4. Методы построения реалистичных трехмерных изображений

4.4. Основные типы перспективных изображений

Для отображения трехмерного объекта на двумерный экран или другое внешнее устройство используется математическое преобразование, называемое проецированием. Точки, определяющие отрезки прямых, кривые и другие элементы проецируются на двумерную плоскость.

Воображаемая проекционная плоскость, называемая картинной плоскостью, помещается между объектом и наблюдателем, перпендикулярно направлению взгляда. Проводятся проекционные линии от точек объекта к наблюдателю. Точки, где эти линии пересекают картинную плоскость, являются соответствующими точками проекции. Для компьютера относительно легко вычислить эти пересечения. Получив точки на картинной плоскости, легко перенести результирующее изображение на экран. Изменяя место расположения наблюдателя и снова выполняя проецирование, можно получить виды объекта с разных сторон.

Проекции разделяют на два различных класса: параллельные и перспективные. При параллельном проецировании проекционные линии идут параллельно взгляду наблюдателя. При перспективном проецировании эти линии пересекаются в глазу наблюдателя. Последний подход создает эффект сокращения, когда размер проекции уменьшается по мере увеличения расстояния исходного объекта до проекционной плоскости. Перспективные проекции выглядят более реалистично, чем параллельные, потому что объекты, расположенные дальше, в жизни тоже кажутся меньше. Иногда предпочтение отдается параллельному проецированию, так как сохраняется параллельность линий, если они параллельны в сцене.

Машинные перспективные изображения разделяются на виды по признакам, которые характеризуют степень приближения их восприятия к восприятию реальных объектов, например таким, как наличие невидимых линий, изображение полутонов, теней. В совокупности с использованными техническими средствами они определяют качество воспроизводимых изображений.

Основные виды перспективных изображений. К ним относятся каркасные (проволочные), контурные и полутоновые изображения. На разных стадиях процесса проектирования требуются разнообразные виды перспективы. Например, для оценки окончательного проектного решения используют наиболее качественное перспективное изображение, а для корректирования конструкции в процессе ее формирования целесообразно видеть все линии ее каркаса, то есть использовать проволочное перспективное изображение. Современные растровые цветные дисплеи в комплексе с соответствующими вычислительными средствами и программным обеспечением позволяют воссоздавать полутоновые цветные изображения с собственными и падающими тенями.

Каркасные машинные перспективные изображения состоят из совокупности линий графической модели воспроизводимого объекта, включая и невидимые из данной точки зрения. Объемность изображенного пространства основана на перспективном эффекте, что создает иллюзию глубины изображение. Недостатком проволочных изображений есть прозрачность объектов, так как воссоздаются все линии всех изображенных объектов.

Реализация этого вида перспективных изображений требует наименьших затрат машинных ресурсов. Воспроизводятся проволочные изображения на графопостроителях и, в основном, на векторных графических дисплеях. Наибольшее распространение они получили в интерактивных графических системах на базе векторных дисплеев.

Контурные изображения с удаленными невидимыми линиями состоят из видимых из данной точки зрения линий графических моделей воспроизводимых объектов. На них не изображены линии или отрезки линий объектов, закрытые их поверхностями или поверхностями других объектов. Такие машинные изображения требуют значительного объема вычислений, который возрастает приблизительно в квадратичной зависимости по мере увеличения сложности и количества воспроизводимых объектов. Контурные перспективные изображения в основном получают на векторных дисплеях для оценки промежуточных результатов проектирования или на графопостроителях для фиксирования вариантов проектных решений.

Полутоновые перспективные изображения характеризуются воспроизведением только видимых поверхностей с градацией их яркости. Яркость конкретной поверхности зависит от ее расположения относительно источника света и наблюдателя (точки зрения), от тона (цвета) самой поверхности, ее отражательной способности и ряда других факторов. Полутоновые перспективные изображения характеризуются высокой реалистичностью и отображаются устройствами в которых есть возможность управлять интенсивностью свечения воспроизводимого массива точек. Например, они воспроизводятся растровыми дисплеями с градацией яркости на каждой воспроизводимой точке или группе точек. Изображения теней улучшает наглядность полутоновых изображений и позволяет больше качественно воссоздавать пластику сооружений, их форму, взаимное расположение.

Полутоновые изображения получаются по разнообразным геометрическим схемам, которые характеризуются прежде всего расположением источника света. Сам простой вариант - когда источник света совпадает с точкой зрения. При этом яркость частей поверхностей не зависит от их расстояния до точки зрения, не учитываются фактура и тон поверхности. Больше сложная схема предполагает наличие источника света, не совпадающего с точкой зрения, и учет расстояние от него к объектам. Те же факторы влияют и на качество цветных перспективных изображений.

Контрольные  вопросы.

1.  В чем состоит разность между параллельным и перспективным проецированием?

2.  Дайте характеристику вычислительных затрат для формирования различных видов перспективных изображений.

3.  Как достигается иллюзия объемности при формировании полутоновых изображений?

4.  Назовите области применение различных видов перспективных изображений.

     Содержание