UNIVERSIDADE KIMPA
VITA
A Terceira Dimensão
(Parte I)
Prof. AMOUSSOU DOROTHÉE
[email protected]
A Terceira Dimensão
Tópico:
 A Terceira Dimensão (Conceitos Básicos)
Computação gráfica tridimensional
 Modelagem tridimensional
 Elaboração de imagens tridimensionais
 Realidade virtual

A Terceira Dimensão

Formatos tridimensionais:
 DXF, padrão tridimensional AutoCAD;
 IGES, padrão de CAD independente de fabricante;
 3DS, formato binário do 3D Studio;
 VRML, para modelos de realidade virtual.
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
Funções de um editor gráfico 3D:
 criação de primitivas 3D;
 construção de estruturas gráficas 3D;
 transformações lineares e não-lineares 3D;
 visualização básica 3D.
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
Transformações tridimensionais:
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Tela de editor 3D
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
Exemplos de editores tridimensionais:
 3DStudio Max;
 Softimage 3D;
 Maya.
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
Métodos de representação tridimensional:
 modelos geométricos;
superfícies poligonais;
 superfícies curvas;
 representações de varredura;
 geometria sólida construtiva;



modelos procedimentais;
modelos volumétricos.
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
Modelos geométricos:
 contêm informação da geometria de uma cena:
objetos, facetas, arestas, vértices;
 podem ser construídos com editores 3D internos
ou externos a um sistema de animação 3D;
 contêm informação adicional sobre a natureza
das superfícies (cor, material, texturas etc.)
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Superfícies poligonais:
 compostas por vértices, arestas e faces;
 malhas poligonais: superfícies poligonais
abertas;
 poliedros: superfícies poligonais fechadas;
 normais: direções perpendiculares às faces.
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Malha poligonal
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
Normais às faces de um cubo:
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
Normal a um vértice:
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
Superfícies curvas - motivação.

A conversão para polígonos só é feita no instante de
elaboração:


Preservam a geometria exata dos objetos:


permite adaptar a resolução poligonal à resolução da tela.
importante para gerar dados para a fabricação.
Podem também ser mais eficientes:

figuras que teriam que ser representadas por modelos
poligonais muito grandes.
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Superfícies curvas:
 Superfícies cônicas


Esferas, elipses, cilindros, cones etc.
Superfícies cúbicas

Superfícies de Bézier, “splines” etc.
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Retalho cúbico:
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
Superfície cúbica:
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
Geometria sólida construtiva:
 operações booleanas sobre sólidos básicos;
 uso conceitualmente fácil;
 nem sempre produz resultados esperados:

dissonância com modelos baseados em superfícies.
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Operação de geometria sólida construtiva:
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
Representações de varredura:
 geradas por deslocamento de uma forma 2D ao
longo de uma trajetória;
 deslocamento paralelo: extrusão;
 revolução em torno de um eixo: superfícies de
revolução.
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Exemplo de extrusão:
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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.
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
Tipos de modelos procedimentais:
 fractais: relevo, hidrografia, formas abstratas;
 graftais: plantas;
 sistemas de partículas: fogo, névoa, vapores;
 modelos físicos: baseadas nas propriedades
físicas de objetos reais.
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
Montanha fractal
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
Graftal em forma
de samambaia
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
Modelagem 3D - 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, subsolos.
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
Câmeras virtuais:
 determinam como a cena 3D será projetada em
imagens 2D;
 uso baseado na imitação de câmeras
verdadeiras;
 parâmetros típicos: posição, alvo, abertura.
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Movimentos das câmeras virtuais:
 translações;
 rotações;
 zoom - mudança da abertura.
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Imagem original
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Translação da câmera
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Aproximação da câmera
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Mudança da abertura
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Rotação da câmera
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Elaboração tridimensional

Elaboração
de cena:
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Visualização 3D:
 visualização em fio de arame: mostra as
arestas, com as faces transparentes;
 visualização com linhas ocultas: mostras as
arestas, com as faces opacas;
 elaboração: obtenção de imagem fotorealista.
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Visualização em fio-de-arame:
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
Visualização com linhas ocultas
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Transformações 3D:
 translação;
 rotação;
 mudança de escala;
 projeção.
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
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.
Uma paisagem renderizada
computacionalmente
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
Elementos da elaboração:
 modelos da cena, incluindo geometria e
materiais;
 câmeras e luzes;
 parâmetros da imagem: resolução, canais, grau
de fotorealismo.
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
Modalidades de elaboração:
 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.
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Elaboração em fio de arame:
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
Elaboração em fio de arame com antipseudonímia:
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
Elaboração preliminar:
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
A 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.

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Iluminação original:
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
Iluminação reduzida:
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
Iluminação de refletor:
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Coloração de Gouraud:
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
Coloração de Phong:
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Coloração chapada:
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
Coloração de Gouraud:
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
Coloração de Phong:
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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
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
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.
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
Aplicação de textura:
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
Aplicação planar:
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Aplicação cilíndrica:
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Aplicação de imagem:
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Mapa de rugosidade:
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
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.
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Cena com dois objetos:
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
Transparência:
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Realidade virtual:
 ambiente artificial apresentado a um usuário de
forma a que se assemelhe o máximo possível a
um ambiente real;
 sistemas mais avançados são imersivos;
 sistemas para grupos: mundos virtuais;
 avatares: representações dos usuários.
 Linguagem: VRML
Exemplo de extrusão em VRML:
http://www.jurema-sampaio.pro.br/VRML/teste1.htm
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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;
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Sistemas imersivos:
 sensores de tato (dispositivos hápticos):
luvas e trajes sensores;
 possivelmente com feedback de força para dar ilusão de
solidez.

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Visualização
em
navegador:
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Conversor de 3DS para VRML:
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
Modelo exibido
em um
navegador: