Transcript سیستم مختصات سه بعدی

‫فصل هشتم‬
‫گرافیک کامپیوتری ‪ 3‬بعدی‬
‫‪1‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫در این فصل‪:‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪2‬‬
‫تعاریف اولیه و مبانی گرافیک سه بعدی‬
‫سیستم های مختصات سه بعدی‬
‫روش های مدلسازی‬
‫روش های رندرینگ‬
‫روش های نورپردازی‬
‫نگاشت بافت‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫مبانی گرافیک سه بعدی‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪3‬‬
‫شتاب دهنده سه بعدی )‪(3D Accelerator‬‬
‫گرافیک سه بعدی بالدرنگ‬
‫پردازش نرم افزاری‬
‫بازی های ‪ 3‬بعدی‬
‫پردازش های پیچیده محاسباتی‬
‫حرکت نرم و هموار‬
‫شتاب دهنده سخت افزاری‪ ،‬روی کارت گرافیک‬
‫موازی سازی پردازش (خط لوله) و حافظه مجزا‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫مبانی گرافیک سه بعدی‬
‫‪ ‬مبحث گرافیک سه بعدی‪ :‬نمایش اجسام و اشیا سه بعدی بر روی صفحه نمایش‪.‬‬
‫‪ ‬گرافیک سه بعدی‪ ،‬ساخت یک تصویر دو بعدی قابل نمایش بر روی نمایشگر‬
‫کامپیوتری از روی اطالعات یک صحنه سه بعدی می باشد‪.‬‬
‫صحنه سه بعدی‬
‫تصویر دو بعدی‬
‫‪ ‬از لحاظ هندسه تحلیلی‪ ،‬هر نقطه از یک ش ی سه بعدی دارای ‪ 3‬مولفه طول‪ ،‬عرض‬
‫و عمق (مختصات ‪ y ، x‬و ‪ ) z‬است‪.‬‬
‫‪4‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫مبانی گرافیک سه بعدی‬
‫‪ ‬اطالعات صحنه سه بعدی‪:‬‬
‫‪ ‬توصیف اشیا‪ ،‬منابع نورپردازی و مکان بیننده (دوربین)‪.‬‬
‫‪ ‬توصیف‪ :‬نوع ش ی‪ ،‬محل ش ی‪ ،‬جنس و نوع بافت ش ی‬
‫‪ ‬اطالعات نورپردازی‪ :‬محل منبع نور‪ ،‬نوع منبع‪ ،‬شدت نور و زاویه تابش‬
‫‪ ‬اطالعات بیننده‪ :‬مشخصات محل چشم (نقطه دید) و جهت دید‬
‫‪‬‬
‫‪5‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫مبانی گرافیک سه بعدی‬
‫‪ ‬فرآیند تبدیل اطالعات توصیف کننده صحنه سه بعدی به تصویر دوبعدی‪:‬‬
‫‪ .1‬مرحله مدل سازی )‪(Modeling‬‬
‫‪ .2‬مرحله نمایش یا رندر کردن )‪(Rendering‬‬
‫‪6‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫مبانی گرافیک سه بعدی‬
‫‪ .1‬مرحله مدل سازی )‪(Modeling‬‬
‫ارائه اشیا در فضای سه بعدی و سپس استخراج داده های عددی برای هر یک از‬
‫این اشیا به منظور نمایش آنها‪.‬‬
‫‪ .2‬مرحله نمایش )‪(Rendering‬‬
‫تولید تصاویر دوبعدی به کمک داده ها و اطالعات مدلسازی و سایر جزئیات‬
‫صحنه سه بعدی‪.‬‬
‫‪7‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫سیستم های مختصات‬
‫‪ .1‬سیستم مختصات سه بعدی‪:‬‬
‫‪z‬‬
‫)‪A ( Ax , Ay , Az‬‬
‫‪y‬‬
‫‪Az‬‬
‫‪Ay‬‬
‫‪Ax‬‬
‫‪x‬‬
‫‪8‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫سیستم های مختصات‬
‫‪ .1‬سیستم مختصات سه بعدی‪:‬‬
‫‪9‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫سیستم های مختصات‬
‫‪ .2‬سیستم مختصات محلی‪:‬‬
‫‪ ‬اطالعات مدلسازی هر ش ی سه بعدی بر اساس یک دستگاه مختصات‬
‫مخصوص به آن ش ی محاسبه میشود که به آن سیستم مختصات محلی‬
‫گفته میشود‪.‬‬
‫‪ ‬به عبارت دیگر این دستگاه مختصات بطور جداگانه برای مدلسازی هر ش ی‬
‫سه بعدی استفاده میشود‪.‬‬
‫‪10‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫سیستم های مختصات‬
‫‪ .2‬سیستم مختصات محلی‪:‬‬
‫‪11‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫سیستم های مختصات‬
‫‪ .3‬سیستم مختصات جهانی‪:‬‬
‫‪ ‬تمام اجسام برای نشان دادن(چندجسم باهم)از این دستگاه مختصات‬
‫استفاده می کنیم ‪.‬‬
‫‪ ‬برای نمایش یک صحنه سه بعدی از آن استفاده می شود‪.‬‬
‫‪ ‬در این دستگاه تمام اجسامی که جداگانه در دستگاه محلی خود رسم شده اند‬
‫پس از انجام تبدیالت نشان داده می شوند‪.‬‬
‫‪12‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫‪ .3‬سیستم مختصات جهانی‪:‬‬
‫مدلسازی‬
‫تبدیالت هندس ی‬
‫‪13‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫سیستم های مختصات‬
‫‪ .4‬سیستم مختصات دید‪:‬‬
‫‪ ‬در این دستگاه زاویه چشم بیننده بهه عنهوان مرکهز مختصهات و موقعیهت اجسهام‬
‫را برای دیده شدن نسبت به آن محاسبه می کنیم‪.‬‬
‫‪ ‬در انیمیشههن سههه بعههدی بایههد زاویههه دیههد را هههم در نظههر بگ ه یم کههه ایههن هههد بهها در‬
‫نظههر گههرفدن ی ههک دس ههتگاه مختص ههات ب هها نههام دسههتگاه مختص ههات دی ههد ام ههان پ ه یر‬
‫است‪.‬‬
‫‪14‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫سیستم های مختصات‬
‫‪ .4‬سیستم مختصات دید‪:‬‬
‫‪eye‬‬
‫‪15‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫سیستم های مختصات‬
‫‪ .4‬سیستم مختصات دید‪:‬‬
‫‪16‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
S. POORKIANI
17
S. POORKIANI
18
S. POORKIANI
19
S. POORKIANI
20
S. POORKIANI
21
S. POORKIANI
22
‫روش های مدلسازی‬
‫‪ .1‬مدلسازی مش چند ضلعی (‪)Polygon Mesh‬‬
‫‪ ‬مجموعه ای از چندضلعی های مسطح به هم متصل‪.‬‬
‫‪ .2‬مدلسازی توسط سطوح پارامد ی (‪)Parametric Surface‬‬
‫‪ ‬چندضلعی های تقریب زننده سطوح‪ ،‬انحنا دار هستند‪.‬‬
‫‪ .3‬مدلسازی توسط تقسیم بندی فضا ‪Space Subdivision‬‬
‫‪ ‬مکعب های پایه ای سازنده که ‪ voxel‬نامیده میشود‪.‬‬
‫‪ .4‬مدلسازی هندسه جسم جامد‬
‫‪)Constructive Solid Geometry( CSG‬‬
‫‪ ‬اشیا سه بعدی پایه و منطق جب بول‪.‬‬
‫‪23‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫روش های مدلسازی‬
‫‪ .1‬مدلسازی مش چند ضلعی (‪)Polygon Mesh‬‬
‫‪ ‬مجموعه ای از چندضلعی های مسطح به هم متصل‪.‬‬
‫‪24‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫روش های مدلسازی‬
‫‪ .2‬مدلسازی توسط سطوح پارامد ی (‪)Parametric Surface‬‬
‫‪ ‬چندضلعی های تقریب زننده سطوح‪ ،‬انحنا دار هستند‪.‬‬
‫‪25‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫روش های مدلسازی‬
‫‪ .3‬مدلسازی توسط تقسیم بندی فضا ‪Space Subdivision‬‬
‫‪ ‬مکعب های پایه ای سازنده ای‬
‫که ‪ voxel‬نامیده میشود‪.‬‬
‫‪26‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫روش های مدلسازی‬
‫‪ .4‬مدلسازی هندسه جسم جامد‬
‫‪)Constructive Solid Geometry( CSG‬‬
‫‪ ‬اشیا سه بعدی پایه‬
‫و منطق جب بول‪.‬‬
‫‪27‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫روش های رندر کردن‬
‫‪ ‬تولید و نمایش یک تصویر ‪ 2‬بعدی از روی اطالعات صفحه سه بعدی‪:‬‬
‫‪ ‬اطالعات مدل سازی ‪ ،‬اطالعات بیننده و اطالعات منابع نور و بافت اشیا‬
‫مدلسازی‬
‫تصویر نهایی‬
‫(فریم)‬
‫توصیف‬
‫صحنه‪3‬بعدی‬
‫‪Rendering‬‬
‫اطالعات نورپردازی‪،‬‬
‫بافت و ماده سطوح‬
‫صفحه نمایش‬
‫‪28‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫روش های رندر کردن‬
‫ بالدرنگ‬-(Non Photo-Realistic) ‫ روش های غیرواقعی گرا‬.1
(Wire Frame) ‫ مدل سیمی‬.1
(Polygon Rasterization) ‫ پویش چندضلعی‬.2
(Global Illimination) ‫ روشن سازی عمومی‬-‫ روش های واقعی گرا‬.2
(Ray Casting) ‫ پرتاب اشعه‬.1
(Ray Tracing) ‫ پویش اشعه‬.2
Radiosity .3
S. POORKIANI
29
‫روش های رندر کردن‬
‫‪ .1‬روش های غیرواقعی گرا )‪ -(Non Photo-Realistic‬بالدرنگ‬
‫‪ ‬محاسبات و نمایش تصویر به سرعت انجام می گ د‬
‫‪ 20 ‬تا ‪ 120‬تصویر در هر ثانیه‬
‫‪ ‬مانند ‪ :‬بازی های ‪ 3‬بعدی و شبیه سازی ها‬
‫‪ ‬امروزه شتابدهنده های گرافیک سه بعدی در کارتهای گرافیک با این روش رندرسازی‬
‫کار می کنند‪.‬‬
‫‪ ‬اهمیت باالتر‪:‬‬
‫‪ ‬سرعت رندر سازی‬
‫‪ ‬اهمیت کمد ‪:‬‬
‫‪ ‬ایجاد تصویری با جزئیات بسیار باال و نزدیک به واقعیت‬
‫‪30‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫روش های رندر کردن‬
‫‪ .2‬روش های واقعی گرا – غیربالدرنگ‬
‫‪ ‬جزئیات و کیفیت تصویر بسیار اهمیت دارد‪.‬‬
‫‪ ‬به دلیل پیچیدگی باال‪ ،‬سرعت رندر سازی در آنها بسیار کند است‪.‬‬
‫‪ ‬تولید هر فریم ممکن است از چند ثانیه تا چند روز طول بکشد‪.‬‬
‫‪ ‬در محیط های غ تبادلی مورداستفاده قرار می گ ند‪ .‬مثل انیمیشن و جلوه های ویژه‪.‬‬
‫‪ ‬در نظر گرفدن اطالعاتی مختلف برای شبیه سازی اثرات اتمسفری‪:‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫بافت ‪ ،‬ماده و منابع نور‬
‫اثرات سایه ها ‪ ،‬بازتابش ها‬
‫شکست های اشعه های نور در ب ن اشیاء سه بعدی‬
‫‪ ‬جهت تولید تصاویری نزدیک به واقعیت‪.‬‬
‫‪31‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫روش های رندر کردن‬
‫روش های غیرواقعی گرا‪ :‬مدل سیمی‪:‬‬
‫‪ ‬ساده ترین روش ‪Rendering‬‬
‫‪ ‬مانند ‪Autocad‬‬
‫‪ ‬تصویری از یک مدل سه بعدی‪.‬‬
‫‪ ‬شامل مختصات دو بعدی متناظر با هر یک از رئوس چند ضلعی های ش ئ‪.‬‬
‫‪ ‬مزیت‪:‬‬
‫‪ ‬سادگی‬
‫‪ ‬سرعت باال‬
‫‪ ‬معایب‪:‬‬
‫‪ ‬در نظر نگرفدن جزئیات اشیاء و نورپردازی صحنه سه بعدی‪.‬‬
‫‪32‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫روش های رندر کردن‪-‬مدل سیمی‬
‫‪33‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫روش های رندر کردن‬
‫روش های غیرواقعی گرا‪ :‬پویش چندضلعی‪:‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫در این روش اشیا صحنه سه بعدی حتما باید با روش تقریب مش چندضلعی مدلسازی‬
‫شوند‪.‬‬
‫آماده سازی مدل سه بعدی با استفاده از تکنیک هایی چون تبدیالت مدل سازی‪ ،‬تبدیل‬
‫دید‪ ،‬برش‪ ،‬حد سطوح پشتی و تصویر سازی‪.‬‬
‫انجام محاسبات نورپردازی برای همه چند ضلعی های ش یء‪.‬‬
‫اطالعات با استفاده از تکنیک هایی چون سایه زنی‪ ،‬نگاشت بافت و ح سطوح مخفی‬
‫ترسیم می شود‪.‬‬
‫این مراحل در شتابدهنده های گرافیک سه بعدی موجود در کارتهای گرافی ی بصورت‬
‫سخت افزاری پیاده سازی شده اند‬
‫‪ ‬به مجموعه مراحل فوق ‪ ،‬خط لوله رندرسازی گفته می شود‪.‬‬
‫‪34‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫روش های رندر کردن‬
‫پویش چندضلعی‪ :‬خط لوله رندر کردن‪:‬‬
‫‪35‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫روش های رندر کردن‬
‫‪ ‬پویش چندضلعی‪ :‬خط لوله رندر کردن‪:‬‬
‫‪ ‬تکرار مراحل فوق به ازای هر ش یء از صحنه سه بعدی‪.‬‬
‫‪ ‬انجام این مراحل برای تمام چند ضلعیهای کلیه اشیاء سه بعدی موجود در‬
‫یک صحنه سه بعدی‪.‬‬
‫‪36‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫روش های نورپردازی‬
‫‪ ‬هد از این مرحله‪:‬‬
‫‪ ‬محاسبه شدت نور هر یک از راسهای چند ضلعی هاست‪.‬‬
‫‪ ‬به عبارت دیگر با توجه به جنس (‪ )Material‬سطح هر ش ی سه بعدی‪،‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫چگونگی اثرات منابع نوری بر روی سطح اشیا سه بعدی‪.‬‬
‫چگونگی انع اس نور تابش شده از سطح ش ی‪.‬‬
‫‪ ‬استفاده برای واقعی تر جلوه دادن صحنه ها با بررس ی اثرات نورپردازی‪.‬‬
‫‪ ‬نمود بخشیدن به بزرگی و حجم اشیاء‪.‬‬
‫‪ ‬برای انجام این ار نیاز به داشدن یک مدل ریاض ی برای توصیف ف زیک نور و‬
‫انع اس نور از سطح اجسام تا بتوانیم رنگ نهایی و روشنایی سطح ش ی سه‬
‫بعدی را مشخص کنیم‪.‬‬
‫‪37‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫روش های نورپردازی‬
‫‪ ‬مدلهای فوق‬
‫‪ ‬برای تخم ن شدت نوری که در هر راس چند ضلعی منعکس شده و توسط بیننده‬
‫صحنه سه بعدی دیده می شوند مورد استفاده قرار می گ ند‪.‬‬
‫‪ ‬استفاده برای محاسبه شدت و رنگ نور انع اس ی هر یک از راسهای چندضلعی ها‬
‫‪ ‬این مدلها به عوامل زیر بستگی دارند ‪:‬‬
‫‪.1‬‬
‫‪.2‬‬
‫‪.3‬‬
‫‪.4‬‬
‫‪.5‬‬
‫‪38‬‬
‫محل و جهت منابع نور‬
‫نوع منابع نور‬
‫رنگ و شدت نور منابع نور‬
‫خصوصیات ماده ش ی‬
‫محل چشم بیننده‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫روش های نورپردازی‬
‫‪ ‬ترسیم هر یک از چندضلعیهای تقریب زننده ش ی سه بعدی‪ ،‬با استفاده از این‬
‫داده ها‪.‬‬
‫‪ ‬مدل سازی اثرات نوری فرايندی بسيار پيچيده‪.‬‬
‫‪ ‬در اکث اوقات استفاده از مدلهای ساده ای که بر اساس محاسبات ساده شده هستند‪.‬‬
‫‪ ‬مدلهای پیچیده تر ‪ ،‬شدتهای نور را با درنظر گرفدن انتشار انرژی نورانی ب ن سطوح و‬
‫منابع نور محاسبه می کنند‪.‬‬
‫‪ ‬مدلهای نورپردازی در کل به دو دسته تقسیم میشوند ‪:‬‬
‫‪ ‬مدلهای روشن سازی محلی (‪)Local Illumination Models‬‬
‫‪ ‬مدل های روشن سازی سراسری (‪)Global Illumination Models‬‬
‫‪39‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫روش های نورپردازی‪ -‬روشن سازی محلی‬
‫‪ ‬تنها پنج عامل فوق را در انجام محاسبات مورد استفاده قرار می دهند‪.‬‬
‫‪ ‬ساده تر و سریعد هستند‪.‬‬
‫‪ ‬دقت و کیفیت کمد ی دارند‪.‬‬
‫‪ ‬در مدلهای نورپردازی محلی دو عامل اصلی تاث گ ار است ‪:‬‬
‫‪ ‬منابع نور ‪ :‬دارای پارامد های محل ‪ ،‬جهت ‪ ،‬رنگ و م زان تضعیف هستند ‪.‬‬
‫‪ ‬خصوصیات ماده سطح ش ی ‪ :‬سطح یک ش ی سه بعدی با توجه به ضرایب مختلف‬
‫انع اس ی و م زان شفافیتش ‪ ،‬با توجه به نور تابش ی از منابع نور ‪ ،‬بخش ی از آنرا بازتابش‬
‫می کند و در نتیجه ش ی توسط بیننده صحنه قابل رویت می شود ‪.‬‬
‫‪40‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫روش های نورپردازی‪ -‬روشن سازی محلی‬
‫‪ ‬مثال‪:‬‬
‫‪ ‬اگر نور سفید به یک ش ی سه بعدی تابیده شود و‬
‫آن ش ی تمام طول موجها بجز طول موج نور‬
‫سبز را ج ب کند ‪ ،‬نور سبز از سطح آن منعکس‬
‫خواهد شد و در نتیجه ش ی به رنگ سبز‬
‫دیده می شود ‪.‬‬
‫مقدار نوری که یک ش یء منعکس می کند و باعث رویت آن ش ی توسط بیننده می شود‪:‬‬
‫‪ ‬به موقعیت ‪ ،‬م زان ج ب و م زان شفافیت آن ش یء و همچن ن به محل ‪ ،‬جهت ‪ ،‬و‬
‫م زان تضعیف نور منابع نورپردازی بستگی دارد ‪.‬‬
‫‪41‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫روش های نورپردازی‪ -‬روشن سازی سراسری‬
‫‪ ‬عوامل مورد استفاده درمحاسبات نورپردازی اشیا سه بعدی‪:‬‬
‫‪ ‬پرتوهای نور بازتابش ی ‪Inter-object Reflections‬‬
‫‪ ‬پرتوهای نور انتقالی ‪Refractions‬‬
‫‪ ‬اثرات سایه های ‪Shadows‬سایر اشیا (در صورت وجود)‬
‫‪ ‬مدلهای سراسری کندتر هستند‪.‬‬
‫‪ ‬دقیق تر و با کیفیت تر هستند‪.‬‬
‫‪object 2‬‬
‫‪ ‬زیرا به واقعیت ف زیک نور نزدیکد می باشند‪.‬‬
‫‪ ‬از جمله این روشها‬
‫‪ ‬روش تعقیب اشعه (‪ )Ray Tracing‬و ‪Radiosity‬‬
‫‪42‬‬
‫‪object 1‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫‪object 3‬‬
‫مدلسازی منابع نور‬
‫‪ ‬یعنی بدست آوردن یکسری مدل ریاض ی ساده برای انواع مختلف منابع نور‪.‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫برای این منظور‪ ،‬برای هر منبع نور پارامد ی به اسم شدت نور ‪Intensity‬تعریف می کنیم‪.‬‬
‫این شدت نور برای نورهای رنگی دارای سه جز اصلی رنگ یعنی ‪ RGB‬می باشد‪.‬‬
‫به عبارت دیگر یک منبع نور دارای سه شدت نور اصلی قرمز ‪ ،‬آبی و سبز است که با ترکیب آنها رنگ‬
‫اصلی آن منبع نور تعی ن می شود‪.‬‬
‫‪ ‬منابع نور را به چهار دسته زیر تقسیم می شوند‪:‬‬
‫‪ ‬نور محیطی (‪)Ambient‬‬
‫‪ ‬منبع نور نقطه ای (‪)Point Light Source‬‬
‫‪ ‬منبع نور جهت دار (‪)Directional Light Source‬‬
‫‪ ‬منبع نور مخروطی (‪)Spot Light Source‬‬
‫‪43‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫مدلسازی منابع نور‬
‫‪44‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫مدلسازی منابع نور‪ -‬نور محیطی‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪45‬‬
‫اگر يک ش ی هيچ نوری بطور مستقيم دريافت نکند باز هم قابل رويت است‪.‬‬
‫نور بطور غ مستقيم از اشيا ديگر منعکس می شود‪.‬‬
‫نور محیطی نوری است که هیچ موقعیت و جتهی ندارد‪.‬‬
‫در واقع روشن سازی غ مستقیم یک صفحه سه بعدی در غیاب سایر منابع نوری‬
‫می باشد‪.‬‬
‫مقدار آن برای تمام اشیا آن صحنه یکسان است ‪.‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫مدلسازی منابع نور‪ -‬نور نقطه ای‬
‫‪ ‬منبع نور دارای یک محل در فضای سه بعدی بوده و اشعه های نور بطور‬
‫یکسان در تمام جهات منتشر می شود‪.‬‬
‫‪ ‬المپ حبابی نمونه خوبی از این نوع منابع نور می باشد‪.‬‬
‫‪ ‬اگر فرض کنیم که شدت نور این منبع نقطه ‪ I0‬باشد و نقطه ‪ ،P‬یک راس‬
‫دلخواه از یک چند ضلعی سه بعدی باشد‪ ،‬چنانچه تضعیف نور را در محیط‬
‫انتشار نادیده بگ یم‪ ،‬شدت نوری که در اثر تابش این منبع نور به راس می‬
‫رسد برابر با ‪ I0‬خواهد بود‪.‬‬
‫‪46‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫مدلسازی منابع نور‪ -‬نور نقطه ای‬
‫‪ ‬اما چنانچه نور در مس انتشار تا نقطه ‪ P‬دچار تضیف شود در اینصورت شدت نوری که‬
‫به راس می رسد برابر است با ‪:‬‬
‫‪ ‬تضعيف نور عبارت است از‪:‬‬
‫‪ ‬کاهش شدت نور با افزايش فاصله ش ی از منبع نور ‪.‬‬
‫‪ ‬در رابطه فوق‪:‬‬
‫‪ d‬فاصله نقطه ‪ P‬از منبع نور‪،‬‬
‫‪ kc‬پارامد تضعیف نور ثابت‪،‬‬
‫‪ kl‬پارامد تضیف نور خطی‬
‫‪ kq‬پارامد تضعیف نور مربعی‬
‫‪47‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫مدلسازی منابع نور‪ -‬نور جهت دار‬
‫‪ ‬منبع نوری است که پرتوهای آن بطور موازی و در یک جهت از فاصله ای‬
‫بسیار دور منتشر می شود‪.‬‬
‫‪ ‬مثل خورشید‬
‫‪ ‬محل اینگونه منابع نور را در فاصله بینهایت فرض میکنیم‪.‬‬
‫ً‬
‫‪ ‬شدت نور این منابع تقریبا برای تمامی اشیا مساوی خواهد بود ‪.‬‬
‫‪48‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫مدلسازی منابع نور‪ -‬نور مخروطی‬
‫‪ ‬منبع نوری که دارای یک محل و جهت در فضای سه بعدی بوده و نور را درون یک‬
‫مخروط منتشر می کنند‪.‬‬
‫‪ ‬اگر نقطه ‪ P‬نقطه ای روی سطح ش یء سه بعدی باشد‪،‬‬
‫و ‪ I0‬م زان شدت نور منبع ‪ Spot‬باشد‪،‬‬
‫در اینصورت شدت نور در نقطه ‪ P‬برابراست با ‪:‬‬
‫‪ ‬که در این رابطه بردار جهت نور و‬
‫‪ ‬بردار محور مخروط است که جهت تابش را مشخص میکند‪.‬‬
‫‪‬‬
‫‪49‬‬
‫هر دو بردارهایی واحد هستند ‪.‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫مدلسازی منابع نور‪ -‬نور مخروطی‬
‫‪ ‬عامل‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪50‬‬
‫در رابطه فوق ضرب داخلی دو بردار بوده و برابر کسینوس زاویه ب ن دو بردار‬
‫بیشد ین مقدار این عامل برابر یک است‪.‬‬
‫آن زمانی است که این دو بردار بر هم منطبق باشد‪.‬‬
‫به عبارت دیگر نقطه ‪ P‬در راستای محور مخروط قرار گ د‪.‬‬
‫همچن ن اگر زاویه دو بردار از ‪ 90‬درجه بیشد شود این مقدار برابر صفر خواهد بود‪.‬‬
‫بعبارت دیگر چون نقطه ‪ P‬در راستای تابش مخروط نبوده است شدت نور دریافت شده صفر می باشد‪.‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫نگاشت بافت‬
S. POORKIANI
51
‫نگاشت بافت‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫بافت (‪ )Texture‬یک تصویر دو بعدی است‪.‬‬
‫مدلسازی‪ ،‬نورپردازی و سایه زنی برای نشان دادن واقعیت سطوح کافی نیست‪.‬‬
‫برقراری ارتباط ب ن نقاط سطح سه بعدی و پیکسلهای بافت‬
‫بافت‪ ،‬برای واقعی تر کردن یک سطح سه بعدی ونمایش جزئیات بیشد روی یک‬
‫سطح قرار می گ د‪.‬‬
‫‪ ‬مانند تصویر چوب ‪ ،‬سنگ ‪ ،‬پارچه و ‪...‬‬
‫‪52‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫نگاشت بافت‬
S. POORKIANI
53
‫فرایند نگاشت بافت‬
‫‪ ‬فرآیند نگاشت بافت دارای ‪ 2‬مرحله می باشد‪:‬‬
‫‪ ‬فرآیند نگاشت بافت در مرحله مدلسازی‬
‫‪ ‬فرآیند نگاشت بافت در خط لوله رندرسازی‬
‫‪‬‬
‫محاسبه مختصاتهای بافت برای رئوس هر چند ضلعی (‪)Coordinate Mapping‬‬
‫که در مدلسازی انجام شود‪.‬‬
‫‪ ‬محاسبه مختصات های بافت برای نقاط درونی چند ضلعی توسط درون یابی خطی‬
‫و استفاده از ‪ u-v‬درون یابی شده برای بدست آوردن پیکسل متناظر در بافت که‬
‫در رندرسازی انجام میشود‪.‬‬
‫‪ ‬ترکیب سازی پیکسل بافت با رنگ حاصل از سایه زنی که در رندر سازی انجام‬
‫میشود‪.‬‬
‫‪54‬‬
‫‪S. POORKIANI‬‬
‫نگاشت بافت‬
S. POORKIANI
55
‫نگاشت بافت‬
S. POORKIANI
56