Γραφικά με Η/Υ

1. Γραφικά με Η/Υ Εισαγωγή

2. Πληροφορίες μαθήματος (1/4) Υπεύθυνος μαθήματος: Μανιτσάρης Αθανάσιος, Καθηγητής Διδάσκοντες: Μανιτσάρης Αθανάσιος: • email: manits@uom.gr Μαυρίδης Ιωάννης: • email:mavridis@uom.gr Δημητρόπουλος Κοσμάς:Εργαστήρια Α & Β • email: Ωρολόγιο πρόγραμμα μαθήματος: • Τμήμα Α (Α-Κ): Τρίτη 5 00 – 7 00μ.μ • Εργαστήριο: Παρασκευή 5 – 7 μ.μ • Τμήμα Β (Λ-Ω): Τρίτη 7 00 – 9 00μ.μ • Εργαστήριο: Παρασκευή 7 – 9 μ.μ πολυμέσων

3. Πληροφορίες μαθήματος (2/4) Υλικό μαθήματος: • Γραφικά: Αρχές & Αλγόριθμοι Συγγραφέας: Θ. Θεοχάρης, Α. Μπεμ • Γραφικά και οπτικοποίηση: Αρχές και αλγόριθμοι Συγγραφέας: Θεοχάρης, Παπαιωάννου, Πλατής

4. Πληροφορίες μαθήματος (3/4) Θεωρία: Διαλέξεις μαθήματος Φροντιστήριο: Ασκήσεις εμπέδωσης ύλης - εργασίες Εργαστήριο: Πρακτικές εφαρμογές - εργασίες πολυμέσων

5. Πληροφορίες μαθήματος (Ιστότοπος) (4/4) http://asea.multimedia.uom.gr/

6. Γραφικά Η/Υ & Επεξεργασία εικόνας • Τα Γραφικά Υπολογιστών (computer graphics)δεν θα πρέπει να συγχέονται με την Επεξεργασία Εικόνας(image processing) παρότι συχνά χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμέσων & Γραφικών, ΤΕΠ - ΠΜ - Γραφικά με Η/Υ

7. Αντικείμενο μαθήματος Η σύνθεση (δημιουργία) & η απεικόνιση γραφικής πληροφορίας (περιεχόμενο εικόνας) σε πλεγματική οθόνη υπολογιστή Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμέσων & Γραφικών, ΤΕΠ - ΠΜ - Γραφικά με Η/Υ

8. Σύνθεση & Απεικόνιση γραφικής πληροφορίας Ανάλυση Γραφική πληροφορία (περιεχόμενο εικόνας) Εικόνα (πραγματικό κόσμο) Σύνθεση πλεγματική οθόνη εικόνα Κόμβος ρίζα Καρφί Κεφάλι (κύλινδρος) Σώμα Άξονας (κύλινδρος) Άκρο (κώνος) Κόμβοι φύλλα ανάλυση μετάθεση μετάθεση & κλιμάκωση μετάθεση & περιστροφή γραφική πληροφορία σύνθεση & απεικόνιση Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμέσων & Γραφικών, ΤΕΠ - ΠΜ - Γραφικά με Η/Υ

9. Στόχοι μαθήματος • Θεωρία: • Παρουσίαση βασικών αλγορίθμων απεικόνισης δισδιάστατης γραφικής πληροφορίας • Εισαγωγή στις δομές και μεθόδους περιγραφής τρισδιάστατης γραφικής πληροφορίας • Παρουσίαση των βασικών αλγορίθμων τρισδιάστατηςαπεικόνισηςκαι φωτορεαλισμού • Εργαστήριο: • Εισαγωγή στις τεχνολογίες παραγωγής συνθετικής εικόνας & στην θεωρία χρωμάτων. • Εξοικείωση με την διαχείριση δισδιάστατης & τρισδιάστατης γραφικής πληροφορίας (προγραμματισμό σε VRML & εισαγωγή στο 3D Studio Max) Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμέσων & Γραφικών, ΤΕΠ - ΠΜ - Γραφικά με Η/Υ

10. Περιεχόμενο μαθήματος • Τεχνολογίες παραγωγής συνθετικής εικόνας • Αλγόριθμοι σχεδίασης ευθείας, κύκλου & έλλειψης • Σχεδίαση δισδιάστατων γραφικών(εισαγωγή στο 3D Studio Max) • Αποκοπή • Δισδιάστατοι & Τρισδιάστατοι γεωμετρικοί μετασχηματισμοί • Αλγόριθμοι γεμίσματος συμπαγών περιοχών • Αναπαράσταση τρισδιάστατων μοντέλων(σε δισδιάστατη επιφάνεια) • Σχεδίαση τρισδιάστατων γραφικών (3D Studio Max) • Απαλοιφή μη ορατών ακμών & επιφανειών • Μοντέλο φωτισμού & σκίασης • Προγραμματισμός γραφικών με VRML&JAVA Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμέσων & Γραφικών, ΤΕΠ - ΠΜ - Γραφικά με Η/Υ

11. Βαθμολογία • Βιβλιογραφική εργασία (2 ατόμων): 15% • Εργαστηριακή εργασία(2 ατόμων):15% • Τελική εξέταση (γραπτή): 70% (με την προϋπόθεση ότι ο βαθμός της τελικής εξέτασης είναι τουλάχιστον πέντε «5») Ημερομηνία παράδοσης εργασιών, βιβλιογραφικής & εργαστηριακής, η 15η /12/2010. Για κάθε μέρα καθυστέρησης: μείωση βαθμολογίας κατά 0,5 μονάδες

12. Γραφικά με Η/Υ(εργαστήριο)

13. Εργαστήριο • Εισαγωγή στις τεχνολογίες παραγωγής (δημιουργίας) εικόνας & στην θεωρία χρωμάτων • Εξοικείωση με την διαχείριση δισδιάστατης & τρισδιάστατης γραφικής πληροφορίας: • προγραμματισμός σε VRML & • εισαγωγή στο 3D Studio Max Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμέσων & Γραφικών, ΤΕΠ - ΠΜ - Γραφικά με Η/Υ

14. Τεχνολογία παραγωγής συνθετικής εικόνας • πλεγματική οθόνη • γραφικό σύστημα απεικόνισης • σάρωση πλεγματικής οθόνης Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμέσων & Γραφικών, ΤΕΠ - ΠΜ - Γραφικά με Η/Υ

15. Τεχνολογία παραγωγής συνθετικής εικόνας (Πλεγματική οθόνη) εικόνα πραγματικού κόσμου εικόνα πλεγματικής οθόνης • Πλεγματική οθόνη (Raster): δισδιάστατο πλέγμα από pixels • Ανάλυση οθόνης (Resolution): είναι το γινόμενο των pixel που μπορούν να απεικονιστούν οριζόντια στην οθόνη επί τον αριθμό αυτών κατακόρυφα • Μαυρόασπρη οθόνη: κάθε pixel μπορεί να είναι φωτεινό ή σκοτεινό. • 1, pixel είναι φωτεινό • 0, pixel είναι σκοτεινό σάρωση Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμέσων & Γραφικών, ΤΕΠ - ΠΜ - Γραφικά με Η/Υ

16. Τεχνολογία παραγωγής συνθετικής εικόνας(Γραφικό σύστημα απεικόνισηςή κάρτα γραφικών) • για την απεικόνιση (παρουσίαση) της εικόνας στην πλεγματική οθόνη, απαιτείται η παρεμβολή της κάρτας γραφικών. • κάθε εικόνα, σύνολο από pixels, αποθηκεύεται στη μνήμη απεικόνισης. Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμέσων & Γραφικών, ΤΕΠ - ΠΜ - Γραφικά με Η/Υ

17. Τεχνολογία παραγωγής συνθετικής εικόνας (Σάρωση σημείων πλεγματικής οθόνης) • Η διαδικασία απεικόνισης μιας εικόνας ή ενός αντικειμένου, σύνολο από pixels που βρίσκονται στην μνήμη απεικόνισης, καλείται μετατροπή σε σάρωση Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμέσων & Γραφικών, ΤΕΠ - ΠΜ - Γραφικά με Η/Υ

18. R G B Εισαγωγή στην θεωρία χρωμάτων Για την παραγωγή και απεικόνιση έγχρωμων εικόνωνυψηλής φωτορεαλιστικότητας, στα σύγχρονα γραφικά συστήματα, σημαντικός παράγοντας είναι το χρώμα(χρωματική πληροφορία). • η περιγραφή του χρώματος στον υπολογιστή βασίζεται: • σε τρεις παραμέτρους (αναλογίες βασικών χρωμάτων R, G, B ) • RGB χρωματικό μοντέλο Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμέσων & Γραφικών, ΤΕΠ - ΠΜ - Γραφικά με Η/Υ

19. Διαχείριση γραφικής πληροφορίας(προγραμματισμός γραφικών με VRML) Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμέσων & Γραφικών, ΤΕΠ - ΠΜ - Γραφικά με Η/Υ

20. Διαχείριση γραφικής πληροφορίας(Εισαγωγή στο 3D Studio Max) Σκοπόςτης εισαγωγής στο 3D Studio Max, το πλέον διαδεδομένο πρόγραμμα δημιουργίας φωτορεαλισμού,είναι να δούμε τις βασικές δυνατότητες: • σχεδίασης και επεξεργασίας 2D & 3D αντικειμένων • διαχείρισης των παραμέτρων τους  για την μετατροπή τους σε εύπλαστα αντικείμενα και • εισαγωγή και επεξεργασία υλικών φωτισμού & σκίασης για τη δημιουργία φωτορεαλιστικών απεικονίσεων. Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμέσων & Γραφικών, ΤΕΠ - ΠΜ - Γραφικά με Η/Υ

21. Διαχείριση γραφικής πληροφορίας(Εισαγωγή στο 3D Studio Max: περιεχόμενα) • Βασικές αρχές γεωμετρίας και στερεομετρίας • Εισαγωγή στην δισδιάστατη & τρισδιάστατη σχεδίαση • Βασικές μέθοδοι μοντελοποίησης (Loft, Lathe, Extrude) • Μοντελοποίηση με πολύγωνα • Modifiers • Κάμερα • Φωτισμός • Βασικές αρχές υλικών • Φωτορεαλισμός • Εξαγωγή αποτελέσματος (Rendering) Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμέσων & Γραφικών, ΤΕΠ - ΠΜ - Γραφικά με Η/Υ

22. Διαχείριση γραφικής πληροφορίας(Εισαγωγή στο 3D Studio Max: περιβάλλον) Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμέσων & Γραφικών, ΤΕΠ - ΠΜ - Γραφικά με Η/Υ

23. Πεδία εφαρμογών • Σχεδίαση γραφικών διεπαφών (GUI) • Συστήματα πολυμέσων & Εικονική πραγματικότητα • Σχεδίαση (CAD): Αρχιτεκτονική, VLSI • Γεωγραφικά συστήματα πληροφοριών (GIS) • Προσομοιώσεις (π.χ. πτήσεως) • Συνθετικές ταινίες & διαφήμιση • Ιατρικές εφαρμογές • Οπτικοποίηση πληροφοριών • Τέχνη • Παιχνίδια • κ.λ.π Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμέσων & Γραφικών, ΤΕΠ - ΠΜ - Γραφικά με Η/Υ

24. Γραφικά με Η/Υ(θεωρία)

25. Θεωρία • Παρουσίαση βασικών αλγορίθμων απεικόνισης 2D γραφικής πληροφορίας • Εισαγωγή στις δομές και μεθόδους περιγραφής 3D γραφικής πληροφορίας • Παρουσίαση των βασικών αλγορίθμων 3D απεικόνισηςκαι φωτορεαλισμού Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμέσων & Γραφικών, ΤΕΠ - ΠΜ - Γραφικά με Η/Υ

26. Γενικές απαιτήσεις για την σύνθεση & την απεικόνιση γραφικής πληροφορίας σε πλεγματική οθόνη υπολογιστή απαιτείται: • αφενός αποτελεσματικότητα • ρεαλισμός • ταχύτητα • κ.ά. • αφετέρου μικρή κατανάλωση πόρων η/υ • υπολογιστικό κόστος • κατανάλωση μνήμης • κ.ά. Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμέσων & Γραφικών, ΤΕΠ - ΠΜ - Γραφικά με Η/Υ

27. Περιγραφή αντικειμένου 2D σύστημα οθόνης ακέραιες συντεταγμένες καρτεσιανό σύστημα πραγματικές συντεταγμένες y γεωμετρία αντικειμένου πίνακας συντεταγμένων των κορυφών B (3,5) Γ (4,2) A (1,1) x φυσικόσύστημα συντεταγμένων oμογενέςσύστημα συντεταγμένων Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμέσων & Γραφικών, ΤΕΠ - ΠΜ - Γραφικά με Η/Υ

28. Σχεδίαση αντικειμένου 2D(σε πλεγματική οθόνη)βασικά γεωμετρικά σχήματα (ευθεία, κύκλος, έλλειψη) & Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμέσων & Γραφικών, ΤΕΠ - ΠΜ - Γραφικά με Η/Υ

29. Απεικόνισησημείου:(από παράθυροσε περιοχή παρατήρησης) Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμέσων & Γραφικών, ΤΕΠ - ΠΜ - Γραφικά με Η/Υ

30. 1001 1010 1000 ymax 0010 0000 0001 ymin 0100 0101 0110 παράθυρο αποκοπής xmin xmax Αποκοπή • έλεγχος ορατότητας • αλγόριθμος Gohen-Sutherland • υπολογισμός των σημείων τομής • από τις πλευρές του παραθύρου αποκοπής & τις παραμετρικές εξισώσεις της ευθείας • εναλλακτική μέθοδος: υποδιαίρεση μεσαίων σημείων • απόρριψη Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμέσων & Γραφικών, ΤΕΠ - ΠΜ - Γραφικά με Η/Υ

31. Γεωμετρικοί μετασχηματισμοί (2D & 3D) • ανάγκη επανασχεδίασης ενός αντικειμένου με διαφορετικό: • μέγεθος, θέση, κ.λ.π • γεωμετρικός μετασχηματισμόςείναι ένας πίνακας Μ που επιδρά πάνω στον αρχικό πίνακα P συντεταγμένων των κορυφών ενός αντικειμένου με σκοπό τον υπολογισμό του τελικού πίνακα P’ συντεταγμένων (επανασχεδίαση αντικειμένου): ήτοιP’=M*P • απλοί & σύνθετοι γεωμετρικοί μετασχηματισμοί: • μεταφορά, περιστροφή, κλιμάκωση & • στρέβλωση, αντανάκλαση Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμέσων & Γραφικών, ΤΕΠ - ΠΜ - Γραφικά με Η/Υ

32. Γέμισμα συμπαγών περιοχών • Αλγόριθμοι γεμίσματος: που στηρίζονται στη συνάφεια των pixels του εσωτερικού ενός πολυγώνου • Αλγόριθμοι σάρωσης: που στηρίζονται στη γεωμετρική περιγραφή της περιμέτρου ενός πολυγώνου Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμέσων & Γραφικών, ΤΕΠ - ΠΜ - Γραφικά με Η/Υ

33. Περιγραφή αντικειμένου 3D(μοντελοποίηση) • η μοντελοποίηση (περιγραφή) τρισδιάστατων αντικειμένων (παραλληλεπίπεδο, κύβος, πυραμίδα, σφαίρα, κ.λ.π) γίνεται με βάση τρεις κύριες προσεγγίσεις: • τα σκελετοπλέγματα(εξωτερικό περίγραμμα) • αποτελείται από πολύγωνα • παρέχει πληροφορίες για το εξωτερικό σχήμα του αντικειμένου • υλοποιείται με την βοήθεια της γεωμετρίας και τοπολογίας • τα μοντέλα επιφάνειας (επιφάνεια) • τα στερεά μοντέλα (εσωτερικό) • η οργάνωση της γραφικής πληροφορίας, για καλύτερη απόδοση των γραφικών, γίνεται μέσω σχεσιακών βάσεων δεδομένων εξετάζοντας διάφορα σενάρια με • στατικούς ή συνδετικούς πίνακες ή • συνδεδεμένες λίστες Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμέσων & Γραφικών, ΤΕΠ - ΠΜ - Γραφικά με Η/Υ

34. Σχεδίαση αντικειμένων 3D(σε πλεγματική οθόνη) • επίπεδες προβολές • μετασχηματισμοί προβολής • παρατήρησης • προοπτικός Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμέσων & Γραφικών, ΤΕΠ - ΠΜ - Γραφικά με Η/Υ

35. Επίπεδες προβολές • προβολή των τρισδιάστατων αντικειμένων πάνω στη δισδιάστατη επιφάνεια των συσκευών απεικόνισης. • επίπεδη προβολή • διακρίνονται με βάση τη σχέση του κέντρου παρατήρησης (d)και του επιπέδου προβολής(οθόνη). • προοπτική προβολή • η απόσταση του κέντρου παρατήρησης (d) από το επίπεδο προβολής (οθόνη). είναι πεπερασμένη • παράλληλη προβολή • η απόσταση μεταξύ τους είναι άπειρη 3D 2D d Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμέσων & Γραφικών, ΤΕΠ - ΠΜ - Γραφικά με Η/Υ

36. Μετασχηματισμοί προβολής (ενός σημείου φυγής) • Υποθέσεις: • ακίνητο κέντρο παρατήρησης- κινούμενο αντικείμενο • κινούμενο κέντρο παρατήρησης- ακίνητο αντικείμενο έστω P (Xw, Yw, Zw) φυσικό σύστημα & (Xe, Ye, Ze ) το σύστημα παρατήρησης • Vμετασχηματισμός παρατήρησης ( Xe, Ye, Ze ) = ( Xw, Yw, Zw) * V • προοπτικός μετασχηματισμός Xs = (Xe/Ze) * d Ys = (Ye/Ze) * d P’( Xs, Ys) σύστημαοθόνης 3D 2D d Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμέσων & Γραφικών, ΤΕΠ - ΠΜ - Γραφικά με Η/Υ

37. Φωτορεαλισμός • Τα αντικείμενα που περιγράφονται από σκελετοπλέγματαδεν είναι ρεαλιστικά • Χρειάζονται παρεμβάσεις, όπως: • απαλοιφή κρυμμένων γραμμών και επιφανειών • δημιουργία αίσθησης βάθους με χρώματα μικρότερης έντασης (φωτεινότητας) ή θόλωση μακρινών αντικειμένων (σκίαση) Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμέσων & Γραφικών, ΤΕΠ - ΠΜ - Γραφικά με Η/Υ

38. Απαλοιφή κρυμμένων γραμμών & επιφανειών Σε ένα σκελετόπλεγμα η απαλοιφή(έλεγχος ορατότητας μιας γραμμής ή επιφάνειας) έχει μεγάλη σημασία για την ρεαλιστική απόδοση του. • Αλγόριθμοι χώρου αντικειμένου (υπολογισμοί σε φυσικές συντεταγμένες) • Αλγόριθμοι συσκευής (υπολογισμοί σε συντεταγμένες συσκευής “pixels”) • Υπολογισμός εξωτερικού γινομένου: Ν =V1 V2 • Υπολογισμός διανύσματος παρατήρησης V • Υπολογισμός εσωτερικού γινομένου V*N • Έλεγχος ορατότητας επιφάνειας (έδρας) Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμέσων & Γραφικών, ΤΕΠ - ΠΜ - Γραφικά με Η/Υ

39. περιγράφει: την γραφική πληροφορία που εισάγεται & εξάγεται και τις υποθέσεις που θα χρησιμοποιήσουμε για να υπολογίσουμε την ένταση (φωτισμό) για κάθε pixel μιας επιφάνειας ενός αντικειμένου Ένα απλό μοντέλο φωτισμού • για την ρεαλιστική παράσταση γραφικών χρειάζονται τα εξής: • ένα μοντέλο φωτισμού (απλοποιημένη αναπαράσταση των φυσικών νόμων) • αλγόριθμος φωτισμού (υλοποίηση του μοντέλου) • ένα απλό μοντέλο φωτισμού (Phong) λαμβάνει υπόψη του τον γραμμικό συνδυασμό των παρακάτω τριών συνιστωσών (διαδικασία χρονοβόρα για αντικείμενα με πολλές επιφάνειες): • της έντασης Idτης διάχυτης ανάκλασης • της έντασης Is τηςκατοπτρικής ανάκλαση & • της έντασης Iα τουέμμεσου φωτισμού (περιβάλλον φως) • οι αλγόριθμοι φωτισμού είναι: • σταθερού φωτισμού • Gouraud • Phong Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμέσων & Γραφικών, ΤΕΠ - ΠΜ - Γραφικά με Η/Υ