Superficie procesal: Explorando la generación y el análisis de texturas en visión por computadora

Por Fouad Sabry

Qué es una superficie de procedimiento

En gráficos por computadora, una superficie de procedimiento es una representación de una superficie como una ecuación matemática implícita, en lugar de una representación explícita.

Cómo se beneficiará

(I) Insights y validaciones sobre los siguientes temas:

Capítulo 1: Superficie procesal

Capítulo 2: Ray casting

Capítulo 3: Modelado de sólidos

Capítulo 4: Malla poligonal

Capítulo 5: Modelado de superficies de forma libre

Capítulo 6: Red irregular triangulada

Capítulo 7: Superficie (matemáticas)

Capítulo 8: Representación informática de superficies

Capítulo 9: Modelado 3D

Capítulo 10: Punto de fuga

(II) Respondiendo a las principales preguntas del público sobre la superficie procesal.

(III) Ejemplos del mundo real para el uso de la superficie procesal en muchos campos .

Para quién es este libro

Profesionales, estudiantes de pregrado y posgrado, entusiastas, aficionados y aquellos que quieran ir más allá del conocimiento o la información básica para cualquier tipo de Superficie Procesal.

 

• Idioma: Español
• Editorial: Mil Millones De Conocimientos [Spanish]
• Fecha de lanzamiento: 13 may 2024

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Capítulo 1: Superficie procesal

Una superficie procedimental es una representación de una superficie en gráficos por computadora que es una ecuación implícita matemática en lugar de una representación explícita de la superficie.

Una representación explícita, por ejemplo, define una línea como el segmento que es recto y pasa a través de dos ubicaciones que se han especificado previamente. Una superficie que se especifica como un procedimiento se denomina superficie de procedimiento.

Una superficie desplazada, por ejemplo, podría considerarse una representación procedimental en aplicaciones de fresado de diseño asistido por ordenador (CAD) y fabricación asistida por ordenador (CAM). Esto se debe a que se define como la superficie que se encuentra a una distancia fija de otra superficie. Con un cuerpo 3D, el borde de la silueta es otro borde procedimental bien conocido que se puede encontrar. Una arista se define como el conjunto de puntos de una superficie cuya normal de superficie exterior es perpendicular al vector de vista. Este borde es característico de una superficie.

Una ilustración adicional de una superficie procedimental es una mancha, que se puede ver en películas como The Abyss en la escena en la que la criatura que está compuesta de agua se extiende y toca al personaje. La superficie se define como una superficie que existe cuando dos o más puntos de control están orientados de tal manera que el potencial de contribución supere un umbral específico. Esta es la definición de la superficie. Debido al hecho de que el cálculo de tales superficies de procedimiento requiere una cantidad significativamente mayor de potencia de cómputo, generalmente se utilizan en aplicaciones pre-renderizadas en lugar de en tiempo real.

Este método es utilizado con frecuencia por los químicos estructurales, y fue descrito inicialmente por van der Waals cuando intentaba identificar una región del espacio en la que la superficie equipotencial de la carga eléctrica tenía un valor fijo.

{Fin del capítulo 1}

Capítulo 2: Proyección de rayos

La base teórica para el modelado de sólidos CAD/CAM en 3D y la representación de imágenes es la proyección de rayos. Funciona de manera similar al trazado de rayos en gráficos por computadora, donde los rayos de luz virtuales se proyectan o rastrean desde el punto focal de una cámara a través de cada píxel en el sensor de la cámara para identificar lo que es visible a lo largo del rayo en la escena 3D. Scott Roth acuñó la frase Ray Casting mientras trabajaba en los Laboratorios de Investigación de General Motors de 1978 a 1980. Para una discusión exhaustiva de las técnicas de modelado de sólidos, consulte su artículo, Ray Casting for Modeling Solids. El enfoque de fundición de rayos de Roth se utilizó para construir una junta universal utilizando cilindros y bloques en un árbol binario en 1979.

Antes del desarrollo de la proyección de rayos (y el trazado de rayos), las técnicas de gráficos por ordenador proyectaban superficies o bordes (como líneas) desde el entorno 3D en el plano de la imagen, donde se tenía que utilizar el razonamiento de visibilidad. La proyección de plano de mundo a imagen, también conocida como proyección 3D, transformación afín o transformación proyectiva (homografía), es una transformación del sistema de coordenadas homogéneas 3D. Con la eliminación de superficies/bordes ocultos, es difícil renderizar una imagen de esa manera. Además, debido a que la proyección de rayos crea automáticamente siluetas de superficies curvas, no es necesario resolverlas manualmente cada vez que cambia la vista.

Debido a que una línea se convierte en una línea, la proyección de rayos simplificó sustancialmente la representación de imágenes de objetos y escenas 3D.

Por lo tanto, en lugar de representar los bordes curvos y las superficies de la escena 3D en el plano de la imagen 2D, los elementos de la escena se cruzan mediante líneas modificadas (rayos).

Se utiliza una matriz de 4x4 para representar una transformación de coordenadas homogénea.

El método matemático se utiliza en el modelado geométrico y en los gráficos por ordenador.

Se giran tres ejes como parte de una transformación, escalado independiente de todo el eje, traslaciones 3D y sesgo.

La aritmética matricial simplifica la concatenación de transformadas.

para ser utilizado con una matriz de 4x4, [X] representa un punto, Y, Z, 1] y un vector de dirección está representado por [Dx, Dy, Dz, 0].

(La traslación es el cuarto término, que no se aplica a los vectores de dirección).

El enfoque de renderizado de proyección de rayos más fundamental hace uso del algoritmo geométrico de trazado de rayos. Los métodos de renderizado basados en el trazado de rayos convierten situaciones tridimensionales en gráficos bidimensionales trabajando en el orden de las imágenes. Para muestrear la luz (resplandor) que se mueve en la dirección del rayo hacia el observador, se trazan rayos geométricos desde el ojo del observador. La proyección de rayos es rápida y fácil, ya que calcula el color de la luz sin trazar recursivamente más rayos para muestrear la radiación de incidencia en la ubicación que tocó el rayo. Esto hace que sea imposible mostrar con precisión los reflejos, las refracciones o la caída natural de las sombras; Sin embargo, todas estas características se pueden simular de alguna manera con la ayuda de la utilización ingeniosa de mapas de texturas u otras técnicas. Los primeros videojuegos 3D en tiempo real utilizaban la proyección de rayos como una técnica de renderizado conveniente debido a su rápida velocidad de cálculo.

Considere una imagen como una puerta mosquitera, en la que cada cuadrado de la pantalla es un píxel. El principio detrás de la emisión de rayos es rastrear los rayos del ojo, uno por píxel, y descubrir el objeto más cercano que bloquea el paso de ese rayo. El elemento que el ojo ve como resultado de ese píxel es este. Este algoritmo puede determinar el tono de este objeto utilizando las cualidades del material y el impacto de las luces de la escena. Para simplificar las cosas, se supone que si una superficie se enfrenta a una luz, la luz pasará a través de ella sin bloquearse ni proyectar una sombra sobre ella. Los modelos de sombreado tradicionales para gráficos por computadora en 3D se utilizan para calcular el sombreado de la superficie. La proyección de rayos tenía la ventaja de tratar con superficies no planas y sólidos, como conos y esferas, mucho más fácilmente que los métodos anteriores de línea de escaneo. La proyección de rayos se puede utilizar para representar cualquier superficie matemática en la que un rayo pueda intersecar. Utilizando técnicas de modelado de sólidos, los objetos complejos se pueden mostrar de manera simple.

De acuerdo con el resumen del artículo, Ray Casting for Modeling Solids, los haces de luz virtuales se proyectan como sondas para visualizar y examinar los sólidos compuestos que se modelaron. Debido a que es tan sencillo, la transmisión de rayos es confiable y expandible. Encontrar los puntos en los que una línea