Polygon-Computergrafik: Erkundung der Schnittstelle zwischen Polygon-Computergrafik und Computer Vision

Von Fouad Sabry

Was ist Polygon-Computergrafik?

Polygone werden in der Computergrafik verwendet, um Bilder mit dreidimensionalem Aussehen zu erstellen. Polygone bestehen aus Eckpunkten und werden typischerweise als Dreiecke verwendet.

Wie Sie profitieren

(I) Einblicke und Validierungen zu den folgenden Themen :

Kapitel 1: Polygon (Computergrafik)

Kapitel 2: Drahtmodell

Kapitel 3: Gouraud-Schattierung

Kapitel 4: Binäre Raumpartitionierung

Kapitel 5: Texture Mapping

Kapitel 6: Schattierung

Kapitel 7: Polygonnetz

Kapitel 8: Shader

Kapitel 9: Detaillierungsgrad (Computergrafik)

Kapitel 10: Grafikpipeline

(II) Beantwortung der häufigsten öffentlichen Fragen zur Polygon-Computergrafik.

(III) Beispiele aus der Praxis für den Einsatz von Polygon-Computergrafiken in vielen Bereichen.

Für wen dieses Buch gedacht ist

Profis, Studenten und Doktoranden, Enthusiasten, Hobbyisten und diejenigen, die über grundlegende Kenntnisse oder Informationen für jede Art von Polygon-Computergrafik hinausgehen möchten.

 

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: Eine Milliarde Sachkundig [German]
• Erscheinungsdatum: 14. Mai 2024

Buchvorschau

Kapitel 1: Polygon (Computergrafik)

Der Bereich der Computergrafik nutzt Polygone, um Visuals zu erzeugen, die den Eindruck erwecken, dreidimensional zu sein.

Polygone haben in der Regel eine dreieckige Form, aber das ist nicht immer der Fall. Polygone werden erstellt, wenn die Oberfläche eines Objekts modelliert, Scheitelpunkte ausgewählt und das Element mit einem Drahtmodell gezeichnet wird. Im Vergleich zu einem schattierten Modell wird dies schneller angezeigt; Die Polygone bilden also eine Stufe im Prozess der Computeranimation. Die Anzahl der Polygone, die in jedem Frame gerendert werden, wird als Polygonanzahl bezeichnet.

Mit der Einführung der fünften Generation von Videospielkonsolen wurde die Verwendung von Polygonen weiter verbreitet, und mit jeder nachfolgenden Generation nahm die Komplexität polygonaler Modelle zu.

Punkt

Gleitkomma

Festkomma

Vieleck

Durch den Rundungsprozess hat jede Scanlinie ihre eigene Richtung im Raum und kann dem Betrachter je nach Vorliebe entweder seine Vorder- oder Rückseite anzeigen.

Mathematisches Konzept des Bruchs

Bresenhams Linienalgorithmus

Es ist erforderlich, Polygone in Dreiecke zu unterteilen.

Wenn der Zuschauer auf das gesamte Dreieck schaut, sieht er die gleiche Seite.

Mathematisch gesehen müssen die Punktzahlen, die aus der Transformations- und Beleuchtungsphase erhalten wurden, in Brüche umgewandelt werden.

Das mathematische Konzept der baryzentrischen Koordinaten

Wird im Raytracing verwendet

{Ende Kapitel 1}

Kapitel 2: Drahtgittermodell

Im Bereich der dreidimensionalen Computergrafik ist ein Drahtgittermodell, auch Drahtgittermodell genannt, eine grafische Darstellung einer dreidimensionalen dreidimensionalen physikalischen Entität. Entweder durch Identifizieren jeder Kante des physischen Gegenstands an dem Punkt, an dem sich zwei mathematisch kontinuierliche glatte Flächen treffen, oder durch Verbinden der konstituierenden Eckpunkte eines Objekts mit (geraden) Linien oder Kurven, ist es möglich, es herzustellen. Das Objekt wird gerendert, indem Linien an den Positionen jeder Kante gezeichnet werden, was zur Projektion des Elements in den Bildschirmbereich führt. Die Verwendung von Metalldraht durch Designer zur Darstellung der dreidimensionalen Geometrie von festen Gegenständen ist der Ursprung des Wortes Drahtgitter aus dieser Praxis. Computermodelle, die mit dreidimensionalen Drahtmodellen konstruiert werden, ermöglichen es, Volumenkörper und Volumenflächen zu konstruieren und zu manipulieren. Das herkömmliche Strichzeichnen ist den effizienten und qualitativ hochwertigen Darstellungen von Volumenkörpern unterlegen, die mit der 3D-Volumenmodellierung gezeichnet werden können.

Die Darstellung der zugrundeliegenden Konstruktionsstruktur eines dreidimensionalen Modells wird durch die Verwendung eines Drahtmodells ermöglicht. Durch die geeignete Drehung des Objekts und die Auswahl der verdeckten Linienentfernung durch die Verwendung von Schnittebenen ist es möglich, traditionelle zweidimensionale Ansichten sowie Zeichnungen und Renderings zu erhalten.

Drahtgitter-Renderings werden häufig in Situationen verwendet, in denen eine relativ hohe Bildschirmbildrate erforderlich ist. Wenn es sich beispielsweise um ein sehr kompliziertes 3D-Modell oder um Echtzeitsysteme handelt, die externe Phänomene darstellen, werden Wire-Frame-Renderings verwendet, da sie relativ einfach und schnell zu berechnen sind. Oberflächentexturen können automatisch hinzugefügt werden, nachdem das anfängliche Rendern des Drahtmodells abgeschlossen ist, was in Situationen gilt, in denen ein höherer Grad an grafischer Detailgenauigkeit gewünscht wird. Ein Designer ist in der Lage, Volumenkörper schnell zu bewerten, Objekte in verschiedene Ansichten zu drehen und dank dessen sogar Flächen und einfache flache Schattierungen zu verarbeiten. Dadurch entfallen die langen Verzögerungen, die mit der Anzeige realistischerer Bilder verbunden sind.

Darüber hinaus ist das Drahtgitterformat eine beliebte Wahl für die Programmierung von Werkzeugwegen für Werkzeugmaschinen mit direkter numerischer Steuerung (DNC), da es für diesen Zweck perfekt geeignet ist.

Es gibt Bilder, die Drahtgittern ähneln, die von Hand gezeichnet wurden und aus der italienischen Renaissance stammen. Drahtgittermodelle wurden in den 1980er und frühen 1990er Jahren auch in Videospielen verwendet, um dreidimensionale Dinge darzustellen. Dies geschah zu einer Zeit, als richtig gefüllte dreidimensionale Objekte mit den damals verfügbaren Prozessoren zu kompliziert zu berechnen und zu zeichnen gewesen wären. CAM, was für Computer-Aided Manufacturing steht, verwendet ebenfalls Drahtgittermodelle als Eingabe.

Das Drahtgittermodell ist die abstrakteste und am wenigsten realistische der drei Haupttypen von CAD-Modellen (Computer Aided Design), die in der dreidimensionalen Konstruktion verwendet werden. Die Oberflächen- und Volumentypen sind die anderen Typen. Bei der Modellierung besteht die Drahtgittermethode ausschließlich aus Linien und Kurven, die als Verbindungen zwischen den Punkten oder Scheitelpunkten fungieren und so die Grenzen eines Elements definieren.

Die Scheitelpunkttabelle und die Kantentabelle sind die beiden Tabellen, die zum Erstellen der Spezifikationen eines Objekts verwendet werden.

Die Koordinatenwerte für jeden Scheitelpunkt in drei Dimensionen mit Bezug auf den Ursprung sind in der Scheitelpunkttabelle enthalten.

Mit Hilfe einer Kantentabelle kann man die Anfangs- und Endscheitelpunkte jeder Kante bestimmen.

Eine vereinfachte Interpretation kann eine Drahtmodelldarstellung erzeugen, indem nur gerade Linien zwischen den Bildschirmkoordinaten der entsprechenden Scheitelpunkte gezeichnet werden, indem die Kantenliste verwendet wird.

Gesichtsinformationen werden nicht bereitgestellt, im Gegensatz zu Darstellungen, die auf eine komplexere Darstellung ausgerichtet sind. Stattdessen muss geschätzt werden, ob es für das Volumenkörper-Rendering erforderlich ist.

Um die dreidimensionalen Koordinaten der Scheitelpunkte in die zweidimensionalen Koordinaten des Bildschirms umzuwandeln, müssen die entsprechenden Berechnungen durchgeführt werden.

{Ende Kapitel 2}

Kapitel 3: Gouraud-Schattierung

Die Gouraud-Schattierung, benannt nach Henri Gouraud, ist eine Interpolationstechnik, die in der Computergrafik eingesetzt wird, um eine kontinuierliche Schattierung von Oberflächen zu erzeugen, die durch Polygonnetze dargestellt werden. In der Praxis wird die Gouraud-Schattierung am häufigsten verwendet, um eine kontinuierliche Beleuchtung auf Dreiecksnetzen zu erzeugen, indem die Beleuchtung an den Ecken jedes Dreiecks berechnet und die resultierenden Farben für jedes vom Dreieck bedeckte Pixel linear interpoliert werden. Der Ansatz wurde erstmals 1971 von Gouraud veröffentlicht.

Eine Schätzung der Oberflächennormalen jedes Scheitelpunkts in einem polygonalen 3D-Modell wird entweder für jeden Scheitelpunkt bereitgestellt oder durch Mittelung