Técnicas NPR Visualização Ilustrativa - dca.fee.unicamp.br · Tone Shading/Cartoon Shading....

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  • Tcnicas NPRVisualizao Ilustrativa

    Engel et al. Captulo14

    IA369E 2s2011 - Ting

    PR x NPR

  • IA369E 2s2011 - Ting

    Motivaes

    IA369E 2s2011 - Ting

    Motivaes

  • IA369E 2s2011 - Ting

    Motivaes: Visualizao ilustrativa

    IA369E 2s2011 - Ting

    Tcnicas de Visualizao Ilustrativa Classificao

    Baseadas em superfcies ou em volumes Baseadas no espao de objeto ou no espao de imagem Dependentes ou independentes do observador

    Exemplos: Tone shading Cartoon shading Realce de linhas caractersticas Hatching Stippling

    http://bmia.bmt.tue.nl/Research/MVIAV/IVR/ivrsb/mindmap/IllustrativeRendering.html

  • IA369E 2s2011 - Ting

    Quanto dimensionalidade

    http://sites.google.com/site/bendimagination/volume---stippling

    3D: Volume stippling

    2D: Isosurface rendering

    IA369E 2s2011 - Ting

    Quanto ao espao de representao

    2D: Filtros detectores de descontinuidades

    3D: espao do objeto

  • IA369E 2s2011 - Ting

    Quanto dependncia do ponto do observador

    Independentes do observador: propriedadesgeomtricas locais

    Dependentes do observador: silhuetas e pontos de brilho

    IA369E 2s2011 - Ting

    Tone Shading/Cartoon Shading

  • IA369E 2s2011 - Ting

    Modelo de Iluminao Phong

    especulardifusoambientePhong IIII ++=

    coscos sssdddaaa IMkIMkIMk ++=

    ||||cos

    LN

    LNrr

    rr=

    ||||cos

    VR

    VRrr

    rr=

    LLNNRrrrr

    = )(2

    Lr

    Rr

    VrN

    r

    0.1++ sda kkk

    IA369E 2s2011 - Ting

    Modelo de Iluminao Blinn-Phong

    especulardifusoambientePhongBlinn IIII ++= )

    ||||(cos

    NH

    NHIMkIMkIMk sssdddaaa rr

    rr++=

    halfway vector

    || LV

    LVH rr

    rrr

    ++=

  • IA369E 2s2011 - Ting

    Tcnicas de Tonalizao NPR

    http://www.plaidcreature.com/2009/06/11/non-photorealistic-rendering-101/

    ]1,0[

    )0,1[lnrr cor fria

    cor quente

    Funo de Transferncia da Componente Difusa

    IA369E 2s2011 - Ting

    Tcnicas de Tonalizao NPR

    Funes de Transferncia 2D:(Difuso,Especular)

    Exerccio: Por qu ospontos do contorno(silhueta) satisfazem a expresso?

    )(2 hnlnrrrr

  • IA369E 2s2011 - Ting

    Realce de Linhas Caractersticas Silhuetas Contornos sugestivos Vincos (cristas e vales) Isolinhas em termos de curvaturas

    http://gfx.cs.princeton.edu/proj/sugcon/models/

    IA369E 2s2011 - Ting

    Geometria Diferencial

    u

    r

    v

    r

    2 2

    )()(

    dvv

    r

    v

    rdudv

    v

    r

    u

    rdu

    u

    r

    u

    rrdrd

    dvv

    rdu

    u

    rdv

    v

    rdu

    u

    rrdrd

    dvv

    rdu

    u

    rrd

    +

    +

    =

    +

    +

    =

    +

    =

    rrrrrrrr

    rrrrrr

    rrr

    E F G

    rr

    u

    v

    Tensor Mtrico:

    ||v

    r

    u

    rv

    r

    u

    r

    n

    = rr

    rr

    r

    u

    rn

    r

    r

    v

    rn

    r

    r

  • IA369E 2s2011 - Ting

    Tensor de Curvatura1a. Alternativa

    vdv

    rdvdv

    vv

    rdu

    vu

    rud

    u

    rdudv

    uv

    rdu

    uu

    rrd 2

    222

    222 )()(

    +

    +

    +

    +

    +

    =

    rrrrrrr

    e f

    222

    22

    2222

    )()(2)(

    )()()()(

    dvnvv

    rdvdun

    uv

    rdun

    uu

    r

    dvdvnvv

    rdudvn

    vu

    rdvdun

    uv

    rdudun

    uu

    r

    rr

    rr

    rr

    rr

    rr

    rr

    rr

    +

    +

    =

    +

    +

    +

    =

    0 0

    nvdv

    rndvdv

    vv

    rdu

    vu

    rnud

    u

    rndudv

    uv

    rdu

    uu

    rnrd

    rr

    rrr

    rr

    rrr

    rr +

    +

    +

    +

    +

    = 2

    222

    222 )()(

    gTensor de Curvatura

    IA369E 2s2011 - Ting

    Tensor de Curvatura2a. Alternativa

    e f g

    )()( dvv

    ndu

    u

    ndv

    v

    rdu

    u

    rdnrd

    +

    +

    =

    rrrrr

    22

    22

    2 dvv

    n

    v

    rdudv

    v

    n

    u

    rdu

    u

    n

    u

    r

    dvv

    n

    v

    rdudv

    v

    r

    u

    ndudv

    v

    n

    u

    rdu

    u

    n

    u

    r

    =

    =

    rrrrrr

    rrrrrrrr

    u

    r

    u

    nn

    u

    r

    nu

    r

    u

    r

    u

    n

    u

    rn

    =

    =+

    =

    rrr

    r

    rrrr

    rr

    2

    2

    2

    2

    0

    0

    v

    r

    v

    nn

    v

    r

    nv

    r

    v

    r

    v

    n

    v

    rn

    =

    =+

    =

    rrr

    r

    rrrr

    rr

    2

    2

    2

    2

    0

    0

    u

    r

    v

    nn

    uv

    r

    nuv

    r

    u

    r

    v

    n

    u

    rn

    =

    =

    +

    =

    rrr

    r

    rrrr

    rr

    2

    2

    0

    0

  • IA369E 2s2011 - Ting

    Curvaturas Principais

    Variaes dos vetores normais Curvaturas Direes onde as curvaturas so mnimas ou mximas.

    IA369E 2s2011 - Ting

    Equaes de Weingarten

    =

    v

    ru

    r

    ww

    ww

    v

    nu

    n

    r

    r

    r

    r

    2212

    2111

    212

    211

    FEG

    fGgFw

    FEG

    eGfFw

    =

    =

    222

    221

    FEG

    gEfFw

    FEG

    fEeFw

    =

    =

  • IA369E 2s2011 - Ting

    Equaes de Weingarten1

    21

    21

    2

    1

    21

    21

    2212

    2111

    0

    0

    =

    vv

    uu

    vv

    uu

    ww

    ww

    v

    rv

    u

    rup

    v

    rv

    u

    rup

    +

    =

    +

    =

    rrv

    rrr

    222

    111Direo de

    Direo de

    1

    2

    Curvatura mxima

    Curvatura mnima

    1

    2

    Direes principais

    21 pprr

    22

    21

    FEG

    gEFEG

    eG

    =

    =

    no plano tangente

    autovaloresautovetores21

    21

    2

    + Curvaturamdia

    CurvaturaGaussiana

    IA369E 2s2011 - Ting

    Classificao de Pontos

    Ponto hiperblicoPonto elptico

    Ponto parablico Ponto umblico

    21, 21,sinais invertidos

    021 = 21 =

    sinais iguais

  • IA369E 2s2011 - Ting

    Um Cdigo de Cores

    hiperblicoelptico

    elptico

    parablico

    parablico

    umblico

    IA369E 2s2011 - Ting

    Identificao de Cristas e Sulcos

    Sulcos

    Cristas

  • IA369E 2s2011 - Ting

    Mudana de BaseSuperfcie parametrizada em (u,v) Superfcie paramet rizada em (u,v)

    '''

    '''

    '''

    ''

    ''

    v

    r

    v

    rG

    v

    r

    u

    rF

    u

    r

    u

    rE

    dvv

    rdu

    u

    rds

    =

    =

    =

    +

    =

    =

    ''

    ''

    ''

    ''''

    ''

    v

    v

    u

    vv

    u

    u

    u

    GF

    FE

    v

    v

    u

    vv

    u

    u

    u

    GF

    FE

    t

    = =

    =

    d

    j

    d

    ij

    s

    i

    r

    rsij x

    x

    x

    xTT

    1 1

    v

    r

    v

    rG

    v

    r

    u

    rF

    u

    r

    u

    rE

    dvv

    rdu

    u

    rds

    =

    =

    =

    +

    =

    IA369E 2s2011 - Ting

    Uma Discretizaocom uso de valores escalares

    |||| g

    g

    f

    fn r

    rr =

    =

    tr

    dr

    Direo do movimento de mouse

    br

    || nd

    ndb rr

    rrr

    = bnt

    rrr =

  • IA369E 2s2011 - Ting

    Matriz Hessiana

    ==

    y

    f

    yz

    f

    xz

    fzy

    f

    y

    f

    xy

    fzx

    f

    yx

    f

    x

    f

    Hg

    2

    222

    2

    2

    22

    22

    2

    2

    r

    IA369E 2s2011 - Ting

    Variao de Vetores Normais

    )||

    )(

    ||()

    ||

    )(||()

    ||(

    22 g

    ggg

    g

    g

    g

    ggggg

    g

    gn

    TT

    r

    rrr

    r

    r

    r

    rrrrr

    r

    rr =

    ==

    )||2

    )((

    ||

    12g

    gggggg

    g

    TT

    r

    rrrrrr

    r+=

    )||2

    )((

    ||

    12g

    gggggg

    g

    TT

    r

    rrrrrr

    r+=

    Hg

    gg

    gg

    gHgHgH

    g

    TTT

    )||2

    21(

    ||

    1)

    ||2

    )((

    ||

    122 r

    rr

    rr

    rrr

    r =+=

    PHg

    Hnng

    T

    ||

    1)1(

    ||

    1r

    rrr ==

  • IA369E 2s2011 - Ting

    Curvaturas

    Base local

    1rr

    2rr

    1

    21

    21

    2

    1

    21

    21

    2221

    1211

    2221

    1211

    2221

    1211

    0

    0

    ||

    =

    =

    =

    =

    vv

    uu

    vv

    uu

    ww

    ww

    g

    PHP

    ww

    wwPn

    dv

    du

    ww

    ww

    v

    r

    u

    rnd

    r

    r

    rrr

    },,{ 21 npprrr

    rr2

    nrnrrr

    )( 2

    nnrrrrrr

    )( 22

    IA369E 2s2011 - Ting

    Uma Visualizao de Curvaturas

    Curvatura mxima Curvatura mnima Curvatura mdia Curvatura Gaussiana

  • IA369E 2s2011 - Ting

    Silhueta e Contornos: Malhas

  • IA369E 2s2011 - Ting

    Silhueta e Contornos: Volumes

    ncontorno nvfgI |)|1(|)(|

    rr = ou

    Janelamento (windowing)

    IA369E 2s2011 - Ting

    Funo de Transferncia(Curvatura)

  • IA369E 2s2011 - Ting

    Hatching Linhas nas direes principais ou nas linhas de

    parametrizao. Padres de linha pr-computados e armazenados em

    texturas.

    IA369E 2s2011 - Ting

    Linhas nas direes principais

  • IA369E 2s2011 - Ting

    Stippling Densidade dos pontos

    varia conforme as propriedades geomtricasou grficas pr-estabelecidas.

    IA369E 2s2011 - Ting

    Edio de Ilustraes

    http://www.cg.tuwien.ac.at/research/publications/2005/bruckner-2005-VIS/

    RecorteTransformaesAnotaes

  • IA369E 2s2011 - Ting

    Exemplo

    IA369E 2s2011 - Ting

    Operaes Recorte Transformaes Anotaes

  • IA369E 2s2011 - Ting

    Otimizaopr-processamento de visibilidade

    Processamento de Visibilidade

    Imageamento

    Selecionarclulas/voxels

    visveis

    Processar somenteclulas/voxels

    visveis

    IA369E 2s2011 - Ting

    Visualizao Adiada

    Passo 1: extrao dos pontos de interesse

    Passo 2: cmputo de propriedadesgeomricas

    Passo 3: imageamentocontrolado pelaspropriedades