44. Воксельная модель описания поверхностей

По аналогии с двумерными растровыми изображениями, состоящими из пикселей, можно создавать трёхмерные модели, состоящие из вокселей — маленьких кубиков, имеющих определённое положение, цвет и прозрачность.

Достоинства метода:

• Хорошо подходит для моделирования непрерывных сред

• Хорошо подходит для трассировки лучей

• Позволяет строить сложные модели по данным аналоговых датчиков

• Позволяет строить разрезы (используется в медицине, например, в МРТ)

Недостатки метода:

• Большой расход памяти (N³)

  • ⇒ низкое разрешение

  • ⇒ низкая скорость обработки

• Сложность отрисовки

Для экономии памяти применяют метод октантного деления (по сути сжатие с потерями): исходный куб делится на восемь кубов, и анализируется степень монотонности вокселей внутри каждого из них. Если воксели достаточно монотонны, весь куб заменяется одним большим вокселем среднего цвета, если нет — процедура деления рекурсивно повторяется. Полученный результат хранится в виде дерева. Достоинства: Экономия памяти Динамическое изменение разрешения в разных участках модели Недостатки: Сложность обработки

45. Классификация способов визуализации (рендеринга) трёхмерных сцен

Рендеринг — это построение двумерного изображения трехмерной сцены согласно заданному положению камеры, освещению, моделей объектов и пр.

Источники освещения:

1. Точечные: свет выходит из одной точки (характеризуется координатами). Свет падает под разными углами даже в близкие точки объекта.

2. Бесконечно удаленные источники (характеризуется направлением). Все лучи параллельны друг другу, угол падения одинаковый у любых точек (например, Солнце).

3. Фоновое освещение: не знаем, откуда берутся лучи; их невозможно проследить, в каждой точке луч падает под всеми углами. Результат всех возможных отражений света.

4. Излучение: часть поверхности некоторого объекта, которая сама по себе светится, но никакие другие предметы не освещает.

Луч может отражаться, преломляться, поглощаться, а также комбинировать эти действия. Мы видим то, что попало в камеру. Уравнение рендеринга: для каждой точки объекта

интенсивность исходящего луча = интенсивность отраженного + преломленного - поглощенного луча = сумма всех входящих лучей – сумма всех поглощенных.

Чем больше препятствий на пути от источника до предмета и от предмета до камеры мы учитываем, тем качественнее изображение. Методы рендеринга различаются тем, что учитывается.

Метод	Что учитываем
1) Проволочная модель	Модель объекта и положение камеры
2) Удаление невидимых линий (ребер) а) с закраской б) без закраски	Учитываем путь луча от объекта до камеры, наличие преград. Если с закраской, то закрашиваем без теней и оттенков.
3) Учет освещения	Все грани рисуем закрашенными, цвет определяем исходя из параметров источника.
4) Учет гладких поверхностей и текстур	Является ли грань частью гладкой поверхности, накладывается ли на эту грань изображение (текстура)
5) Моделирование теней	Учитываются препятствия на пути луча от источника освещения до точек объекта.
6) Учет отражений и преломлений	Ну тут и так всё понятно.