Aula 10 11 - terceira dimensao

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Aula 10 11 - terceira dimensao

  1. 1. Sistemas e Aplicações Multimídia Maio - 2015 Professor: Giomar Sequeiros O. Email: giomar.olivera@anhanguera.com Conteúdo Terceira Dimensão Aula 10 e 11
  2. 2. Computação Gráfica Tridimensional Sistemas e Aplicações Multimídia 2
  3. 3. 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 Sistemas e Aplicações Multimídia 3
  4. 4. Funções de um editor gráfico 3D - Criação de primitivas 3D - Construção de estruturas gráficas 3D - Transformações lineares e não lineares. - Visualização básica 3D. Sistemas e Aplicações Multimídia 4
  5. 5. 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. Sistemas e Aplicações Multimídia 5
  6. 6. 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) Sistemas e Aplicações Multimídia 6
  7. 7. 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: Sistemas e Aplicações Multimídia 7
  8. 8. 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: Sistemas e Aplicações Multimídia 8
  9. 9. 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 Sistemas e Aplicações Multimídia 9
  10. 10. Transformações básicas : Rotação A equação em da rotação em torno do eixo z é dada por: Em coordenadas homogêneas, ela segue como: Sistemas e Aplicações Multimídia 10
  11. 11. Transformações básicas : Rotação A equação em da rotação em torno do eixo x é dada por: Em coordenadas homogêneas, ela segue como: Sistemas e Aplicações Multimídia 11
  12. 12. Transformações básicas : Rotação A equação em da rotação em torno do eixo y é dada por: Em coordenadas homogêneas, ela segue como: Sistemas e Aplicações Multimídia 12
  13. 13. Transformações básicas Sistemas e Aplicações Multimídia 13
  14. 14. 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 Sistemas e Aplicações Multimídia 14
  15. 15. 3D Max Studio Sistemas e Aplicações Multimídia 15
  16. 16. Maya Sistemas e Aplicações Multimídia 16
  17. 17. Blender Sistemas e Aplicações Multimídia 17
  18. 18. Métodos de representação tridimensional • Modelos geométricos • Superfícies poligonais • Superfícies curvas • Representação de varredura • Geometria sólida construtiva • Modelos procedimentais • Modelos volumétricos Sistemas e Aplicações Multimídia 18
  19. 19. 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) Sistemas e Aplicações Multimídia 19
  20. 20. Superfícies poligonais • Compostas por vértices, arestas, normais e faces; • Malhas poligonais: superfícies poligonais abertas; • Poliedros: superfícies poligonais fechadas • Normais: direções perpendiculares as faces. Sistemas e Aplicações Multimídia 20
  21. 21. Superfícies poligonais Sistemas e Aplicações Multimídia 21
  22. 22. Superfícies poligonais Sistemas e Aplicações Multimídia 22 Normais às faces de um cubo
  23. 23. Superfícies poligonais Sistemas e Aplicações Multimídia 23 Normais a um vértice de um cubo
  24. 24. 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. Sistemas e Aplicações Multimídia 24
  25. 25. Superfícies curvas • Superfícies cónicas • Esferas, elipses, cilindros, cones, etc • Superfícies cúbicas • Superfícies de bezier, “splines”, etc Sistemas e Aplicações Multimídia 25
  26. 26. Superfícies curvas Retalho cúbico Sistemas e Aplicações Multimídia 26
  27. 27. Superfícies curvas Superfície cúbica Sistemas e Aplicações Multimídia 27
  28. 28. Geometria sólida construtiva • Operações booleanas sobre sólidos básicos • Uso conceitualmente fácil • Nem sempre produz resultados esperados • Dissonância com modelos baseados em superfícies Sistemas e Aplicações Multimídia 28
  29. 29. Geometria sólida construtiva Operação de geometria sólida construtiva Sistemas e Aplicações Multimídia 29
  30. 30. Geometria sólida construtiva União Sistemas e Aplicações Multimídia 30
  31. 31. Geometria sólida construtiva Diferença Sistemas e Aplicações Multimídia 31
  32. 32. Geometria sólida construtiva Interseção Sistemas e Aplicações Multimídia 32
  33. 33. Geometria sólida construtiva Várias operações Sistemas e Aplicações Multimídia 33
  34. 34. Geometria sólida construtiva Sistemas e Aplicações Multimídia 34 https://www.youtube.com/watch?v=dCckl1gw8wo
  35. 35. 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 Sistemas e Aplicações Multimídia 35
  36. 36. Representações de varredura • Exemplo: extrusão Sistemas e Aplicações Multimídia 36
  37. 37. Representações de varredura • Exemplo: superfície de revolução Sistemas e Aplicações Multimídia 37
  38. 38. Representações de varredura • Exemplo: superfície de revolução Sistemas e Aplicações Multimídia 38
  39. 39. 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 Sistemas e Aplicações Multimídia 39
  40. 40. 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. Sistemas e Aplicações Multimídia 40
  41. 41. Tipos Modelos procedimentais • Fractais Sistemas e Aplicações Multimídia 41
  42. 42. Tipos Modelos procedimentais • Montanha fractal Sistemas e Aplicações Multimídia 42
  43. 43. Tipos Modelos procedimentais • Gractal Sistemas e Aplicações Multimídia 43
  44. 44. Exemplo Fractais Sistemas e Aplicações Multimídia 44 https://www.youtube.com/watch?v=S530Vwa33G0
  45. 45. Tipos Modelos procedimentais • Sistema de partículas Sistemas e Aplicações Multimídia 45
  46. 46. Sistemas e Aplicações Multimídia 46 https://www.youtube.com/watch?v=dNaQ60tVumY Exemplo Sistema de partículas
  47. 47. 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. Sistemas e Aplicações Multimídia 47
  48. 48. Modelagem tridimensional: Modelos volumétricos Enumeração exaustiva Sistemas e Aplicações Multimídia 48
  49. 49. Modelagem tridimensional: Modelos volumétricos Decomposição em Células Sistemas e Aplicações Multimídia 49
  50. 50. 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. Sistemas e Aplicações Multimídia 50
  51. 51. Elaboração tridimensional: Rendering Sistemas e Aplicações Multimídia 51 https://www.youtube.com/watch?v=HjHiC0mt4Ts
  52. 52. Elaboração tridimensional: Elementos da elaboração • Modelos da cena, incluindo geometria e materiais; • Câmeras e luzes; • Parâmetros da imagem: resolução, canais, grau de foto- realismo. Sistemas e Aplicações Multimídia 52
  53. 53. Elaboração tridimensional: 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. Sistemas e Aplicações Multimídia 53
  54. 54. Elaboração tridimensional: Modalidades • Elaboração em fio-de-arame: Sistemas e Aplicações Multimídia 54
  55. 55. Elaboração tridimensional: Modalidades • Elaboração preliminar : Sistemas e Aplicações Multimídia 55
  56. 56. Elaboração tridimensional: 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. Sistemas e Aplicações Multimídia 56
  57. 57. Elaboração tridimensional: Iluminação Iluminação original Sistemas e Aplicações Multimídia 57
  58. 58. Elaboração tridimensional: Iluminação Iluminação reduzida Sistemas e Aplicações Multimídia 58
  59. 59. Elaboração tridimensional: Iluminação Iluminação de refletor Sistemas e Aplicações Multimídia 59
  60. 60. Elaboração tridimensional: Iluminação Coloração chapada Sistemas e Aplicações Multimídia 60
  61. 61. Elaboração tridimensional: Iluminação Coloração de Gouraud: Sistemas e Aplicações Multimídia 61
  62. 62. Elaboração tridimensional: Iluminação Coloração de Phong: Sistemas e Aplicações Multimídia 62
  63. 63. Elaboração tridimensional: Iluminação Comparação de técnicas de elaboração : Sistemas e Aplicações Multimídia 63 Modelo Qualidade Aplicação Chapado Baixa Pré-visualização, realce das facetas Gouraud Média Uso normal Phong Alta Melhor reprodução dos pontos brilhantes
  64. 64. 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. Sistemas e Aplicações Multimídia 64
  65. 65. Elaboração tridimensional: Texturas Aplicação de texturas Sistemas e Aplicações Multimídia 65
  66. 66. Elaboração tridimensional: Texturas Aplicação de imagem Sistemas e Aplicações Multimídia 66
  67. 67. Elaboração tridimensional: Texturas Mapa de rugosidade Sistemas e Aplicações Multimídia 67
  68. 68. Elaboração tridimensional: 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. Sistemas e Aplicações Multimídia 68
  69. 69. Elaboração tridimensional: Sombras, reflexos e refrações Cena com dois objetos Sistemas e Aplicações Multimídia 69
  70. 70. Elaboração tridimensional: Sombras, reflexos e refrações Transparência Sistemas e Aplicações Multimídia 70
  71. 71. Realidade Virtual Sistemas e Aplicações Multimídia 71
  72. 72. 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. Sistemas e Aplicações Multimídia 72
  73. 73. Realidade Virtual Sistemas e Aplicações Multimídia 73
  74. 74. Realidade Virtual Sistemas e Aplicações Multimídia 74 Second life
  75. 75. 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; Sistemas e Aplicações Multimídia 75
  76. 76. Realidade Virtual: Sistemas imersivos • Sensores de tato (dispositivos hápticos): • Luvas e trajes sensores; • Possivelmente com feedback de força para dar ilusão de solidez. Sistemas e Aplicações Multimídia 76
  77. 77. Realidade Virtual: Sistemas imersivos Sistemas e Aplicações Multimídia 77 Dispositivos hápticos
  78. 78. Realidade Virtual Sistemas e Aplicações Multimídia 78 https://www.youtube.com/watch?v=XECqdtdY-Gc
  79. 79. Sistemas e Aplicações Multimídia 79 https://www.youtube.com/watch?v=V34gCw4fyLs Realidade Virtual
  80. 80. 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. Sistemas e Aplicações Multimídia 80
  81. 81. Realidade Virtual: VRML • 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; Sistemas e Aplicações Multimídia 81
  82. 82. Realidade Virtual: VRML • 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... Sistemas e Aplicações Multimídia 82
  83. 83. Realidade Virtual: VRML 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. Sistemas e Aplicações Multimídia 83
  84. 84. Realidade Virtual: VRML • 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. } Sistemas e Aplicações Multimídia 84
  85. 85. Realidade Virtual: VRML Sistemas e Aplicações Multimídia 85
  86. 86. Realidade Virtual: VRML Sistemas e Aplicações Multimídia 86
  87. 87. Bibliografia Recomendada Eduardo Azevedo e Aura Conci, Computacao Grafica :Teoria e Pratica vol. 1 e vol. 2. Rio de Janeiro, 2009. Básica Sistemas e Aplicações Multimídia 87
  88. 88. Bibliografia Recomendada PAULA FILHO, Wilson de Pádua. Multimídia: Conceitos e Aplicações. 2. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2014. . Básica Sistemas e Aplicações Multimídia 88
  89. 89. Bibliografia Recomendada 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. Sistemas e Aplicações Multimídia 89
  90. 90. 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%. Sistemas e Aplicações Multimídia 90 Média final >=6 (Não existe arredondamento)

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