aula 10 11 - terceira dimensao

Sistemas e Aplicações
Multimídia
Maio - 2015
Professor: Giomar Sequeiros O.
Email: giomar.olivera@anhanguera.com
Conteúdo
Terceira Dimensão
Aula 10 e 11

Computação Gráfica Tridimensional
Sistemas e Aplicações Multimídia 2

Formatos Tridimensionais
Modelagens tridimensionais: Consiste na construção de
uma base de dados que contém a descrição geométrica da
cena.
Os formatos de arquivos mais tradicionais são:
• DXF – Padrão tridimensional do AutoCAD
• IGES – Padrão CAD, independente de fabricante.
• 3DS – Formato binário do Autodesk 3D Studio.
• VRML – Realidade virtual na Internet.
• X3D – baseado em XML, apontado como sucessor de
VRML

Funções de um editor gráfico 3D
- Criação de primitivas 3D
- Construção de estruturas gráficas 3D
- Transformações lineares e não lineares.
- Visualização básica 3D.

Cenas tridimensionais
Podem utilizar o mesmo conceito das figuras bidimensionais,
mas com transformações lineares tridimensionais. A rotação
tem como referência uma reta que serve de eixo.

Transformações básicas: Sistemas
de Coordenadas
Representam uma forma de indexar e localizar elementos no
espaço (que é 3D). Os Eixos com orientação formam o
Sistema de Coordenadas Cartesianas. Dado um ponto P, ele
é definido por uma tripla de coordenadas (x,y,z)

Transformações básicas : Translação
A translação em 3D pode ser vista como simplesmente uma extensão a
partir da translação 2D, ou seja, sua representação em coordenadas
homogêneas fica da seguinte forma:
onde dx, dy e dz representam o vetor de translação; x, y e z as
coordenadas iniciais e x’, y’ e z’ as coordenadas finais. Simplificando para
cada eixo fica:

Transformações básicas : Escala
Sua representação em coordenadas homogêneas fica da seguinte forma:
Onde sx, sy e sz representam o vetor de fator de escala. Simplificando
para cada eixo fica:

Transformações básicas : Rotação
Em 2D, a rotação se dá em torno de um ponto (1D). Em 3D é necessário
especificar uma reta (2D), em torno da qual a rotação ocorrerá

A equação em da rotação em torno do eixo z é dada por:
Em coordenadas homogêneas, ela segue como:

A equação em da rotação em torno do eixo x é dada por:

A equação em da rotação em torno do eixo y é dada por:

Transformações básicas

Exemplo de Editores 3D
• 3D Studio Max: da Autodesk, usado em jogos e
visualização arquitetônica (Windows).
• Soft Image 3D: usado em cinema e televisão (Windows e
linux).
• Maya, da Autodesk usado em cinema e televisão (Windows
e linux).
• Blender, opensource, multiplataforma

3D Max Studio

Maya

Blender

Métodos de representação
tridimensional
• Modelos geométricos
• Superfícies poligonais
• Superfícies curvas
• Representação de varredura
• Geometria sólida construtiva
• Modelos procedimentais
• Modelos volumétricos

Modelos geométricos
• Contém informação da geometria de uma cena: objetos,
faces, arestas, vértices.
• Podem ser construídos com editores 3D internos ou
externos a um sistema de animação 3D;
• Contém informação adicional sobre a natureza das
superfícies (cor, material, texturas, etc)

Superfícies poligonais
• Compostas por vértices, arestas, normais e faces;
• Malhas poligonais: superfícies poligonais abertas;
• Poliedros: superfícies poligonais fechadas
• Normais: direções perpendiculares as faces.

Normais às faces de um cubo

Normais a um vértice de um cubo

Superfícies curvas
• A conversão para polígonos só é feita no instante de
elaboração:
• Permite adaptar a resolução poligonal à resolução da
tela
• Preservam a geometria exata dos objetos
• Importante para gerar dados para a fabricação
• Podem também ser mais eficientes.
• Figuras que teriam que ser representadas por modelos
poligonais muito grandes.

Superfícies curvas
• Superfícies cónicas
• Esferas, elipses, cilindros, cones, etc
• Superfícies cúbicas
• Superfícies de bezier, “splines”, etc

Superfícies curvas
Retalho cúbico

Superfícies curvas
Superfície cúbica

Geometria sólida construtiva
• Operações booleanas sobre sólidos básicos
• Uso conceitualmente fácil
• Nem sempre produz resultados esperados
• Dissonância com modelos baseados em superfícies

Operação de geometria sólida construtiva

União

Diferença

Interseção

Várias operações

https://www.youtube.com/watch?v=dCckl1gw8wo

Representações de varredura
• Gerada por deslocamento de uma forma 2D ao longo de
uma trajetória
• Descolamento paralelo: extrusão
• Revolução em torno a um eixo: Superfícies de revolução

• Exemplo: extrusão

• Exemplo: superfície de revolução

Modelagem 3D: Modelos
procedimentais
• Descrevem objetos de geometria muito complexa
• Os objetos são descritos por algoritmos
• Adequados para imitar muitos fenômenos naturais
• O grau de detalhe pode ser controlado para evitar tempos
excessivos de elaboração

Tipos Modelos procedimentais
• Fractais: relevo, hidrografia, formas abstratas;
• Graftais: plantas;
• Sistemas de partículas: fogo, névoa, vapores;
• Modelos físicos: baseadas nas propriedades
físicas de objetos reais.

• Fractais

• Montanha fractal

• Gractal

Exemplo Fractais
https://www.youtube.com/watch?v=S530Vwa33G0

• Sistema de partículas

https://www.youtube.com/watch?v=dNaQ60tVumY
Exemplo Sistema de partículas

Modelagem tridimensional: Modelos
volumétricos
• Descrevem tanto a superfície como o interior
dos objetos;
• O espaço é dividido em cubos elementares
(voxels), com cor e transparência individuais;
• Adequados para a reconstituição de objetos
naturais: tomografias, sub-solos.

volumétricos
Enumeração exaustiva

volumétricos
Decomposição em Células

Elaboração tridimensional: Rendering
• Elaboração de imagens (“rendering”):
• Obtenção de imagens representativas de projeções da
cena 3D;
• Constitui normalmente a etapa de produção mais
intensiva em processamento, mas não precisa de
intervenção manual.

Elaboração tridimensional: Rendering
https://www.youtube.com/watch?v=HjHiC0mt4Ts

Elaboração tridimensional:
Elementos da elaboração
• Modelos da cena, incluindo geometria e materiais;
• Câmeras e luzes;
• Parâmetros da imagem: resolução, canais, grau de foto-
realismo.

Modalidades
• Elaboração em fio-de-arame: geração de vistas da
geometria, para fins de modelagem;
• Elaboração preliminar: geração de imagens para
avaliação;
• Elaboração definitiva: geração de imagens para pós-
produção e gravação.

Modalidades
• Elaboração em fio-de-arame:

Modalidades
• Elaboração preliminar :

Iluminação
Determina a intensidade de cada canal, de cada pixel e de
cada imagem, dados:
• A geometria e materiais da cena;
• Os parâmetros das câmeras;
• Os parâmetros das luzes;
• Os parâmetros das imagens.

Iluminação
Iluminação original

Iluminação
Iluminação reduzida

Iluminação
Iluminação de refletor

Iluminação
Coloração chapada

Iluminação
Coloração de Gouraud:

Iluminação
Coloração de Phong:

Iluminação
Comparação de técnicas de elaboração :
Modelo Qualidade Aplicação
Chapado Baixa Pré-visualização, realce das facetas
Gouraud Média Uso normal
Phong Alta Melhor reprodução dos pontos brilhantes

Elaboração tridimensional: Texturas
• Simulam detalhes complexos através da projeção de
imagens 2D sobre uma superfície;
• Permitem efeitos atraentes, mas aumentam muito o
tempo de elaboração;
• As imagens 2D podem também ser usadas para simular
a rugosidade 3D.

Aplicação de texturas

Aplicação de imagem

Mapa de rugosidade

Sombras, reflexos e refrações
• Contribuem em muito para o realismo aparente;
• Normalmente calculadas por métodos aproximados;
• O cálculo segundo as leis da ótica requer o
rastreamento de raios.

Cena com dois objetos

Transparência

Realidade Virtual

Realidade Virtual
• Ambiente artificial apresentado a um usuário de forma a
que se assemelhe o mais possível a um ambiente real;
• Sistemas mais avançados são imersivos;
• Sistemas para grupos: mundos virtuais;
• Avatares: representações dos usuários.

Realidade Virtual

Realidade Virtual
Second life

Realidade Virtual: Sistemas
imersivos
• Monitores gráficos miniaturizados:
• Em óculos especiais ou capacetes;
• Apresentam uma imagem para cada olho, criando
tridimensionalidade;
• Dispositivos que monitoram as ações do usuário:
• Óculos e capacetes que sentem os movimentos da
cabeça;

imersivos
• Sensores de tato (dispositivos hápticos):
• Luvas e trajes sensores;
• Possivelmente com feedback de força para dar
ilusão de solidez.

imersivos
Dispositivos hápticos

Realidade Virtual
https://www.youtube.com/watch?v=XECqdtdY-Gc

https://www.youtube.com/watch?v=V34gCw4fyLs
Realidade Virtual

Realidade Virtual: VRML
VRML: É uma linguagem textual que descreve a geometria e
outros parâmetros necessários para a elaboração de cenas
tridimensionais na WEB.
Os visualizadores normalmente são instalados como plug-ins
nos navegadores.

• Primitivas gráficas;
• Definição de materiais:
• Texturas;
• Transformações de translação, rotação e mudança de
escala;
• Instanciação de símbolos gráficos;
• Definição de luzes;
• Definição e posicionamento de câmeras;

• As cenas são compostas por nodos, que descrevem os
objetos e as propriedades.
• Cada tipo de nodo (type) contém campos (fields), eventos
(events) e pode se comunicar (routes) com outro nodos.
• São exemplos de nodos: Esfera, cubo, luz, som,
coordenadas, extrusão, colisão...

Cada nodo apresenta as características.
• Tipo: Box, Color, Group, Sphere, Sound, etc,
• Atributos: que diferem um nodo de outro.
• Eventos: Recebem e enviam alterações no seu
estado (ou alteram o estado de outros).
• Implementação: Define os eventos gerados, como reage a
eventos que recebe e a suas características visuais no
mundo virtual.
• Nome: para fazer referência a uma instância específica.

• Os nodos do tipo “Shape” são básicos para a construção
dos objetos.
• Eles associam os nodos geométricos aos nodos que
definem a característica visuais dos objetos.
Por exemplo:
Shape
{
geometry cone = objeto.
appearance Appearance = aparência.
material Material = Material.
}

Bibliografia Recomendada
Eduardo Azevedo e Aura Conci,
Computacao Grafica :Teoria e Pratica vol. 1 e vol. 2. Rio de
Janeiro, 2009.
Básica

PAULA FILHO, Wilson de Pádua.
Multimídia: Conceitos e Aplicações. 2. ed.
Rio de Janeiro: LTC, 2014. .
Básica

Complementar
MARTINO, Luis M. S.. TEORIA DAS MIDIAS DIGITAIS.
1ª ed. : VOZES, 2014.
FOROUZAN, Behrouz A.. A comunicação
de dados e redes de computadores. 1ª
ed. Rio de Janeiro: McGraw
COMER, Douglas; BARCELLOS, Marinho. Redes de
Computadores e Internet : abrange transmissão de
dados, ligação inter-redes e web.. 4ª ed. Porto Alegre:
Bookman, 2007.

Material, Comunicação e Critérios de
Avaliação
Avaliação I (Peso 4,0)
- Prática : 2,00 (ATPS)
- Prova: 8,00
- Lista de exercícios: 1,00 (Opcional)
Avaliação II (Peso 6,0)
- Prática : 2,00 (ATPS)
- Prova escrita oficial: 8,00
- Lista de exercícios: 1,00 (Opcional)
Frequência igual ou superior a 70%.
Média final >=6 (Não existe arredondamento)

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