Gráficos por computadora de vértice: Explorando la intersección de los gráficos por computadora Vertex y la visión por computadora

Por Fouad Sabry

¿Qué es Vertex Computer Graphics?

Un vértice en gráficos por computadora es una estructura de datos que describe ciertos atributos, como la posición de un punto en un espacio 2D o 3D, o múltiples puntos en una superficie.

Cómo se beneficiará

(I) Insights y validaciones sobre los siguientes temas:

Capítulo 1: Vértice (gráficos por computadora)

Capítulo 2: Sombreado Gouraud

Capítulo 3: Mapeo de textura

Capítulo 4: Modelo de reflexión Phong

Capítulo 5: Sombreado Phong

Capítulo 6: Sombreado

Capítulo 7: Mapeo normal

Capítulo 8: Malla poligonal

Capítulo 9 : Shader

Capítulo 10: Lightmap

(II) Respondiendo a las principales preguntas del público sobre gráficos por computadora de vértices.

(III) Ejemplos del mundo real para el uso de gráficos por computadora de vértice en muchos campos.

Para quién es este libro

Profesionales, estudiantes de pregrado y posgrado, entusiastas, aficionados y aquellos que quieran avanzar más allá del conocimiento o información básica para cualquier tipo de gráficos por computadora Vertex.

• Idioma: Español
• Editorial: Mil Millones De Conocimientos [Spanish]
• Fecha de lanzamiento: 4 may 2024

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Capítulo 1: Vértice (infografía)

UML class diagram

En gráficos por computadora, un vértice (vértices plurales) es una estructura de datos que define ciertas características, como la ubicación de un punto en el espacio 2D o 3D, o varios puntos en una superficie.

Con mayor frecuencia, los modelos 3D se representan como poliedros triangulados que crean una malla triangular. A través de la teselación, las superficies no triangulares se pueden transformar en una matriz de triángulos. Normalmente, los atributos de los vértices se interpolan en las superficies de malla.

Además de la posición física, los vértices de los triángulos también se relacionan con otros datos necesarios para representar el elemento de manera adecuada. La mayoría de las características de los vértices representan vectores en el espacio que se va a mostrar. Estos vectores son normalmente de una (x), dos (x, y) o tres (x, y, z) dimensionales, y pueden contener una cuarta coordenada homogénea (w). El significado de estos valores se transmite a través de una descripción material. En la representación en tiempo real, un sombreador de vértices o una canalización de vértices utiliza estas cualidades.

Dichas características pueden incluir:

Posición

Las coordenadas 2D o 3D de un lugar en el espacio.

Color

Valores RGB normalmente difusos o especulares, que representan el color de la superficie o la información de iluminación que se ha calculado previamente.

Reflectancia

cerca de los vértices, como el exponente especular, la metalicidad y los valores de Fresnel.

Coordenadas de textura

También conocidas como coordenadas UV, determinan el mapeo de texturas de la superficie, a veces para muchas capas.

Vectores normales

Se utilizan para cálculos de iluminación (como el sombreado Phong), la asignación normal o la asignación de desplazamiento, y para regular la subdivisión, definen una superficie curva aproximada en el vértice.

vectores tangentes

Estos definen una superficie curva aproximada en el vértice, que se utiliza para cálculos de iluminación (como el sombreado Phong), la asignación normal o la asignación de desplazamiento, así como para gobernar la subdivisión.

Pesos de mezcla

Pesos óseos

Ponderación asignada a los huesos en la animación esquelética para gobernar la distorsión.

Fusionar formas

Con el tiempo, se pueden combinar varios vectores de posición, especialmente para la animación de rostros.

{Fin del capítulo 1}

Capítulo 2: Sombreado de Gouraud

El sombreado de Gouraud, llamado así por Henri Gouraud, es una técnica de interpolación empleada en gráficos por computadora para generar sombreado continuo de superficies representadas por mallas poligonales. En la práctica, el sombreado de Gouraud se utiliza con mayor frecuencia para generar iluminación continua en mallas triangulares calculando la iluminación en las esquinas de cada triángulo e interpolando linealmente los colores resultantes para cada píxel cubierto por el triángulo. El enfoque fue publicado inicialmente por Gouraud en 1971.

Se proporciona una estimación de la normal de superficie de cada vértice en un modelo 3D poligonal para cada vértice o se calcula promediando las normales de superficie de los polígonos que convergen en cada vértice. Con estas estimaciones, se realizan cálculos de iluminación basados en un modelo de reflexión, como el modelo de reflexión de Phong, para determinar las intensidades de color de los vértices. Las intensidades de color de cada píxel cubierto por la malla poligonal se pueden interpolar a partir de los valores de color derivados en los vértices.

El sombreado Gouraud se considera superior al sombreado plano y requiere mucho menos procesamiento que el sombreado Phong, sin embargo, generalmente produce una apariencia facetada.

En comparación con el sombreado Phong, la fuerza y la debilidad del sombreado Gouraud radicaban en su interpolación. Si una malla ocupa más píxeles en el espacio de la pantalla que vértices, la interpolación de valores de color a partir de muestras de costosos cálculos de iluminación en los vértices requiere menos procesamiento que ejecutar el cálculo de iluminación para cada píxel, como en el sombreado Phong. Sin embargo, los efectos de iluminación muy localizados (como los reflejos especulares, por ejemplo, el destello de la luz reflejada en la superficie de una manzana) no se renderizarán correctamente, y si un resaltado se encuentra en medio de un polígono, pero no se extiende al vértice del polígono, no será visible en un renderizado de Gouraud.

Un renderizado que debe tener un resaltado especular que se desplace suavemente a través de la superficie de un modelo giratorio revela el error inmediatamente. El sombreado Gouraud proporcionará un resaltado que aparece y desaparece constantemente en las áreas cercanas del modelo, alcanzando su máxima intensidad cuando el resaltado especular deseado se alinea con un vértice del modelo. Este problema se puede resolver aumentando la densidad de vértices del objeto, pero en algún momento los rendimientos decrecientes de esta estrategia harán que sea preferible convertir a un modelo de sombreado más sofisticado.

Una geometría con un sombreado de Gouraud que se asemeja a una esférica; Tenga en cuenta el mal comportamiento del resaltado especular.

Otra malla en forma de esfera con un número de polígonos extremadamente grande.

El trabajo original de Gouraud describía la interpolación lineal de color, una alternativa de perspectiva correcta a la interpolación lineal utilizada en las GPU. Las variaciones lineales e hiperbólicas de la interpolación de color de vértices a píxeles se denominan