3D vizualizacija 3D vizualizacija i rendering Faze 3D modeliranja ...
3D vizualizacija 3D vizualizacija i rendering Faze 3D modeliranja ...
3D vizualizacija 3D vizualizacija i rendering Faze 3D modeliranja ...
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
17.5.2012<br />
<strong>3D</strong> <strong>vizualizacija</strong><br />
doc.dr. Samir Lemeš<br />
Predavanja za predmet<br />
B4812 "Kompjutersko oblikovanje parkovskog prostora (CAD)"<br />
Šumarski fakultet u Sarajevu, 2012.<br />
<strong>3D</strong> <strong>vizualizacija</strong> i <strong>rendering</strong><br />
• <strong>Faze</strong> <strong>3D</strong> <strong>modeliranja</strong><br />
• Software za <strong>3D</strong> modeliranje<br />
• Materijali<br />
• Osvjetljenje<br />
• Sjenčenje<br />
• Refleksija<br />
• Okvir isijecanja<br />
• Rasterizacija<br />
slike i videa<br />
• Tehnike<br />
rasterizacije<br />
<strong>Faze</strong> <strong>3D</strong> <strong>modeliranja</strong><br />
1. Kreiranje <strong>3D</strong> objekata<br />
2. Pozicioniranje objekata<br />
u WCS i međusobno<br />
3. Određivanje položaja izvora svjetlosti<br />
4. Položaj kamere / posmatrača<br />
5. Dodavanje teksture na objekte<br />
6. Atmosferski efekti i pozadine<br />
7. Renderisanje (rasterizacija)<br />
• Redoslijed pojedinih faza može biti različit,<br />
zavisno od korištenog softwarea.<br />
Software za <strong>3D</strong> modeliranje<br />
• Pored izrade 2D tehničkih crteža, <strong>3D</strong> modeli<br />
se često koriste za vizualizaciju projekta,<br />
obično za potrebe prezentacije za investitora.<br />
• Vizualizacija obuhvata sve tehnike za vizualno<br />
predstavljanje ideja i komunikaciju.<br />
• CAD software ima ograničene mogućnosti za<br />
vizualizaciju i zato se koriste alternative.<br />
• Koriste se fotorealistični prikazi, video<br />
animacije, pa i interaktivna grafika, koja<br />
omogućuje manipulaciju objektom<br />
koji se želi predstaviti.<br />
Software za <strong>3D</strong> modeliranje<br />
• Kod izbora software-a za vizualizaciju,<br />
potrebno je uporediti osnovne karakteristike<br />
raspoloživih software-a sa stvarnim<br />
potrebama dizajnera.<br />
• Ako se želi samo renderisanje (rasterizacija)<br />
statične slike, lakoća korištenja nameće<br />
SketchUp kao pravi alat za tu namjenu.<br />
• Ako će se <strong>3D</strong> model koristiti i za druge<br />
namjene (od faze dizajniranja, preko<br />
vizualizacije, sve do izrade tehničke<br />
dokumentacije), onda se koristi složeniji<br />
software kao što je Autodesk Revit.<br />
Revit<br />
• Osnovna prednost korištenja software-a Revit<br />
je mogućnost interakcije s drugim članovima<br />
projektnog tima, posebno sa građevinskim<br />
inženjerima, koji vrše proračune i<br />
dimenzionisanje strukture građevine.<br />
• Druga prednost je brza izrada sastavnica i<br />
predmjera, koji se koriste u dokumentaciji.<br />
1
17.5.2012<br />
Maya<br />
• Autodesk Maya je software za <strong>3D</strong><br />
računarsku grafiku za MS Windows, Mac<br />
OS i Linux.<br />
• Od 1998. proizvod kompanije Alias Systems<br />
Corporation (Alias|Wavefront) f aod 2005. u<br />
vlasništvu Autodesk Inc.<br />
• Koristi se za kreiranje interaktivnih <strong>3D</strong><br />
aplikacija, kao što su video igre, crtani<br />
filmovi ili vizualni efekti u filmovima.<br />
• Ima odličnu integraciju sa software-ima za<br />
uređivanje digitalnog videa.<br />
SketchUp<br />
• Software za <strong>3D</strong><br />
modeliranje,<br />
za arhitekturu, građevinarstvo, mašinstvo, ali<br />
i za industriju zabave (filmovi, igre i sl.)<br />
• Omogućava smještanje <strong>3D</strong> modela u Google<br />
Earth i korištenje Google Earth tekstura.<br />
• Besplatna verzija: Google SketchUp<br />
• Komercijalna verzija: SketchUp Pro<br />
• Export iz Sketchup Pro u: 3ds, dwg,<br />
dxf, fbx, obj, xsi, wrl format.<br />
SketchUp<br />
Autodesk 3ds Max<br />
• Autodesk 3ds Max (do 2009: <strong>3D</strong> Studio<br />
MAX), je software prvenstveno namijenjen<br />
za izradu <strong>3D</strong> animacija.<br />
• Ima vlastiti t <strong>3D</strong> modeler, e a često se koristi<br />
za razvoj video<br />
igara, video<br />
animacije i<br />
efekte, te za<br />
vizualizaciju u<br />
arhitekturi.<br />
Materijali i teksture<br />
• Za realističnu<br />
vizualizaciju potrebno<br />
je aplicirati materijale<br />
i teksture na <strong>3D</strong><br />
modele.<br />
• CAD software<br />
obično ima<br />
biblioteku unaprijed<br />
definisanih materijala<br />
i tekstura.<br />
Materijali i teksture<br />
• Teksture povećavaju<br />
prividnu složenost<br />
jednostavne geometrije.<br />
• Mogu se uporediti sa<br />
lijepljenjem lj j tapeta<br />
ili umotavanjem<br />
u elastičnu foliju<br />
• Zakrivljene površine<br />
zahtijevaju dodatno<br />
rastezanje ili<br />
odsijecanje.<br />
2
17.5.2012<br />
Materijali i teksture<br />
• Prilikom rasterizacije, rasterske slike se<br />
transformišu tako da prekriju segmente<br />
površinskog <strong>3D</strong> modela.<br />
Za vrijeme<br />
rasterizacije<br />
koordinate<br />
se<br />
interpoliraju<br />
u teksturu<br />
Za svaki trougao na modelu<br />
uspostavlja se odgovarajući<br />
region sa fototeksture<br />
Osvjetljenje<br />
• Ako se želi dobiti realistična slika, potrebno je<br />
simulirati osvjetljenje površina prikazane<br />
scene.<br />
• Koristi se puno aproksimacija radi brzine rada.<br />
• Modeli osvijetljenosti ti se dijele u dvije<br />
kategorije:<br />
◦ Empirijski: jednostavne formulacije koje<br />
aproksimiraju fenomen koji se posmatra<br />
◦ Fizički: modeli zasnovani na stvarnoj fizici svjetla<br />
koje je u interakciji sa materijom<br />
• Radi jednostavnosti se u interaktivnoj grafici<br />
obično koriste empirijski modeli.<br />
Osvjetljenje<br />
• Komponente osvijetljenosti:<br />
1. Osobine izvora svjetla:<br />
◦ Spektar emitovanog svjetla (boja)<br />
◦ Geometrijski atributi: položaj, smjer, oblik<br />
◦ Usmjereno slabljenje<br />
◦ Polarizacija<br />
2. Osobine površina:<br />
◦ Spektar refleksije<br />
(boja površine)<br />
◦ Refleksija dijelova površine<br />
◦ Geometrijski atributi<br />
Osvjetljenje<br />
• Objekti koji nisu direktno osvijetljeni su ipak<br />
vidljivi (npr. plafon u sobi, donja strana stola).<br />
• To je rezultat indirektne osvijetljenosti od<br />
emitera, koja se odbija od drugih površina<br />
• Preteško za proračun č (u realnom vremenu),<br />
pa se koristi trik: "ambijentalni izvor<br />
svjetla".<br />
• Nema prostorne<br />
karakteristike niti smjer;<br />
isto osvjetljava sve površine.<br />
• Količina refleksije zavisi<br />
od osobina površine.<br />
Osvjetljenje<br />
• Kod usmjerenog izvora svjetla smjer je<br />
konstantan za sve prikazane površine.<br />
• Sve zrake svjetla su paralelne, kao da je<br />
izvor beskonačno daleko od osvijetljenih<br />
j<br />
površina.<br />
ambijentalno:<br />
usmjereno:<br />
Osvjetljenje<br />
• Tačkasti izvori svjetla emituju svjetlo<br />
jednako u svim pravcima iz jedne tačke.<br />
• Spot-svjetla su tačkasti izvori čiji<br />
intenzitet opada usmjereno.<br />
• Površinski izvori svjetla definišu 2-D<br />
površinu emitovanja (disk ili poligon).<br />
3
17.5.2012<br />
Sjenčenje<br />
• Sjenčenje (shading) je<br />
proces promjene boje<br />
površine <strong>3D</strong> objekta,<br />
na osnovu ugla pod kojim je objekat<br />
osvijetljen i udaljenosti izvora svjetla.<br />
• Renderisanje (rasterizacija) je proces<br />
pretvaranja <strong>3D</strong> objekata u 2D rasterske<br />
slike, sa definisanim materijalom,<br />
osvjetljenjem, položajem posmatrača i<br />
sjenčenjem.<br />
• Može se vršiti i u realnom vremenu.<br />
Sjenčenje<br />
• Flat shading je tehnika<br />
brzog sjenčenja koje uzima<br />
u obzir samo ugao izvora svjetla i normale<br />
na površinu objekta, njihove boje<br />
i intenzitet svjetlosti.<br />
• Smooth shading<br />
(glatko sjenčenje)<br />
koristi i druge osobine.<br />
• Algoritmi za linearnu interpolaciju glatkog<br />
sjenčenja su Phong i Gouraud.<br />
Refleksija<br />
• Refleksija je tehnika za opis objekata koji<br />
odbijaju svjetlost (ogledala, sjajne površne):<br />
◦ Metallic – refleksije zadržavaju boju objekta.<br />
◦ Polished – potpuna p refleksija, kao ogledalo.<br />
◦ Blurry –zamućenost, kao na hrapavoj površini.<br />
◦ Glossy – reflektuje samo svjetlost sa izvora.<br />
Okvir isijecanja<br />
• Isijecanje je svaka<br />
procedura koja uklanja dijelove slike.<br />
• Algoritmi isijecanja se koriste u 2D<br />
pogledima da bi se identifikovao dio slike<br />
koji se nalazi unutar prozora isijecanja ij j<br />
(vidljivi dio slike).<br />
• Matrice transformacija<br />
se primjenjuju samo na<br />
isječeni dio slike, kako<br />
bi se smanjio obim<br />
proračuna.<br />
Rasterizacija slike i videa<br />
• Za razliku od rasterizacije statičnih slika,<br />
<strong>rendering</strong> videa podrazumijeva da se izvrši<br />
rasterizacija svake scene (frame) posebno.<br />
• Standardno, video ima 25 do 30 slika u<br />
sekundi (frames per second, fps).<br />
• Za te svrhe, koristi se<br />
paralelno procesiranje<br />
pomoću klastera.<br />
• Titanic (1997):<br />
105 x Linux + 55 NT<br />
Tehnike rasterizacije<br />
• Za proračun transporta svjetla (<strong>rendering</strong>) se<br />
koriste tehnike:<br />
◦ Scanline <strong>rendering</strong> je projektovanje<br />
geometrijskog oblika, bez optičkih efekata.<br />
◦ Ray casting koristi geometriju i osnovne zakone<br />
optike – uklanjanje nediljivih linija (nema sjenčenja).<br />
◦ Ray tracing koristi naprednije optičke simulacije.<br />
◦ Radiosity proračunava putanju svjetla na osnovu<br />
definisanih osobina izvora svjetla.<br />
• Često se koristi kombinacija navedenih<br />
tehnika da bi se proces ubrzao.<br />
4
17.5.2012<br />
Tehnike rasterizacije<br />
• Ray tracing prikuplja kompleksno ponašanje<br />
svjetlosnih zraka kako se reflektuju ili upijaju.<br />
◦ Najbolje radi sa potpuno sjajnim površinama.<br />
◦ Difuzne površine pretvaraju zraku svjetlosti u više<br />
zraka. Ray tracing prati samo jednu zraku, pa se<br />
mora koristiti ambijentalno svjetlo da se nadoknadi<br />
nedostatak difuzije.<br />
• Radiosity prikuplja zbir prenosa svjetla, ali<br />
modelira sve površine kao difuzne reflektore.<br />
◦ Ne može modelirati odraz ili upijanje.<br />
◦ Slike ne zavise od tačke posmatranja.<br />
Tehnike rasterizacije<br />
• Ray tracing je algoritam<br />
koji se implementira u 2D<br />
prostoru (u projekciji)<br />
• Radiosity je algoritam<br />
koji se proračunava<br />
u <strong>3D</strong> prostoru.<br />
<strong>3D</strong> animacije<br />
• Pored statičnih <strong>3D</strong> <strong>vizualizacija</strong>, sve se više<br />
koriste i <strong>3D</strong> animacije, za simuliranje<br />
pokretnog <strong>3D</strong> prikaza dizajna:<br />
◦ Lakša <strong>vizualizacija</strong> za dizajnera<br />
◦ Bolje predstavljanje dizajna klijentima<br />
• Nakon kreiranja animacije, vrši se<br />
renderisanje, da bi se animacija mogla<br />
pohraniti u neki video format (CAD<br />
vektorski formati zahtijevaju licence za<br />
software).<br />
<strong>3D</strong> animacije<br />
• Sve su popularnije "walk-through" animacije,<br />
koje simuliraju kretanje kroz <strong>3D</strong> model.<br />
• Koriste se prednosti tehnika <strong>3D</strong><br />
<strong>modeliranja</strong> i vizualizacije acje (atmosferske<br />
s e<br />
pojave, sjene,<br />
osvjetljenja)<br />
kako bi se<br />
postigla<br />
što realističnija<br />
slika dizajna.<br />
Video formati<br />
• Nakon renderisanja <strong>3D</strong> animacije,<br />
potrebno je video pohraniti u format koji<br />
je prihvatljiv za klijenta.<br />
• "Codec" je software koji se koristi za<br />
kompresiju/dekompresiju videa.<br />
• Danas se najviše koriste MPEG2 (DVD),<br />
MPEG4 (Divx, Xvid, MKV) codeci, a za<br />
distribuciju videa preko interneta se video<br />
obično snima u Adobe Flash formatu.<br />
Video formati<br />
• Javni servisi za distribuciju videa prihvataju<br />
više različitih formata (codeca)<br />
• Automatska konverzija u Adobe Flash<br />
format.<br />
• Može se<br />
mijenjati<br />
rezolucija<br />
videa<br />
prilikom<br />
reprodukcije.<br />
5
Change language