Multimédiá – grafika IDoc. Ing. Juraj Vaculík, PhD.,

Mail : juvac@fpedas.utc.sk

38

MM/2008 2

Prípravné fáza vizualizácie Príprava vizualizácie je tvorivá fáza, pri

ktorej spracovávame obrazy v našej predstavivosti do nejakej úvodnej podoby.

Súčasťou procesu tvorby musí byť nejaké rýchle a hrubé načrtnutie základných predstáv. Teda prvým krokom pri tvorbe scény je pomôcka v podobe úvodných náčrtov.

MM/2008 3

Štruktúra a delenie scény Pri organizácii bežnej scény bývajú často použité tri

hladiny – úrovne vrstiev: popredie, stredná časť a pozadie. Tieto hĺbkové plány sa ďalej delené na jednotlivé obrázky. Výsledkom spojenia zodpovedajúcich obrázkov je celá scéna. Použitie samostatných vrstiev má niekoľko dôležitých výhod: voľný prístup k rozdelenie a úpravám jednotlivých prvkov

scény bez ovplyvnenie okolitých prvkov kooperatívnu tímovú prácu zníženie rizika výskytu chýb vo výslednom zobrazení

MM/2008 4

Zásady kompozície a jej prvky Kompozícia popisuje celkovú štruktúru

všetkých prvkov použitých v snímke – postáv, osvetlenia, podporných prvkov, rekvizít, zvláštnych efektov a pod.

MM/2008 5

Zásady kompozície ... Obrazové plochy - Ak chceme vytvoriť

dôveryhodné obrazy, musíme vytvoriť ilúziu, že scéna je iba malou viditeľnou časťou rozsiahleho celku. Prvým predpokladom pre úspešnú ilúziu je delenie kompozície na tri typy vrstiev.

Pozorovací bod - Pozorovacím bodom je miesto, odkiaľ chcete aby divák sledoval jednotlivé prvky tvorenej scény. Pohľad z nízkeho uhla – podhľad (low-angle view) sa používa k zdôrazneniu veľkosti alebo podradenosti. Pohľad z vtáčej persektívy – nadhľad (birds eye view) sa používa k navodenie dojmu výšky, závratu alebo nadradenosti.

MM/2008 6

Zásady kompozície ... Ohniská - Ak sú jednotlivé vrstvy kompozície

správne usporiadané, bude oko pozorovateľa smerovať na zaujímavé oblasti scény nazývané ohniská (focal point)

Rozloženie scény - V oblasti vytvárania obrázkov počítačom CGI – computer genetrated imaging budeme rozložením scény označovať vzájomné vzťahy medzi väčšími zoskupeniami objektov. Blokový diagram rozkladá scénu na: kladný priestor – časť snímky obsadená objektmi záporný priestor – časť snímky obklopujúca objekty.

MM/2008 7

Zásady kompozície ... Mierka - popisuje vzájomný pomer veľkosti

jednotlivých objektov na scéne. Ide o dôležitý prvok upevňujúci predstavu o rozmeroch.

Dominantnosť – je relatívna vizuálna prítomnosť objektu v scéne, ktorý výrazne prevyšuje ostatné objekty scény. V scéne môže dominovať napríklad farba, objekt, textúra a pod.

MM/2008 8

Zásady kompozície ... Rovnováha – je pravdepodobne najťažšie

dosiahnuteľná, pretože je veľmi úzko spätá s ostatnými zásadami. Ide o vzájomne vyrovnanú kombináciu všetkých ostatných prvkov v scéne na základe ich mierky, dominantnosti a všetkých ostatných aspektov, ktoré možno hodnotiť.

Dojem hĺbky obrazu – ilúziu hĺbky pri kompozícii dosiahneme pomocou uváženého používania prekrývania, hodnôt kontrastu, farieb a perspektívy pomocou atmosféry.

MM/2008 9

Dojem hĺbky prekrývaním objektov 1. fyzické prekrytie – používame ho na to, aby

sme divákovi dali pomocný podnet k pochopeniu relatívneho hĺbkového umiestenia objektu v scéne.

2. presah mimo hranice objektu – dochádza k nemu v okamihu, kedy sa jednotlivý prvok prekrýva s hranicou výrezu scény, napríklad strom v pozadí, ktorého časť je mimo obrazovku.

MM/2008 10

Dojem hĺbky ... navodenie ilúzie hĺbky pomocou farieb a kontrastu

– pri určovaní polohy objektu v trojrozmernom priestore používa ľudské oko svetlé a tmavé plochy viditeľné v kompozícii. Všeobecným pravidlom je, že tmavé objekty a studené farby sa zdanlivo vzďaľujú od diváka, zatiaľ čo svetlé objekty a teplé farby objekt približujú smerom k divákovi.

Perspektíva prostredníctvom atmosféry – vnímanie hĺbky je schopnosť, ktorú sme sa naučili a  počítačom je možno napodobniť pomocou atmosféry. Možno ju napríklad vytvoriť pomocou hmly alebo oparu vo vzdialenejších vrstvách atmosféry .

MM/2008 11

Zásady kompozície ... Proporcie – proporcia je vzťah jednotlivých

objektov k objektu ako celku. Pri kompozícii je takto nazývaný vzťah medzi svetlými a tmavými oblasťami v snímke, relatívnou veľkosťou a umiestením objektov na scéne a spôsobom delenia priestoru. Kompozičné proporcie sa niekedy nazývajú pravidlom tretín alebo zlatý rez.

MM/2008 12

Rozvíjanie tvaru vytvárať objekt znamená upraviť jeho objem ,

hmotu, podobu, prevedenie, rozmery a obsiahnuť všetky tieto viditeľné vlastnosti v trojrozmernej podobe.

Východiskom pre modelovanie objektov sú takmer vždy jednoduché tvary.

MM/2008 13

Delenie tvaru Ďalšou časťou procesu modelovania je

rozhodnutie, ako celkovú formu rozdeliť. Delenie tvaru popisuje spôsob rozdelenia

objektu na jednotlivé – parciálne časti, napríklad delenie tvaru antického stĺpa – základ stĺpa, driek stĺpa a hlavica stĺpa

Pomer vzájomných proporcií jednotlivých častí objektu ovplyvňuje predstavu diváka o veľkosti objektu, mierke, jeho váhe a pod. .

ukážka

MM/2008 14

Tvorba detailov objekt s príliš veľkým množstvom detailov sa

prejaví ako krikľavý alebo prekonštruovaný, zatiaľ čo malé množstvo detailov môže pôsobiť dojmom nedokončenej práce.

Ich správny pomer spočíva na veľmi ťažko definovaných činiteľoch individuálneho zmyslu pre cit a detaily.

MM/2008 15

Komunikácia a detaily konečnými zložkami vizuálnej podoby

objektu sú jeho materiálové vlastnosti, textúra a detaily.

Práca s detailmi vyžaduje okrem úpravy a nanášania výslednej textúry tiež pridávanie alebo uberanie základných geometrických tvarov na povrch objektu.

MM/2008 16

Level of detail – úroveň detailov1. ponúka priestorovú informáciu o umiestení objektu

v kompozícii scény2. je faktorom, ktorý určuje tvar a počet polygónov

potrebných na modelovanie povrchu. LOD by sa mala meniť v závislosti na pozícii voči

pozorovateľovi. Objekty v popredí musia mať vyššiu LOD, aby boli pozorovateľovi zdanlivo viac priblížené. Objekty na pozadí majú nižšiu úroveň detailov, pretože sú od pozorovacieho bodu vzdialené.

MM/2008 17

Pravidlá tvorby celku Uvažovanie v súvislostiach – skôr ako začneme

modelovať objekt musíme si rozmyslieť jeho umiestenie a súvislosti na snímku, či bude statický alebo dynamická a pod.

Používanie obrazových náznakov – karikatúra obrysov je obdoba obrazových poznámok a náčrtov, zdôrazňujúca dominantné znaky tvaru objektu alebo obrazu. Používa sa, aby divákovi poskytla dostatok informácii na rozpoznanie objektu.

MM/2008 18

Pravidlá tvorby celku Úvahy o náhradných riešeniach – detaily

k objektom pridávame, aby sme ho vytvorili viac realistický (pekný, škaredý, opotrebovaný, čisto nový, poškodený a pod,) Povrchové detaily veľmi podobného vzhľadu môžeme vytvoriť pomocou: geometrie základných tvarov textúr definujúcich nerovnosti povrchu vytlačovacích máp.

MM/2008 19

Svetelná energia a vnímanie farieb Ak je svetelná energia atmosférickými podmienkami

znížená, farby objektov sa zdajú menej živé alebo dokonca bezfarebné. Toto je jeden z najdôležitejších faktorov, ktoré ovplyvňujú vnímanie svetla. Nižšia svetelná energia spôsobuje odpovedajúce zníženie fyzickej schopnosti nášho oka vidieť farby.

Za súmraku sa farby z červenej časti viditeľného spektra stávajú šedé a splývajú s tieňmi v okolitom prostredí a stávajú sa takmer neviditeľnými. Naproti tomu sa žiarivo zelené a oranžové farby za znížených svetelných podmienok zdajú biele a sú tak lepšie viditeľné.

MM/2008 20

Techniky ovplyvnenia osvetlenia Pri svetelnom zdroji vrhajúcom tieň je vhodné

umiestniť jeho duplikát s rovnakým umiestnením, ale bez vrhania tieňov a obe svetlá nastaviť na polovičnú intenzitu požadovanej výslednej intenzity.

Regulovaním pomeru intenzít týchto dvoch svetiel pri dodržaní ich konštantného súčtu je možné meniť kontrast vrhnutého tieňa bez zmeny celkového osvetlenia.

MM/2008 21

Techniky ovplyvnenia osvetlenia Simulácia denného svetla zabezpečí už

spomínaná dvojica svetiel s ďalším svetelným zdrojom v presne protichodnom smere bez vrhania tieňov a zlomkovou intenzitou. Je vhodné použiť rovnobežné alebo veľmi vzdialené bodové svetelné zdroje.

Interiéry je niekedy vhodné osvetliť „cez strop“, ak program umožňuje zakázať vrhanie tieňov pre objekty stropnej konštrukcie.

MM/2008 22

Súradnicové osi Používajú sa na znázornenie konkrétnych smerov

v trojrozmernom priestore. Univerzálnym symbolom použitým pre súradnicové

osi sú tri navzájom kolmé úsečky, ktoré sa pretínajú v počiatku súradnicového systému – v bode 0,0,0 a sú označené písmenami x, y a z.

Miery v 3D programoch sú zapísané použitím týchto hodnôt x, y a z pre každý osový smer. Každý objekt má teda svoju polohu, ktorá je zapísaná pomocou súradníc – číselných hodnôt, ktoré udávajú jeho polohu na osiach x, y a z.

MM/2008 23

Merné jednotky Relatívne číselné hodnoty súradníc, teda

jednotky môžu byť vo väčšine 3D programov nastavené podľa ľubovoľného štandardného systému merania.

Pravidlá pre prácu s jednotkami sú jednoduché a predstavujú iba zadanie numerickej hodnoty výšky, šírky alebo hĺbky objektu do príslušných osi x, y, z.

MM/2008 24

Premietanie Priestorové objekty sú väčšinou zobrazované na

dvojrozmerných zobrazovacích zariadeniach (monitor a pod.). Transformácia trojrozmerných objektov do dvojrozmernej podoby je realizovaná premietaním, pri ktorom dochádza k strate informácie. 

Premietanie (projekcia) v počítačovej grafike znamená transformáciu trojrozmerného priestoru (3D) do dvojrozmerného (2D) - všeobecne transformáciou z n-rozmerného do m-rozmerného priestoru pričom m<n.

Priemetňou nazývame rovinu v priestore, do ktorej transformujeme (premietame) objekty.

MM/2008 25

Premietanie ...Najčastejšie sa používajú nasledujúce spôsoby

premietania :  rovnobežné stredové axonometrické Štúdiom premietacích metód sa zaoberá deskriptívna

geometria. Tá rozlišuje škálu postupov určených na to, aby sme aj z dvojrozmerného obrázku získaného premietaním mohli spätne odvodiť rôzne priestorové parametre ako uhly alebo vzdialenosti. (pôdorys, nárys a bokorys)

MM/2008 26

Priestorová prezentácia telies V počítačovej grafike pracujeme s modelmi

objektov, ktoré môžeme reprezentovať mnohými rôznymi spôsobmi, V súčasnej dobe sa v trojrozmernej počítačovej grafika a v súvisiacich oboroch najčastejšie používa hraničná reprezentácia. Existujú dva najčastejšie spôsoby vymedzenia hranice telesa: polygonálna (plôšková) reprezentácia – aproximuje oblé

plochy telesa elementárnymi rovinnými plôškami, najčastejšie trojuholníkmi

analytická reprezentácia – popisuje teleso matematickou funkciou, obyčajne nejakou hladkou plochou.

MM/2008 27

Polygonálna reprezentácia Je pravdepodobne najčastejšie používanou metódou

reprezentácie objektov v počítačovej grafika. Základným stavebným prvkom tejto reprezentácie je trojuholník, aj keď väčšina štandardov pre zobrazovanie priestorových dát (GL, Direct3D) podporuje aj štvoruholníky a mnohouholníky. Základnou výhodou plôškovej reprezentácie je, že zobrazovanie takto vytvorených modelov býva podporované technickým vybavením počítača.

MM/2008 28

Polygonálna reprezentácia Plôšková reprezentácia je na modelovanie dosť

nevýhodná. Z toho dôvodu modelovacie programy obyčajne pracujú aj s inou reprezentáciou (najčastejšie z NURBS plochami) a siete trojuholníkov generujú až na svojom výstupe.

Nevýhodou je aj tzv. geometrický alias. Tento nežiaduci efekt sa prejavuje pri zmene mierky. Pôvodne spojité teleso, ktorého dva uzly sú reprezentované dvoma oddelenými údajmi, sa pri zmene mierky môže opticky roztrhnúť, lebo dôjde k chybe vplyvom konečnej presnosti zobrazovania čísel v pamäti počítača.

MM/2008 29

Analytická reprezentácia Analytické vyjadrenie hranične

reprezentovaných telies sa opera o pomerne rozsiahlu teóriu kriviek a plôch. V počítačovej grafike sa dnes používajú prevažne parametrické plochy, aj keď implicitné plochy tu nachádzajú stále väčšie uplatnenie.

MM/2008 30

Parametrické plochy Sú najčastejšie používaným nástrojom na

modelovanie v počítačovej grafike. Na parametrickú plochu sa môžeme pozerať ako na množinu vzniknutú ťahaním krivky po nejakej trajektórii – dráhe, pričom táto krivka pri svojom ťahaní môže meniť svoj tvar.

MM/2008 31

Typy parametrických plôch Beziérove krivky - jednoduchý výpočet, ľahké

a intuitívne modelovanie, výpočet priesečníka s plochou, neumožňujú vyjadrenie kužeľosečiek...

B-spline krivky - plocha leží celá v konvexnej obálke, svojich riadiacich bodov, pri zmene jedného bodu zmenia tvar len tie pláty, ktoré sú týmto bodom určené, sú invariantné k lineárnym transformáciám (otáčanie, posun, mierka, skosenie), plocha všeobecne neprechádza krajnými bodmi definujúceho riadiaceho polygónu toho možno docieliť násobnosťou riadiacich bodov.

MM/2008 32

Typy parametrických plôch NURBS plochy – umožňujú definovanie nielen

voľne tvarovateľných plôch, ale aj kužeľosečiek a vďaka nim aj takých geometrických objektov ako je guľa alebo valec. Sú invariantné k lineárnym transformáciám a navyše aj k perspektívnej projekcii, majú pomerne zložitý matematický popis, pre reprezentáciu niektorých klasických objektov ako je guľa alebo valec je potreba relatívne veľké množstvo dát.

MM/2008 33

Konštrukcia scény Pokiaľ sa jedná o telesá a plochy, je treba definovať

nielen ich farbu, ale aj parametre odrazu svetla potrebné pre osvetľovací model a textúru, ktorá pokrýva povrch. Je zrejmé, že mnoho informácií sa v scéne opakuje. T týchto dôvodov sú často umiestnené do hierarchickej štruktúry, vyjadrujúce rôzne vzťahy medzi objektmi. Vhodnou štruktúrou je strom - strom, orientovaný od koreňa k listom, je schopný vyjadriť nasledujúce vzťahy: dedenie vlastností vznik inštancií

MM/2008 34

Hierarchická štruktúra

MM/2008 35

CSG Konštruktívna geometria telies V niektorých aplikáciách, hlavne o oblasti CAD

systémoch, sa telesá popisujú spôsobom, ktorý odráža postupy používané konštruktérom pri tvorbe telesa. Metóda je založená na reprezentácii telesa stromovou štruktúrou CSG stromu, uchovávajúca históriu čiastočných konštrukčných krokov.

Z jednoduchých geometrických objektov, tzv. CSG primitív, je pomocou množinových operácií a priestorových transformácií vytvorený výsledný objekt.

MM/2008 36

Konštruktívna geometria telies

MM/2008 37

Zobrazovací reťazec Zobrazenie scény kombinuje postupy

v predchádzajúcich častiach. Objekty na scéne sú vhodným spôsobom transformované, premietnuté do roviny, je určená viditeľnosť, vypočítaná farba, osvetlenie a sú pokryté textúrou. Čiastkové kroky tohto procesu možno vykonať postupne za sebou.

MM/2008 38

Zobrazovací reťazec