ФизМатШкола № 30
 

ФизМатШкола № 30
ГРУППА КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ
ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОГО ЛИЦЕЯ № 30

Computer Graphics Support Group
of 30 Phys-Math Lyceum

Tough Analitics Rendering

Авторы:
1.Киселева МаргаритаKiseleva Margarita9-3 класс
2.Лебедев СергейLebedev Sergey10-5 класс
3.Передрий ОльгаPeredriy Olga10-5 класс
4.Свечникова ТатьянаSvechinkova Tatyana9-3 класс
5.Сергеев АртемийSergeev Artemiy10-5 класс
6.Федотов АнтонFedotov Anton10-5 класс

Научный руководитель проекта: Галинский Виталий Александрович

Аннотация

Проект посвящен построению трехмерных сцен по их аналитическому описанию. В качестве базового алгоритма выбран метод обратной трассировки лучей. Авторами разработаны некоторые приемы и алгоритмы визуализации и вычисления параметров визуализации и разработан специальный декларативно-алгоритмический язык для задания 3D сцены. В проект включена работа с разными типами объектов - аналитические (сфера, цилиндр, и т.п.) и полигональные (объекты построены с помощью сетки треугольников), разными типами источников света (точечные, направленные, конические и др.)

Тезисы

Современный этап развития средств вычислительной техники позволяет получать реалистичные изображения 3D сцен с применением сложных геометрических задач и визуализации.

Наш проект основан на классическом алгоритме трассировки лучей [1-3]. Метод предназначен для построения изображения сцен на основе аналитического описания их объектов. Аналитическое задание составных частей сцены позволяет получить высокий уровень изображения, так как точное математическое описание позволяет избежать визуального искажения форм объектов. Такой эффект наблюдается в некоторых системах моделирования из-за использования аппроксимации всех форм с помощью треугольников.

Нашей задачей явилось требование разработки и написания системы, которая по заданной сцене строит перспективную проекцию данного набора объектов на плоскость из точки, где находится камера обзора, в заданном направлении на определенном расстоянии от камеры обзора до экрана. Объекты должны снабжаться описанием свойств поверхности (материалами, текстурами [4] и т.п.), геометрическими формами и прочими визуальными атрибутами.

Для удобства процесса задания сцены нами был разработан декларативный алгоритмический язык. Язык включает в себя основные компоненты алгоритмических языков программирования, а также команды объявления составных компонентов сцены.

Идея алгоритма построения заключается в пропускании через каждый дискретный элемент экрана (пиксель) луча и поиска ближайшего пересечения его с объектами заданной сцены. После нахождения пересечения и его положения, по данным параметрам определяется освещенность данной точки.

При вычислении освещенности используется модель освещения Уиттеда [1, 5]. В ней учитываются: диффузное и зеркальное отражение, преломление, освещенность от отраженной и преломленной сцены, а также свойства среды пропускания. При построении учитываются тени и пропускная способность материала объекта.

Для увеличения гибкости системы описания сцен разработан алгоритм применения аффинных преобразований к каждому объекту [5]. Идея алгоритма в том, что у трансформированных объектов перед вычислением пересечения луч подвергается обратному аффинному преобразованию, затем ищется пересечение, после чего найденное пересечение прямым аффинным преобразованием возвращается назад.

Разработанная система позволяет строить сложные геометрические модели с разнообразными визуальными свойствами.

Литература

  • Andrew S. Glassner (ed.). "An Introduction to Ray Tracing", Academic Press, 1989.
  • Е.В.Шикин, А.В.Боресков. "Компьютерная графика. Динамика, реалистические изображения". М.: Диалог-МИФИ, 1995.
  • В.П.Иванов, А.С.Батраков. "Трехмерная компьютерная графика". Москва: Радио и связь, 1995.
  • David S. Ebert (ed.), F. Kenton Musgrave, Darwyn Peachey, Ken Perlin, Steven Worley. "Texturing and Modeling. A Procedural Approach", AP Professional, Academic Press, 1994.
  • James D. Foley, Andries van Dam, Steven K. Feiner, John F. Hughes. "Computer Graphics: Principle and Practice", 2nd ed., Addison-Wesley Publishing Company, MA, 1990.
ФМЛ № 30
 
Сайт Физико-математического лицея № 30, Санкт-Петербург, Россия