unidad 4 y 5 de graficación, temas de investigación, Resúmenes de Computación Gráfica

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Graficación

Temas finales de investigación

JORGE ALBERTO VÁZQUEZ LÓPEZ

N°C. 18640283

GRUPO: 5°C

ING. SISTEMAS COMPUTACIONALES

DOCENTE: Luis Enrique Valadez Hernández

LA PIEDAD MICHOACÁN

Índice

• 1. Portada ……………………………………………………………………………
• 2. Relleno, iluminación y sombreado ……………………………………….…….
  • a. Relleno de polígonos ……………………………………………….…… - i. Color homogéneo ……………………………………………….. - ii. Color degradado ……………………………………………….... - iii. Material y textura …………………………………………...……
  • b. Modelos básicos de iluminación ……………………………………….
  • c. Técnicas de sombreado ………………………………………...……… - i. Interpolado ……………………………………………………….. - ii. Gouraud ………………………………………………………….. - iii. Phong ……………………………………………………………..
• 3. Introducción a la animación por computadora …………………..……….....
  • a. Historia, evolución y aplicación de la animación por computadora
  • b. Tipos de animación 2D …………………………………………...…… - i. Tweening …………………………………………………...…... - ii. Morphing …………………………………………………...…… - iii. Onion skinning …………………………………………...……..
    • iv. Interpolated rotoscoping ……………………………………….
  • c. Tipos de animación 3D ………………………………………………... - i. Cel-Shaded ………………………………………….………….. - ii. Morph ………………………………………………….………… - iii. Skeletal ……………………………………………….………….
    • iv. Motion Capture ……………………………………….………… - v. Crowds ……………………………………………….………….
  • d. Animación 2D o 3D controlada por el usuario ………………..……..
• 4. Conclusión ………………………………………………………………..……..

Funcionan en el trozo de líneas horizontales, denominadas líneas de barridos, que intersecan un número de veces, permitiendo a partir de ella identificar los puntos que se consideran interiores al polígono. Inundación. Empieza en un interior y pinta hasta encontrar la frontera del objeto. Partimos de un punto inicial (x, y), un color de relleno y un color de frontera. El algoritmo va testeando los píxeles vecinos a los ya pintados, viendo si son frontera o no. No solo sirven para polígonos, sino para cualquier área curva para cualquier imagen AE se usan los programas de dibujo. Fuerza bruta. Calcula una caja contenedora del objeto. Hace un barrido interno de la caja para comprobar c/pixel este dentro del polígono. Con polígonos simétricos basta con que hagamos un solo barrido en una sección y replicar los demás pixeles. Requiere aritmética punto-flotante, esto lo hace preciso y costoso.

Relleno mediante un patrón. Un patrón viene definido por el área rectangular en el que cada punto tiene determinado color o nivel de gris. Este patrón debe repetirse de modo periódico dentro de la región a rellenar. Para ello debemos establecer una relación entre los puntos del patrón y los pixeles de la figura. En definitiva, debemos determinar la situación inicial del patrón respecto a la figura de tal forma que podamos establecer una correspondencia entre los pixeles interiores al polígono y los puntos del patrón. Color homogéneo. Lo homogéneo aparece como un todo uniforme, donde los elementos que lo componen se muestran indiferenciados, usándose en varios contextos: La homogeneidad también puede predicarse del color: “Pintemos toda la vivienda de un color homogéneo para poder retocar los defectos con mayor facilidad, guardando un poco de pintura”, "Si quieres preparar un color diferente mezclando dos o más tonos, trata de revolver bien la pintura para que quede homogénea"; o de los estilos: “La casa de mi madre está toda decorada en estilo inglés de modo homogéneo”. En el ámbito social y cultural, podemos hablar de una sociedad homogénea cuando no existen diferencias significativas de clase, de edad, de gustos, de ideas, etcétera, entre sus miembros. Ejemplos: “El sistema comunista propone una sociedad homogénea sin diferencias de clases” o “Los niños de este curso son homogéneos en cuanto a sus aptitudes e intereses”. Color degradado. El Degradado es una técnica que está especialmente vinculado con el terreno del diseño gráfico y la maquetación, con todo lo que tiene que ver con la elaboración de imágenes o su modificación. Consiste en combinar dos colores de forma que uno va perdiendo intensidad a medida que el otro la va ganando, realizando una transición cromática suave que puede conseguir resultados muy impactantes. Una técnica muy antigua, que se suele utilizar actualmente en aspectos como el diseño web, sobre todo para fondos, como también en la elaboración de imágenes,

Modelos básicos de iluminación. Una escena de animación se ilumina mediante unas propiedades globales (Luz ambiente) así como por diferentes puntos de luz (Luz puntual) que emulan otros tantos tipos de “lámparas”. Los cálculos matemáticos que se realizan con estos parámetros, aplicados a la geometría que define la escena, se asocian con el concepto de “Modelos de iluminación “. Phong, Lambert, Fressnell, Minnaert, Toon, Oren-Nayar, Toon etc son algunos de los nombres con los que normalmente se referencian algunos de los principales modelos de iluminación. No es necesario entender los modelos en profundidad para su uso artístico en las herramientas de creación de imagen sintética, pero es recomendable un conocimiento básico que permita entender cómo se forman las imágenes para poder anticipar resultados en su aplicación. Técnicas de sombreado. Intensidad constante En ciertas condiciones, un objeto con superficies planas puede sombrearse en forma realista utilizando intensidades de superficie constantes. en el caso donde una superficie se expone solamente a la luz ambiente y no se aplican diseños, texturas o sombras de superficie, el sombreado constante genera una representación exacta de la superficie. Una superficie curva que se representa como un conjunto de superficies planas puede sombrearse con intensidades de superficie constante, si los planos se subdividen la superficie se hace lo suficientemente pequeños. Sombreado de Gouraud Este esquema de interpolación de intensidad, creado por Gouraud, elimina discontinuidades en intensidades entre planos adyacentes de la representación de una superficie variando en forma lineal la intensidad sobre cada plano de manera que lo valores de la intensidad concuerden en las fronteras del plano. en este método los valores de la intensidad a lo largo de cada línea de rastreo que atraviesan una superficie se interpolan a partir de las intensidades en los puntos de intersección de con la superficie. Interpolado. Este método es muy fácil de usar en un algoritmo de línea de barrido que interpola el valor de z en un tramo a partir de valores de z interpolados que se calculan para los puntos extremos del tramo.

Es recomendable usar una ecuación de diferencias para aumentar la eficiencia en la determinación del valor de z en cada pixel. Aunque la interpolación z es físicamente correcta (suponiendo que el polígono es plano), observe que el sombreado interpolado no lo es, ya que sólo aproxima la evaluación del modelo de iluminación en cada punto del polígono. Gouraud. El sombreado Gouraud es una técnica usada en gráficos 3D por ordenador que simula efectos de luz y color sobre superficies de objetos. Fue publicada por Henri Gouraud en 1971. Esta técnica de sombreado permite suavizar superficies con una carga computacional menor que con otros métodos basados en el cálculo píxel a píxel. En primer lugar, se calculan los valores de luminosidad de cada vértice promediando los valores de las superficies que en él convergen mediante el método de reflexión de Phong. A continuación, se calculan las intensidades de cada píxel de las superficies implicadas mediante interpolación bilineal a partir de los valores estimados de los vértices. De esta manera, los valores de luminosidad de los polígonos consisten en el gradiente formado por los valores de los vértices. Los puntos fuertes y debilidades del sombreado Gouraud se deben a las interpolaciones. Interpolar la luz de una superficie completa a partir de tres valores originales que requieren bastante tiempo de computación siempre será más rápido que calcular dichos valores de luz píxel a píxel, tal como hace el sombreado Phong. Sin embargo, los efectos luminosos muy localizados (como los reflejos especulares, por ejemplo, el destello de un foco sobre una manzana) no serán representados correctamente; es más, si uno de estos efectos luminosos estuviera en alguno de los vértices del polígono representado, alteraría la interpolación de la cara completa, resultando en una representación incorrecta del modelo 3D.

Introducción a la animación por

computadora.

El término animación por computadora por lo regular se refiere a cualquier secuencia de tiempo de cambios visuales en una escena. Además de cambiar las posiciones de los objetos con traslaciones y rotaciones, una animación por computadora podría desplegar variaciones de tiempo en el tamaño, el color, la transparencia o la textura de la superficie de los objetos. Historia, evolución y aplicación de la animación por computadora. La historia de la animación por computadoras empieza a finales de 1940 y principios de 1950 con los primeros experimentos con gráficos por computadora, entre ellos destacando John Whitney - pero no fue sino hasta principios de 1960 que las computadoras comenzaron a volverse populares cuando nuevos enfoques en los gráficos computacionales prosperaron. Ivan Sutherland es considerado el creador de las gráficas computacionales interactivas y pionero de Internet. Trabajó para el laboratorio Lincoln en el MIT (Massachusetts Institute of Technology) en 1962, donde desarrollo un programa llamado Sketchpad I, el cual permitía a un usuario interactuar directamente con una imagen en pantalla, siendo ésta la primera Interfaz gráfica de usuario, y su programa es considerado como uno de los más influyentes de la historia. En 1968, Ivan Sutherland unió esfuerzos con David Evans para fundar la compañía Evans & Sutherland cuando ambos eran profesores en el Departamento de Ciencias Computacionales en la Universidad de Utah, con el objetivo de crear un nuevo hardware diseñado para correr los sistemas desarrollados en la Universidad. Muchos de estos algoritmos dieron paso a equipos como el Geometry Engine, el Head-mounted display, el framebuffer, y simuladores de vuelo. Muchos de los empleados eran estudiantes activos o ex alumnos, entre ellos Jim Clark, quien fundó Silicon Graphics en 1981, Ed Catmull, co-fundador de Pixar en 1979, y John Warnock de Adobe Systems en 1982. El primer largometraje en utilizar el procesamiento de imágenes digitales fue en 1973 con Westworld, una película de ciencia ficción escrita y dirigida por el novelista Michael Crichton, en la cual varios robots humanoides conviven con los humanos para proveerlos de entretenimiento. El control de movimientos de cámara o Motion control photography es una técnica que requiere de una computadora para grabar (o seguir) el movimiento exacto de una cámara en una toma específica, con el propósito de recrear nuevamente tal movimiento, ya sea en otra computadora; y en conjunto con los datos de movimiento de diversas fuentes, como por ejemplo elementos CGI.

A inicios de la década del 2000 comenzó la cinematografía virtual, siendo consideradas las películas Matrix Reloaded y Matrix Revolutions las primeras que contaron con un diseño tan convincente que era difícil distinguir si en una escena había actores reales tomados con una cámara convencional o modelos 3D con simulaciones de cámara. Esto fue en parte a que algunas escenas se reconstruyeron y se trabajaron dentro de un ambiente virtual; como la escena de la pelea final entre Neo y el Agente Smith, la cual, si hubiese sido filmada únicamente con pantallas verdes, hubiese tomado mucho tiempo para una escena de pocos minutos. Aplicación de la animación por computadora Las animaciones suelen utilizarse para añadir publicidad, banners, detalles de diseño, botones animados y efectos en las páginas web. Suelen implementarse a través de: Formatos gráficos:  Flash (puede incluir programación en ActionScript). Ver animación Flash.  Shockwave.  GIF animados u otros formatos gráficos animados. Programación y diseño web:  HTML dinámico (con JavaScript u otros).  Java (empleando Java Applets). Formatos de video:  AVI, MPG, WMV, etc. Si bien no se consideran animaciones, pueden cumplir una función similar. Tipos de animación 2D. Tweening Tweening, forma corta para el término in-betweening, o intermediación o interpolación de movimiento es el proceso de generar cuadros intermedios entre dos imágenes para dar el aspecto de que la primera imagen se convierte suavemente en la segunda imagen. Tweening es un proceso dominante en todos los tipos de animación, incluyendo la animación por computador. El software sofisticado de animación permite identificar objetos específicos en una imagen y definir cómo deben moverse y cambiar durante el proceso de "tweening". Morphing. Para realizar un morphing se procede primero a rodar o fotografiar los dos elementos que participarán en la transformación, el elemento de origen (por ejemplo, el rostro de un hombre) y el elemento final (siguiendo el ejemplo citado el

Tipos de animación 3D. Cel-Shaded. El sombreado plano o cel shading (también llamado toon shading) es un tipo de renderización no fotorrealista diseñada para hacer que los gráficos por computadora parezcan dibujados a mano. Las sombras planas se usan comúnmente para imitar el estilo de los cómics o dibujos animados. Es una adición relativamente nueva a los gráficos por computadora, común de verse en videojuegos de consolas. Si bien el resultado del sombreado plano puede aparentar ser simplista como el de una animación dibujada a mano, es un proceso complejo. Morph. Morph target animation es un método de animación 3D usada junto otras técnicas como Skeletal Animation. En una morph target animation, una versión "deformada" de una malla es almacenada como una serie de posiciones de vértices. En cada frame clave de una animación, los vértices son interpolados entre posiciones almacenadas.

Skeletal. Skeletal animation es un método de animación por computadora usado para la simulación de animales vertebrados o movimientos musculares principalmente en la industria del cine. Motion Capture. Motion Capture es una técnica de grabación de movimiento, en general de actores y de animales vivos, y el traslado de dicho movimiento a un modelo digital, realizado en imágenes de computadora. Se basa en las técnicas de fotogrametría y se utiliza principalmente en la industria del cine de fantasía o de ciencia ficción, en la industria de los videojuegos o también en los deportes, con fines médicos. Crowds. La simulación de multitudes es el proceso de simular el movimiento de un gran número de objetos o personajes, apareciendo ocasionalmente por ejemplo en gráficos 3D por computadora para películas. Mientras se simulan estas multitudes, se toma en cuenta la interacción del comportamiento humano observado, para replicar la conducta colectiva. La necesidad de una simulación de multitudes surge cuando una escena necesita más personajes de los que pueden ser animados de forma práctica usando sistemas convencionales, tales como esqueletos/huesos. Simular multitudes ofrece las ventajas de ser rentable, así como permitir el control total de cada personaje o agente simulado. Animación 2D o 3D controlada por el usuario. Podemos considerar que una animación describe el cambio de una imagen a lo largo del tiempo, con el suficiente número de fotogramas por segundo para dar un efecto de continuidad. Existen diversas técnicas que intentan conseguir este objetivo. A grandes rasgos podemos dividirlas en dos, las de animación clásica y las de animación de síntesis porordenador. Esta última, a su vez, puede basarse en una representación 2D o 3D de los objetos (aunque el resultado final será siempre, obviamente, bidimensional). La animación clásica genera la secuencia de imágenes por métodos pictóricos, lo que entendemos por una imagen “dibujada”, formada por

crear una escena tridimensional, en la que puede cambiar el ángulo de la cámara y ver otra parte de la escena. Algunas partes de la animación se pueden reutilizar por separado. El proceso de formación de una acción se divide en tres etapas: la anticipación de la acción, la acción en sí misma y la reacción a la acción.