Трехмерное компьютерная графики-Иванов В.П Москва 1995 стр.220
ВВВДЕНИЕ 5& Д.*'
Быстрое развитие вычислительных средств, расширение их возможностей являются главным фактором все более широкого внедрения их в различные сферы научной и практической деятельности. Исключительно интенсивно развивается направление компьютерного синтеза изображений. Можно считать, что в настоящее время в1 основном сформировалась новая отрасль информатики — машинная графика. Ее можно определить как науку о математическом моделировании геометрических форм и облика объектов, а также методов их визуализации. -
Интерес к синтезу изображений объясняется высокой информативностью последних. Информация, содержащаяся в изображении, представлена в наиболее концентрированной форме, и эта информация, как правило, более доступна для анализа: для ее восприятия получателю достаточно иметь относительно небольшой объем специальных знаний.
Стремление визуализировать информацию наблюдается практически во всех сферах деятельности человека. И с начала использования ЭВМ возникла проблема представления получаемых данных в виде изображения. На начальном этапе программными средствами формировались различные символьные изображения: диаграммы, графики, условные схемы, планы и т.п. Вывод такой информации осуществлялся непосредственно через алфавитно-цифровое печатающее устройство.
Формирование машинной графики как •самостоятельного направления относится к началу 60-х годов, когда Сазерлендом был создан первый специализированный пакет программного обеспечения машинной графики. В 60-е годы шли сформулированы принципы рисования отрезками, удаления невидимых линий, методы отображения сложных поверхностей, определены методы формирования теней, учета освещенности сюжета. Первые работы были в основном направлены на развитие векторной графики, т.е. рисования отрезками. Из первых работ этого направления наибольшее влияние на развитие векторной графики оказали алгоритмы Брезенхема.
В 70-е годы значительное число теоретических и прикладных работ было направлено на развитие методов отображения пространственных форм и объектов. Это направление принято называть трехмерной машинной графикой. Математическое моделирование трехмерных сюжетов требует учета трехмерности пространства предметов, расположения в нем источников освещения и наблюдателя. Потребностями трехмерной машинной графики обусловлено большое количество работ по методам аппроксимации и представления сложных поверхностей, отображению узоров из них, генерированию текстур, рельефа, моделированию ..условий освещения. Одновременно значительное внимание уделялось улучшению качества синтезированных изображений, повышению уровня их реалистичности; сглаживанию погрешностей, возникающих в результате аппроксимации геометрической формы реальных тел и пространственной дискретизации изображения. Методы трехмерной машинной 1рафики позволяют визуализировать сложные функциональные зависимости, получить изображения проектируемых, еще не созданных объектов, оценить облик предметаиз недоступной для наблюдения позиции и решить ряд других аналогичных задач.
В 80-е годы сфера применения машинной графики существенно расширилась. Появилась база для широкого использования методов машинной графики - персональные компьютеры. В результате машинная графика стала инструментом не только инженеров-исследователей, но и специалистов многих других отраслей, непосредственно несвязанных ни с техникой, ни с программированием. Увеличение памяти и скорости обработки информации в персональных ЭВМ, создание видеокомплексов с широким набором программ машинной графики, возможность
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение................_...........................................................t ,
Глава 1. Физические процессы формирования юо^^ений...........................'......."
1 и их моделирование..........................................................%........... 5
1.1. Модели в машинной графике.......................!!!...!!!!!!!!"!!!!!!!"!.......'......"4
1.2. Источники освещения.........................................i!!!!!""!!!!"!!!!!!!!"!"!!!!!!?
1.2.1.Источники искусственного освещения........................„.*..................".g
1.2.2. Характеристики излучения источников простой ................"......
геометрической формы.......................................................................... 10
1.2.3. Освещенность, создаваемая точечными и протяженными............... ',
источниками................................................................................ ,*
1.3. Естественное освещение................................1..."""'"""'"^"^^.....tlf
1.4. Моделирование отраженного излучения
объектов.............................................../........................... • AJ
1.5. Проекции в трехмерной машинной графике и их ............................ *
математические модели......................................................................... 2*
1.5.1. Параллельная проекция..........................................!!.!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!!! М
1.5.2. Центральная (перспективная) проекция....................................."".'.. jjjj
1.5.3. Описание преобразований с использованием однородных ........... ;«
координат......:...................................................,........................... grit
1.5.4. Проекции при различных видах съемки................!!""!"!!!!!!!!!!" 38
1.6. Текстура изображения..........................................................!..!!!!!!!!!!!!!!з5
1.7. Моделирование энергетических преобразований в системах.........
формирования изображений.........................;..............................................#
1.8. Синтез изображений с учетом специфики их формирования
в реальных условиях.......................................................................... \.4tt
Глава 2. Описание геометрических форм..........................................^
2.1. Описание поверхностей...................'..................!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!;""44
2.2. Общие характеристики основных типов поверхностей.........................41!
2.3. Модели объектов и их классификация.........,.......................................jfr\
Глава 3. Синтез изображении методом обратного трассирования лучей.................!»;
3.1. Модель приемника света и его размещение в пространстве
3.2. Модель объекта.............................................................................
3.2.1. Примитивы •*• базовые строительные элементы объекта!........".
3.2.2. Пространственные комбинации примитивов..............................
3.2.3. Формализованная математическая модель объекта...............".."..
1 3.2.4. Взаимное положение точки и объекта...........................
3.3. Определение видимых и затененных точек...................................
3.3.1. Пересечения светового луча с примитивом................................'
3.3.2. Пересечения светового луча с комбинацией примитивов...........
3.3.3. Определение затененных точек...............................„...................
3.4. Изображение основных примитивов методом трассирования лучей.............................................:.......................
3.4.1. Плоские многоугольники........................................!.!..!!!!!!"!!!"!!
3.4.2. Выпуклые многогранники..............................................Г..........
3.4.3. Квадратичные поверхности................................!...!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
3.4.4. Бикубические поверхности..............,...................„......................
3.5. Изображение зеркальных и преломляющих поверхностей?.,.."."!!
3.6. Особенности определения освещенности.......................................
Оглавление
Глава 4. Математические методы синтеза изображений путем проектирования
точек и линий на экран. ............ <. ................................................ ..... ..... 115
4.1. Трассирование лучей от объекта к экрану. ......................................... 115
4.1.1. Основные принципы....... .................................... . ............................ 115
4.1 Л. Модель объекта..... ......... . .............. . .................. .... ................. . .......... 116
4.1.3. Определение видимых точек. ............................ . ........... . ................. .117
4.1.4. Определение освещенности ..... . ................. . .................... . ........ . ....... .118
4.1.5. Изображение поточечно описанных объектов ................ . ................. 118
4.2. Метод сканирующей строки ....................... ........ .................................. 121
4.2.1. Модель объекта из многоугольников ............... . ............................... 122
4.2.2. Модель приемника ...................................................... . .................... 123
4.2.3. Изображение многоугольников на экране ............. . ................. . ....... 124
4.2.4. Изображение криволинейных поверхностей ................ .................... 127
4.3. Алгоритм Робертса ................................................ . ............................. 129
4.3.1. Модель объекта .......................................................................... . ..... 129
4.3.2. Синтез изображения ................................ . .............. . ......................... 130
Глава 5. Организация синтеза иэображнений ...... . ................ . ............ . ................... 132
5.1. Управление процессом синтеза» .......................................................... 132
5.2. Спектр синтезированного изображения .............................................. 135
5.3. Сокращение времени синтеза изображений ........................................ 137
5.3.1. Метод оболочек. ................ . ......... , .................................................... 138
5.3.2. Возможности использования транспьютеров в машинной
графике ............. . .......................... . .......................... .. ........... . ..................... 146
Глава б. Прикладное использование трехмерной машинной графики..., ............... 149
6.1. Архитектурное проектирование ........................................................... 149
6.2. Распознавание видеообразов ............................................................... 154
6.2.1. Распознавание образов по адаптивным эталонам ......... . ...... , ............ 155
6.2.2. Распознавание образов в условиях неизвестной
ориентации их корпусов ........................ , ................................................... 158
6.2.3. Распознавание образов по адаптированным эталонам в пирамидальной структуре ................................................... ....................... 160
6.2.4. Распознавание образов по эталонам, адаптированным по условиям наблюдения и качеству ............................. . ................................ 163
6.3. Автоматизированное проектирование в машиностроении ................... 167
6.4. Восстановление формы скрытых объектов в медицинских исследованиях. ..... . ................... .-. ..... . ........ . ............ . .............. .. .................... 169
6.5. Видеотреиажеры и имитаторы сложных сцен ...................................... 173
6.5.1. Тренажер для имитации полета над реальной местностью ............... 174
6.5.2. Компьютерный имитатор изображений облаков.. ............................ 182
6.6. Реклама и мультипликация ............ . .................... .... ............ . ............... 186
Приложение. Описания прикладных программ...... ........ ........ ............................... 189
Слисок литературы ........................... . ......... . .................... ..„.„т ............................. 215
Цена: 150руб.
