2019.-2020. - Teorija Flashcards
(82 cards)
1
Q
Nabroji elemente simulacije.
A
- vizualna simulacija
- zvučna simulacija
- hipatička simulacija
4 .fizikalna simulacija
2
Q
Nabroji elemente virtualne scene
A
- virtualni predmet
- virtualni materijal
- virtualna svjetlost
- virtualna kamera
3
Q
Nabroji metode/tehnike modeliranja
A
- poligoni
- konstruktivna geometrija čvrstih tijela
- parametarske krivulje i plohe
- razdjelne plohe
- brišuće plohe
- volumenske reprezentacije
- fraktali
- sustavi čestica
- modeliranje zasnovano na slikama
4
Q
Navedite tipove modela
A
- model kamere (ortogonalna i perspektivna projekcija)
- model osvjetljenja (globalno i lokalno osvjetljenje, refleksija, refrakcija,…)
- modeli izvora svjetlosti (ambijentno, usmjereno, točkasto, reflektor)
- model odbijanja svjetlosti (Phongov model)
- model materijala (koeficijenti ambijentne, difuzne i spekularne komponente)
5
Q
Navedite vrste transformacija
A
translacija, skaliranje, rotacija, smik, kombinacija
6
Q
Nabrojite faze iscrtavanja (GPS)
A
- aplikacijska faza
- geometrijska faza
- faza rasteriziranja
7
Q
Navedite modele iscrtavanja
A
Poligoni (prikaz tijela kao skup poligona - trokuti)
Konstruktivna geometrija čvrstih tijela (slaganje osnovnih elemenata operacijama)
Parametarske krivulje i plohe (Bezier, NURBS, B-spline)
Razdjelne plohe (zaglađivanje objekta)
Brišuće plohe (povlačenje krivulje – ekstruzija i rotacijsko povlačenje)
Volumenski prikaz (isto što i poligoni samo je ovo u 3D – prikaz 3D ćelijama =voxelima)
Fraktali (Mandelbrot - planine, biljke, stabla, teren)
Sustavi čestica (dim, vatra, voda, magla, kiša)
Modeliranje zasnovano na slikama (komplicirane stvari)
8
Q
Objasniti (anti)aliasing u kontekstu vektorske grafike te kako se ispravlja.
A
Aliasing je neželjeni efekt koji se javlja zbog uzorkovanja nekog signala nedovoljnom frekvencijom. Očituje se stepeničastim, nazubljenim rubovima objekta na mjestima gdje bi trebala biti glatki, a ispravlja se tehnikama antialiasinga. Antialiasing radi po principu višestrukog uzorkovanja. Umjesto uzimanja određenog piksela, antialiasingom uzimamo i nekoliko okolnih slikovnih elemenata koji se onda zajedno interpoliraju. Rezultat je „ispravljeni“ slikovni element koji ne rezultira aliasingom.
9
Q
Akumulacijski spremnik. Zašto taj spremnik ima dvostruko više bpp od spremnika boje?
A
Tehnika akumulacijskog spremnika: Tehnika kojom postižemo zamućenje. Akumuliraju se vremenski okviri 1-8 kao kod ‘‘naivnog postupka’’. Kada dođe do okvira broj 9, on se doda, a okvir broj 1 se oduzme. U svakom trenutku imamo prosjek 8 okvira, ali samo dva iscrtavanja po okviru. Iscrtava sliku nekoliko puta uzastopno uz male pomake koordinata uzorkovanja i miješa takve uzastopne slike u zajedničkom spremniku. Akumulacijski spremnik ima duplo više bppa jer mora stopiti više slika u jednu pa mu treba više memorije za to.
10
Q
Ambijentna komponenta Phongovog modela. Koji parametri ju karakteriziraju? Ovisi li o upadnom kutu svjetlosti? Od kojih elemenata se sastoji?
A
Ambijentna komponenta – grubo aproksimira dio efekata globalnog osvjetljenja koja daje minimalno osvjetljenje kojim se izbjegava pojava da predmeti na koje ne pada svjetlost budu potpuno crni. Karakteriziraju je ambijentalni intenzitet svjetlosti Ia (konstanta za cijelu scenu) te ambijentni koeficijent materijala ka (reakcija materijala na ambijentnu svjetlost) – vektori boje sastavljene od R, G i B komponente. Formula za ambijentalnu komponentu: I = Ia*ka. Ia je ambijentalni intenzitet svjetlosti (konstantan za čitavu scenu), a ka je ambijentalni koeficijent materijala (kako materijal reagira na svjetlost). Iz formule se vidi da ovisi samo o dvije unaprijed zadane konstante, ne o kutu upada svjetlosti.
11
Q
BSP stablo? (116. str.)
A
BSP stablo je struktura za organizaciju scene kod koje se prostor scene rekurzivno dijeli na dva dijela nekom ravninom. Njegova glavna prednost u odnosu na hijerarhiju obujmica je u tome što prolaz BSP stabla omogućuje učinkovito sortiranje geometrije od naprijed prema natrag u odnosu na kameru što ima ulogu kod nekih metoda ubrzavanja iscrtavanja.
12
Q
Što je detekcija sudara?
A
Detekcija sudara je metoda u kojoj se testovi presjeka koriste za ustanovljavanje sudara između predmeta i scene, te gdje i kako se sudaraju.
Detekcija sudara - metode testiranja da li se dva geometrijska elementa sijeku (i gdje).
13
Q
Definiraj graf scene.
A
Graf scene = podatkovna struktura u koju se virtualna scena sprema na organiziran i strukturiran način. Omogućuje logičnu organizaciju scene, lakšu manipulaciju i učinkovitije iscrtavanje.
14
Q
Definiraj ‘‘kamera u ruci’’, ‘‘scena u ruci’’ i ‘‘upravljanje vozilom’’.
A
Kamera u ruci i scena u ruci su, uz upravljanje vozilom, najčešći načini navigacije u 3D virtualnoj sceni. SCENA U RUCI = spada pod navigaciju u interakciji u VO; u k.s. kamere pokretom ulazne jedinice pomiče se cijela scena; koristi se kada je mala scena na ekranu; npr. pomicanje miša KAMERA U RUCI = spada pod navigaciju u interakciji u VO; u k.s. kamere pokretom ulazne jedinice pomiče se kamera; kada je virtualni korisnik mali u usporedbi sa scenom UPRAVLJANJE VOZILOM = ulaznom jedinicom upravlja se zamišljenim vozilom; komande ovise o vrsti vozila; npr. igre utrka
15
Q
Definiraj ‘‘kamera u ruci’’
A
KAMERA U RUCI = spada pod navigaciju u interakciji u VO;
u k.s. kamere pokretom ulazne jedinice pomiče se kamera;
kada je virtualni korisnik mali u usporedbi sa scenom
16
Q
Definiraj ‘‘scena u ruci’’
A
SCENA U RUCI = spada pod navigaciju u interakciji u VO;
u k.s. kamere pokretom ulazne jedinice pomiče se cijela scena;
koristi se kada je mala scena na ekranu; npr. pomicanje miša
17
Q
Definiraj ‘‘upravljanje vozilom’’
A
PRAVLJANJE VOZILOM = ulaznom jedinicom upravlja se zamišljenim vozilom;
komande ovise o vrsti vozila;
npr. igre utrka
18
Q
Definiraj smik, translaciju, skaliranje i rotaciju, te ispiši matrične 2D oblike (Px, Py). (40,41. str.)
A
Translacija = pravocrtno pomicanje točke ili objekta na ravnini ili u prostoru.
Translacija točke P za vektor T = [Tx Ty]: P = [Px Py] P’ = [Px+Tx Py+Ty]
Rotacija = okretanje točke ili objekta oko ishodišta za kut alfa.
Rotacija točke P oko (0,0) za kut a:
P = [Px Py] P' = [Px*cos(a)+Py*sin(a) - Px * sin(a) + Py * cos(a)]
Skaliranje = množenje točke s faktorom skaliranja S.
Skaliranje objekta faktorom S = [Sx Sy]:
P = [Px Py] P' = [Px*Sx Py*Sy]
Smik = deformacija objekta uzduž koordinatnih osi (pravokutnik postaje paralelogram, a krug postaje elipsa).
Smik objekta po x-osi u ovisnosti o faktoru kx:
P = [Px Py] P’ = [Px + kx * Py Py]
Smik objekta po y-osi u ovisnosti o faktoru ky:
P = [Px Py] P’ = [Px Px*ky+Py]
19
Q
Detekcija sudara kod aproksimacije predmeta zrakama.
A
Postavimo strateška mjesta na predmetu tj. na mjesta gdje se očekuje sudar s okolinom (dno kotača na automobilu) i tražimo presjek zrake sa scenom: *ukoliko je d = 0 predmet dotiče scenu *ukoliko je d < 0 predmet je u sceni *ukoliko je d > 0 predmet je iznad scene/površine tj. nema presjeka doticaja.
20
Q
Detekcija sudara kod hijerarhije obujmica.
A
Svaki predmet predstavimo kao skup poligona. Pretvorimo ga u hijerarhiju (stablo) obujmica. Pritom račve sadrže obujmice, a listovi geometriju. Pri pristupu s dna (bottom-up approach), poligoni se ubacuju u stablo jedan po jedan, na taj način da minimalno povećaju ukupnu obujmicu. Pri pristupu s vrha (top-down approach), krećemo od vrha hijerarhija. Prvo se nalazi obujmica za sve poligone u predmetu i to je vrh stabla. Ako se već najviša razina obujmica ne siječe postupak se prekida i nema sudara Ukoliko se već najviša razina obujmica siječe ispitujemo obujmice A i B koje mogu biti čvorovi ili listovi Ukoliko su listovi ispitujemo sve poligone ispod njih Ukoliko je A list, a B čvor pozivamo funkciju testsudara rekurzivno za B i ispitujemo sudar sa A Ako su oboje čvorovi svaka obujmica ispod A se ispituje na sudar sa B Ako kroz cijelu hijerarhiju nije pronađen sudar onda nema sudara.
21
Q
Dobre i loše strane prikaza geometrije poligonima. (str. 20.)
A
DOBRE STRANE: vrlo općenit pristup (sve se može pretvoriti u poligone), prikaz osnovnim elementima tj. poligonima (obično trokuti) LOŠE STRANE: nije intuitivno za ručno modeliranje, često se drugi oblici prikaza pretvaraju u poligone u zadnji čas prije prikaza, za dobru aproksimaciju treba velik broj poligona sa što manjom površinom
22
Q
Dubinska kamera i što je bilo 2010. što je populariziralo tu tehniku? (253. str.)
A
Dubinska kamera spada pod optičke slijednike. Ona u stvarnom vremenu za svaku točku daje i boju i udaljenost od kamere tj. kartu dubine, te omogućuje lakše praćenje tijela. 2010. godine na tržište je plasirana Microsoft Kinect kamera za Xbox, i to prvi puta po cijenama dostupnim široj publici.
23
Q
Filtriranje u području interesa kod umreženih virtualnih sustava te koji su uvjeti?
A
Filtriranje u području interesa (AOIM) = metoda određivanja kojim računalima u mreži su neke informacije stvarno potrebne te, kad se te informacije promijene, sinkroniziranje samo njihovih lokalnih kopija. Time se postiže smanjenje opterećenja nad mrežom I pojedinim računalima u njoj. Podaci se filtriraju na taj način da se ne šalju pojedinačno sve poruke osvježavanja od svakog korisnika svim ostalima (ukupni broj poruka raste s kvadratom broja korisnika), nego se sinkronizacijske poruke šalju samo tamo gdje su zaista potrebne. Npr. Ako su dvoje osobe u jednoj prostoriji i treća u drugoj prostoriji, nije potrebno slati sve podatke o kretanju od treće prvim dvijema osobama jer ga ionako ne vide. Dakle, uvjet je da se poruka šalje samo ako je potrebna, u ovom primjeru ako se osobe nalaze u istoj prostoriji.
24
Q
Format VRML. Da li je to standardni, otvoreni ili vlasnički format?
A
VRML je standardni format. Zasnovan je na grafu scene i ima sve normirane čvorove. Karakteristike: može se kreirati i urediti u običnom editoru, ne ovisi o operacijskom sustavu i podrščci. Napredne karakteristike: naprednije funkcije senzori, interpolatori i staze kojim se mogu definirati jednostavne animacije i interakcije sa korisnikom.
25
Fraktali? Navedi jedan primjer.
Fraktali su fragmentirani, nepravilni geometrijski objekti koji pokazuju svojstvo samosličnosti. Stvaraju se rekurzivnim ponavljanjem funkcije (proizvoljna razina detalja).
Primjeri fraktala: Mandelbrotov skup, Julijev skup,…
26
GPS - nabrojati faze grafičkog protočnog podsustava
1. aplikacijska faza
2. geometrijska faza
3. faza rasteriziranja
27
Objasniti aplikacijsku fazu grafičkog protočnog sustava
1. aplikacijska faza – početna faza u GPS i glavna joj je uloga da pripremi elemente za iscrtavanje (najčešće trokuti, crte i točke) i da ih šalje dalje u pipeline. Operacije: logika aplikacije, animacija, simulacija, ulaz/izlaz, detekcija sudara i sl. Ne izvodi se sklopovski već se programira.
28
Objasniti geometrijsku fazu grafičkog protočnog sustava
2. geometrijska faza – implementirana sklopovski na GPU. U nju ulaze 3D trokuti, svjetla i kamera, a izlaze 2D koordinate koje će se iscrtati na zalonu. Dijeli se u podfaze: transformacija u k.s. kamere, sjenčanje vrhova, projekcija, obrezivanje i preslikavanje na zaslon.
29
Objasniti fazu rasteriranja grafičkog protočnog sustava
3. faza rasteriziranja – imamo sve spremno za iscrtavanje, ali je svemu još potrebno dodati boju. Također, ako postoje dodat će se i tražene teksture. Ovdje se određuje i koji predmeti su vidljivi. Tipa mi još iz geometrijske faze znamo da u sceni recimo imamo dvije kocke, ali zanemarujemo činjenicu da nam je jedna kocka možda u sceni ispred druge i da se druga uopće ne bi trebala vidjeti od prve. U ovoj fazi se određuje koji dijelovi koje kocke će se vidjeti i da li ih uopće treba iscrtavati. Dijeli se u podfaze: priprema trokuta, prolaz trokuta, sjenčanje i stapanje.
priprema trokuta: priprema potrebnih podataka za prolaz trokuta, diferencijali koordinata duž površine trokuta
prolaz trokuta: utvrditi koje točke zaslona trokut prekriva, redak po redak (na x koordinate rubnih točaka dodaju se njihovi diferencijali čime se dobiva lijevi i desni rub trokuta u novom retku zaslona) i prolaz točku po točku unutar retka, interpolacija svih zadanih podataka u vrhovima - nastaje fragment
sjenčanje (dodavanje boje): programabilna faza u kojoj se određuje boja pojedine točke trokuta, ulaz su podaci fragmenta dobiveni interpolacijom, izlaz je boja u točki, kombinacija boje teksture i boje sjenčanja
stapanje: boja se upisuje u spremnik boje (matrica X×Y gdje su X i Y razlučivosti prozora), vektor [R G B], izračunata boja točke stapa se s postojećom točkom u spremniku boje, rasterske operacije (= sklopovski izvedene matematičke i logičke operacije koje se izvode na sadržaju raznih spremnika (Z-spremnik)), maskiranje (= tehnika kod koje oblik iscrtan u zasebnom spremniku (spremniku maske) određuje područje zaslona u kojem se točke iscrtavaju, a ostatak je maskiran, određivanje vidljivosti metodom Z-spremnika)
30
GPS - grafički protočni sustav? Koje su njegove glavne faze?
Grafički protočni sustav u stvarnom vremenu je niz funkcija koje se izvode jedna za drugom, a koje virtualnu scenu pretvaraju u sliku. Funkcije se mogu izvoditi istovremeno, kao na pokretnoj traci. Budući da se funkcije mogu izvoditi istovremeno, ovdje važi princip najslabije karike, što znači da najsporija operacija određuje brzinu i postaje usko grlo. Grafički protočni sustavi danas su optimizirani za rad s trokutima, te mogu izuzetno velikom brzinom iscrtavati scene sastavljene od trokuta.
Protočni sustav ima 3 glavne faze: aplikacijska faza, geometrijska faza i faza rasteriziranja.
Tehnike koje se koriste prilikom iscrtavanja su: sjenčanje, preslikavanje tekstura (teksturiranje), određivanje vidljivosti (metoda Z-spremnika), prozirnost, antialiasing.
31
GPS - faza rasteriziranja. Što joj je ulaz a što izlaz? Navedi neke metode koje se u njoj koristi. Kako se implementira?
Faza rasteriziranja je zadnja glavna faza grafičkog protočnog sustava (GPS). Ulaz su joj trokuti s 2D koordinatama spremnim za iscrtavanje na zaslonu (zaslonske koordinate) već izračunate u geometrijskoj fazi, a izlaz su te iste koordinate, ali s dodatkom boje, tekstura, prozirnosti i sličnih efekata. Implementira se sklopovski na GPU. Metode (podzafe) koje se u njoj koriste su redom priprema trokuta, prolaz trokuta, sjenčanje (dodavanje boje), stapanje.
priprema trokuta: priprema potrebnih podataka za prolaz trokuta, diferencijali koordinata duž površine trokuta
prolaz trokuta: utvrditi koje točke zaslona trokut prekriva, redak po redak (na x koordinate rubnih točaka dodaju se njihovi diferencijali čime se dobiva lijevi i desni rub trokuta u novom retku zaslona) i prolaz točku po točku unutar retka, interpolacija svih zadanih podataka u vrhovima nastaje fragment
sjenčanje: programabilna faza u kojoj se određuje boja pojedine točke trokuta, ulaz su podaci fragmenta dobiveni interpolacijom, izlaz je boja u točki, kombinacija boje teksture i boje sjenčanja
stapanje: boja se upisuje u spremnik boje (matrica X×Y gdje su X i Y razlučivosti prozora), vektor [R G B], izračunata boja točke stapa se s postojećom točkom u spremniku boje, rasterske operacije (= sklopovski izvedene matematičke i logičke operacije koje se izvode na sadržaju raznih spremnika (Z-spremnik)), maskiranje (= tehnika kod koje oblik iscrtan u zasebnom spremniku (spremniku maske) određuje područje zaslona u kojem se točke iscrtavaju, a ostatak je maskiran, određivanje vidljivosti metodom Z-spremnika)
32
GPS - prva faza grafičkog protočnog sustava. Je li ona programabilna? Objasni!
Aplikacijska faza je početna faza u GPS i glavna joj je uloga da pripremi elemente za iscrtavanje (najčešće trokuti, crte i točke) i da ih šalje dalje u pipeline. Da, aplikacijska faza je programibilna, ne bi imalo smisla da ne možemo programirati logiku naše aplikacije ili recimo koje sve predmete želimo prikazati u njoj. Sve predmete koje želimo prikazati moramo najprije zadati (programirati) u aplikacijskoj fazi da bi ih dalje predali geometrijskoj fazi.
33
GPS - uloga aplikacijske faze u grafičkom protočnom sustavu. Koje operacije vežemo uz tu fazu?
Aplikacijska faza je početna faza u GPS i glavna joj je uloga da pripremi elemente za iscrtavanje (najčešće trokuti, crte i točke) i da ih šalje dalje u pipeline. Operacije: logika aplikacije, animacija, simulacija, ulaz/izlaz, detekcija sudara i sl. (str. 62.)
34
GPS - za koji postupak se u GPS-u koriste prednji i stražnji spremnik? U kojoj fazi GPS-a se koristi ovaj postupak? Objasni.
Kod naivnog pristupa iscrtavanju rasterizator crta boje u stražnji spremnik koji se ne vidi i svaki put se prethodno izbriše. Istovremeno, video upravljačka jedinica iz spremnika crta na zaslon. Ova dva procesa su asinkrona, dakle, u trenutku kada video upravljačka jedinica iz spremnika crta na zaslon, vrlo je vjerojatno da rasterizator nije dovršio čitavu sliku, nego je negdje u procesu crtanja. Dakle, pri svakom osvježavanju zaslona dobit ćemo sliku u drugačijoj fazi dovršenosti. Da se izbjegne ovaj efekt koriste se dva spremnika - prednji i stražnji. Rasterizator crta u stražnji spremnik koji se ne vidi, jer video upravljačka jedinica crta na zaslon uvijek prednji spremnik. Kada je slika spremna, izvršava se zamjena uloga spremnika tj. stražnji postaje prednji. U sljedećem iscrtavanju na zaslon video upravljačka jedinica poslužuje novu sliku. Ovime se osigurava da video upravljačka jedinica uvijek na raspolaganju ima potpunu sliku za iscrtavanje, a ne nemirnu sliku.
Ovaj postupak pripada fazi rasteriziranja.
35
Homogene koordinate i kako se koriste za translaciju točke u 3D?
Homogene koordinate Px i Py služe nam za prikaz 2D točke uređenom trojkom [Px, Py, w] i prikaz 3D točke uređenom četvorkom [Px, Py, Pz, w], gdje je w = faktor proporcionalnosti (za naše potrebe w = 1). Omogućuju nam prikaz transformacija pomoću matrica. Te matrice 4x4 su karakteristične za svaku od transformacije koju opisuje.
Koriste se tako da se matrice kombiniraju i množe (translacija, rotacija, promjena veličine, smik i kombinacija). Množenje matrica nije komutativno (T1R1 ≠ R1T1).
Transformacija predmeta zahtijeva transformaciju svakog vrha P= [Px Py Pz] P' = [P'x, P'y, P'z]
2D: P =[Phx/w Phy/w] Ph = [Phx Phy w]
W = 1 : P = [Px Py] Ph = [Phx Phy 1]
3D: P =[Phx/w Phy/w Phz/w] Ph = [Phx Phy Phz w]
W = 1 : P = [Px Py Pz] Ph = [Phx Phy Phz 1]
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Translacija točke P za vektor T = [Tx Ty Tz]: P' = P*T = [Px+Tx Py+Ty Pz+Tz 1]
Rotacija točke P oko x-osi za kut a: P' = [Px Py*cos(a) – Pz*sin(a)]
Promjena veličine objekta (skaliranje) faktorom S = [Sx Sy Sz]: P = [Px Py Pz 1] P' = P*S = [Px*Sx Py*Sy Pz*Sz 1]
Smik objekta po x-osi u ovisnosti o faktoru kx: P = [Px Py Pz 1] P' = [Px+kx*Py Py]
Smik objekta po y-osi u ovisnosti o faktoru ky: P = [Px Py Pz 1] P' = [Px Px*kx+Py]
P2D = [Px Py] P3D = [Px Py Pz 1]
36
Izračun osvjetljenja?
Model osvjetljenja služi za računanje osvjetljenja tj. boje u promatranoj točki predmeta u sceni. Kada predmet iz virtualne scene projiciramo na projekcijsku plohu, te tu sliku preslikamo na zaslon, postavlja se pitanje koje će boje biti slika predmeta na zaslonu, tj. svaka točka u toj slici. Model osvjetljenja tj. boja u kojoj vidimo točku predmeta ovisi o: materijalu predmeta, svjetlima i o relativnim položajima kamere, svjetala i predmeta. Svjetlost se odbija od predmet i neizravno dolazi do drugih predmeta pri čemu dobivamo efekte kao što su mekane sjene, razlijevanje boje, odrazi itd. (str. 31.)
37
Kako se može ubrzati postupak transformacije neke točke P u P' množenjem matrica?
Tako da se prvo pomnože sve matrice transformacija, i onda se sve točke množe s tom jednom matricom, umjesto da za svaku točku radimo pojedinačno množenje.
38
Kod iscrtavanja, kako radi traženje presjeka sa scenom (u funkciji trace-ray), te da li se treba nešto mijenjati u funkciji ako se dodaju novi objekti?
Ray-trace algoritam dijelimo u 7 operacija: računanje zrake kroz točku u prozoru, ispitivanje dubine rekurzije, nalaženje najbližeg presjeka zrake sa scenom, računanje lokalnog osvjetljenja u točki presjeka, ispitivanje utjecaja sjene, računanje odbijene i lomljene zrake, kombiniranje lokalnog osvjetljenja i doprinosa odbijene i lomljene zrake. Tu nas pita za presjek zrake sa scenom. Nakon što nađemo zraku kroz VPW, ta zraka će se negdje sudarit s nekim predmetom (ili nekad i neće i u tom slučaju ne moramo ništ računat). Naš cilj ovdje je odredit točku presjeka ta dva predmeta. Zraku prikazujemo kao pravac. U najjednostavnijem slučaju objekt s kojim tražimo presjek bit će kugla pa onda samo uvrstimo jednu jednadžbu u drugu i nađemo presjek. No često nije tako pa za različite „vrste“ objekata bit će potrebni različiti postupci nalaženja presjeka. Zato, ako bi se u scenu dodali novi objekti, morali bi dodati i metode koje će određivati kako se s njima i zrakom nalazi presjek. Za svaku vrstu objekta po jedna metoda za nalaženje presjeka. (str.58.)
39
Kodiranje bojom i što je to odabir u ravnini slike?
KODIRANJE BOJOM = svakom poligonu se dodijeli boja, scena se iscrta bez osvjetljenja, ali sa Z spremnikom. Zahtjeva dodatno iscrtavanje.
ODABIR U RAVNINI SLIKE = korisnik odabire predmet tako da odabire 2D projekciju predmeta dodirom, gumbom ili uokviravanjem.
40
Koje se metode koriste da dobijemo dojam 3D i koje od njih su komplicirane za izvedbu?
Kako bi korisnik imao osjećaj 3D prostora, koristi se nekoliko metoda, a to su prekrivanje predmeta, sjene, stereoskopska slika (svako oko gleda iz druge perspektive), fokus, konvergencija, perspektiva (udaljeni predmeti su manji) i paralaksa gibanja (prilikom kretanja, bliži predmeti se prividno kreću brže od udaljenih). Za izvedbu su komplicirani konvergencija i fokus - računalo ne zna na koju dubinu korisnik fokusira. Model kamere je idealan, odnosno svi se objekti na zaslonu vide oštro. Također, svi objekti na zaslonu od korisnika su fizički udaljeni jednako (udaljenost korisnik-zaslon). Zbog toga je nemoguće očima fokusirati određenu daljinu. Kod približavanja predmeta korisnik automatski konvergira (rotacija očiju) te dolazi do pojave dvostruke slike jer računalo nije u mogućnosti pratiti koju dubinu korisnik gleda kako bi prilagodilo sliku.
41
Metoda odabira pokazivanjem kao 3D metoda odabira?
Odabir pokazivanjem je primarno 3D metoda – iz točke pokazivača baca se zraka u ravninu te se gleda presjek s elementima scene. Uzima se najbliži presjek. Koristi metode sudara i presjeka. Ova je metoda pogodna za korištenje kod programa za crtanje s podrškom za više slojeva platna.
42
Metoda odabira u ravnini slike kao 2D metoda odabira? Navesti primjer aplikacije kod koje je ova metoda pogodna za korištenje.
Odabir u ravnini slike je u potpunosti 2D metoda odabira. Kod odabira u ravnini slike korisnik odabire virtualan predmet tako što direktno odabire sliku predmeta u 2D projekciji na virtualnoj slici koju promatra. Odabir se čini direktnim dodirom, pritiskom gumba miša ili uokvirivanjem predmeta. Koristi metode iscrtavanja na stog imena i kodiranje bojom koje se mogu direktno implementirati u grafičkom protočnom sustavu i tako se još više ubrzati glavni procesor.
Uokviravanje predmeta kursorom miša je standardni način odabira predmeta u 3D CAD aplikacijama jer automatski omogućuje odabir više predmeta istovremeno.
43
Metoda vizualizacije volumena objekta.
Izravno iscrtavanje- Najraširenija metoda vizualizacije volumena objekta. Kod izravnog iscrtavanja za svaki piksel koristimo metodu odašiljanja zrake (ray casting). Iz točke gledišta, kroz svaki piksel odašiljemo zraku. Zraka prolazi kroz volumen i na tom putu prolazi kroz razne vrijednosti. Na osnovi tih vrijednosti izračunat će se boja piksela. Prvi korak je definiranje funkcije prijelaza koja će svakoj vrijednosti voksela pridružiti boju i prozirnost. Nakon toga ide proces odašiljanja zrake. Zraka prolazi kroz volumen i na tom putu prolazi kroz područja različitih intenziteta, a na kraju ćemo dobiti samo jednu konačnu vrijednost. Sljedeći korak je određivanje boje i neprozirnosti voksela na temelju funkcije prijelaza i konačno onda možemo početi kombiniranje gdje izračunavamo doprinos svake točke konačnoj boji piksela.
44
Metode interakcije u virtualnom okruženju?
ODABIR (Go-Go metoda virtualne ruke, metoda odabira gumbom, pokazivanjem ili govorom, kodiranje bojom, )
MANIPULACIJA (arcball)
NAVIGACIJA (scena u ruci, kamera u ruci, upravljanje vozilom).
Odabirom se određuje predmet u sceni koji se želi manipulirati. Manipulacija se najčešće odnosi na pomicanje i orijentaciju predmeta ili dijela predmeta. Navigacija je promjena položaja kamere koju korisnik doživljava kao vlastito gibanje kroz scenu.
45
Model kamere. Čime je određen dio scene koji će se prikazati na zaslonu? Koje dvije vrste projekcije razlikujemo? (str. 30.)
Model kamere određuje pogled u virtualnu scenu koji će se iscrtati. Dio scene koji će se prikazati ograničen je s VPW, FCP i NCP. Razlikujemo ortogonalnu (z = 0) i perspektivnu (z = -d) projekciju.
46
Modeliranje zasnovano na slikama. Navedi neke izazove na koje možemo naići koristeći ovu metodu.
Koristi se pri rekonstrukciji scena koje je prekomplicirano modelirati iz nule. Tipa hoće se napravit model cijelog grada. Uđe se u helikopter i uzme neki posebni laser/skener sa sobom i s tim se snima teren. Ono što je bitno je da se time dobiva jako jako puno točaka od koje se sastoji taj model pa je zbog toga nezgodno. i skupa je oprema. Ali nekad je ta metoda potrebna jer se recimo želi biti jako precizan u modeliranju. Uglavnom, ako želimo točno rekonstruirati neki komplicirani objekt iz stvarnosti, šanse su da ćemo koristiti ovu metodu. (str. 26.-30.)
47
Mrežni zahtjevi kod UVO i objasniti što je AOIM.
Mrežni zahtjevi kod UVO su učitavanje (3D predmeti, teksture, modeli ponašanja, modeli prikaza korisnika), poruke sustava, događaji, osvježavanje stanja predmeta i korisnika, tekst, zvuk, video
AOIM = upravljanje prema području interesa ; smanjujemo opterećenje mreže i računala tako da sinkronizacijske poruke šaljemo samo tamo gdje su potrebne, a ne svima. To je ključni čimbenik koji omogućava rad UVO-a s velikim brojem korisnika.
48
Obujmice i čemu služe? Navedi primjere. Objasni pojednostavljeni test kojim se računa presjek obujmice i projekcijskog volumena. U kojim slučajevima je bolje raditi pojednostavljeni test nego puni? (115.str.)
Obujmica je jednostavan geometrijski oblik koji obuhvaća složeniji geometrijski skup. Obujmice služe za aproksimaciju složenog predmeta jednostavnijim predmetom radi lakše manipulacije (obično ispitivanja presjeka).
Primjeri obujmica su: kugla, elipsoid, kvadar paralelan s osima, općeniti kvadar, konveksna ljuska.
Pojednostavljeni test: ne ustanovljava se točno siječe li obujmica volumen, nego se ona samo klasificira u dva moguća stanja: “Vani” ili “vjerojatno unutra” s obzirom na projekcijski volumen. U ovom drugom slučaju postoji velika vjerojatnost da je čitava obujmica, ili neki njezin dio, unutar projekcijskog volumena. U ovom slučaju postoje dvije strategije: ili crtamo sve unutar obujmice (ukoliko nije cijela unutar volumena nacrtat ćemo nepotrebne poligone) ili ispitujemo sljedeću razinu obujmica (ukoliko ispitujemo sljedeću razinu, a prethodna obujmica je u potpunosti unutar projekcijskog volumena, radimo nepotrebne testove).
Pojednostavljeni testovi se koriste u velikim scenama gdje je velika vjerojatnost da će i pojednostavljeni test odbaciti puno obujmica koje su izvan projekcijskog volumena.
49
Obujmice i za što se koriste te nabroji par primjera.
Obujmice su jednostavan geometrijski oblik koji obuhvaća složeniji geometrijski skup. Služe za aproksimaciju složenog predmeta jednostavnijim predmetom radi lakše manipulacije. Važna uporaba obujmica je u ubrzavanju iscrtavanja.
Složenija obujmica bolja aproksimacija predmeta raste složenost testa presjeka.
Primjeri obujmica: kugla, elipsoid, kvadar paralelan s osima, općeniti kvadar, konveksna ljuska,…
50
Oktalno stablo (octree).
Oktalno stablo metoda je automatskog stvaranja hijerarhijske strukture od nestrukturirane scene (tzv. juhe poligona). Oktalno stablo „razrezuje“ scenu po sredini koristeći 3 ravnine i time stvara 8 volumno jednakih dijelova scene. Zatim svaki dio rekurzivno dijeli na opisani način. Rekurzija staje kad je promatrani djelić potpuno prazan, sadrži dovoljno malo poligona (često 1) da ga je nepotrebno dalje dijeliti, ili kad je veličina promatranog dijela manja od unaprijed zadanog praga.
*DRUGI ODGOVOR*
Oktalno stablo je struktura vrlo slična BSP stablu poravnotom s osima. Gradi se na sljedeći način:
• Čitava scena se obujmljuje kvadrom poravnatim s osima – to je korijenski čvor stabal
• Kvadar se rekurzivno dijeli na sve manje potkvadre; u svakom koraku podjela se vrši duž sve tri osi istodobno, a točka podjele je središte kvadra trenutnog čvora X- trenutni kvadar se tako zapravo dijeli na 8 jednakih potkvadra, koji se dodaju kao djeca čvora X.
Oktalno stablo može biti efikasnije zbog svoje jednostavnosti - ne moraju se pohranjivati ravnine podjele u pojedinim čvorovima, jer je točka podjele uvijek u središtu kvadra.
51
Općeniti postupak za ispitivanje presjeka zrake s općenitim poligonom. Kako možemo ispitati nalazi li se dvodimenzionalna točka P unutar dvodimenzionlnog poligona?
Općenito presjek zrake i bilo kojeg geometrijskog tijela može se dobiti na način da uvrštavamo izraz zrake u jednadžbu tijela koje zraka siječe. Ispitivanje jeli točka P u poligonu može se vršiti na razne načine. Jedan od poznatijih je provlačenje zrake iz točke u proizvoljnom smjeru (obično smjer jedne od osi u kojoj projekcija ima najveću površinu.). Zraka presijeca poligon n puta. Ako je n neparan broj onda se točka P nalazi u poligonu, a ako je paran ili 0 točka je izvan poligona.
52
Ortografska i perspektivna projekcija, napiši njihove matrice te objasni kad su njihove matrice jednake.
Projekcije su posebne vrste transformacije.
Ortografska projekcija: možemo ju zamisliti kao sjenu koju baca objekt osvjetljen točkastim izvor svjetlosti smješten u beskonačnosti. Dakle, zrake svjetlosti koje baca su paralelne. Slika se projicira na unaprijed određenu ravninu u k.s.
Perspektivna projekcija: za razliku od ortografske projekcije uzima u obzir činjenicu da su predmeti koji su udaljeni manji od onih koji su bliže kameri. Ovdje zrake izvora nisu paralelne kao kod ortografske projekcije, osim kada bi se taj izvor d nalazio u beskonačnosti. U tom slučaju ortografska i perspektivna projekcija daju jednak rezultat. (str.50.-52.)
53
Phongov model osvjetljenja - od čega se sastoji difuzna komponenta, te što se događa ako se kut upada svijetlosti mijenja od 45° do upada paralelno sa normalom?
IZ UDŽBENIKA: Difuzno odbijanje ide u svim smjerovima jednakim intenzitetom, a taj intenzitet ovisi o upadnom kutu te je najveći kada zraka upada okomito na površinu. Ova zakonitost je opisana skalarnim produktom vektora smjera upadne zrake L i normale na površinu N. Difuzna komponenta je usto proporcionalna intenzitetu izvora svjetlosti Ii i koeficijentu materijala kd.
FORMULA ZA DIFUZNU KOMPONENTU: Ii*kd(L*N)
ODGOVOR: Dakle, Ii i kd su konstante, N je vektor koji se ne mijenja. Mijenja se vektor L, a samim time i skalarni umnožak L*N. Skalarni umnožak je najveći kada su vektori paralelni, a nula kada su okomiti. Dakle, odgovor je da će se intenzitet svjetlosti koje objekt reflektira povećati i doseći svoj MAX kada vektor upada bude paralelan s normalom.
54
Phongovog model osvjetljenja (formula i skice!).
Phongov model osvjetljenja je najčešće korišteni model za grafiku u stvarnom vremenu. Modelira difuzno i spekularno odbijanje te globalno osvjetljenje pomoću aproksimacije ambijentnim svjetlom. Jednostavan je za računanje i ima dobru aproksimaciju. Sastoji se od zbroja tri komponente: difuzne, ambijentalne i spekularne.
Difuzna opisuje Lambertov zakon koji opisuje difuzno odbijanje svjetla na predmetu; difuzna komponenta proporcionalna je intenzitetu izvora i difuznom koeficijentu materijala kd, a opisuje ju skalarni produkt vektora smjera upadne zrake i normale na površinu.
Ambijentna grubo aproksimira dio efekata globalnog osvjetljenja koja daje minimalno osvjetljenje kojim se izbjegava pojava da predmeti na koje ne pada svjetlost budu potpuno crni. Karakteriziraju je intenzitet Ia (konstanta za cijelu scenu) te ambijentni koeficijent materijala ka (reakcija materijala na ambijentnu svjetlost) – vektori boje sastavljene od R, G i B komponente.
Spekularna aproksimira spekularni odsjaj na predmetu, a karakterizira ju krivulja sa oštrim maksimumom koji je izraženiji za sjajnije materijale (idealan materijal – ogledalo); proporcionalna je intenzitetu izvora i spekularnom koeficijentu materijala ka.
Formula za difuznu: Id = Ii*kd(L*N). Ii je intenzitet izvora, kd je koeficijent materijala, L je vektor upadne zrake, a N normala površine na koju zraka pada.
Formula za ambijentalnu: IA = Ia * ka. Ia je intenzitet ambijentalne svjetlosti i jednak je za cijelu scenu, ka je ambijentalni koeficijent materijala.
Formula za spekularnu: Is = Ii*ks*(R*V)^n. ks je spekularni koeficijent materijala, V (view) je vektor smjera od točke gledanja do površine, R(reflect) je vektor smjera zrcaljenja od površine. Što je veći n zadan, objekt će biti sjajniji.
Formula phongovog modela osvjetljenja: I = IA + Id + Is = Ia * ka + Ii*kd(L*N) + Ii*ks*(R*V)^n
55
Poravnavanje kod proširene stvarnosti i problemi koji nastaju.
Poravnavanje je središnji i najteži problem AR-a. Treba precizno poravnati virtualne predmete sa stvarnim svijetom pri proširenoj stvarnosti. Potrebno je poznavati položaj promatrača i svih predmeta u sceni. Potom se virtualna scena konstruira s koordinatnim sustavom koji točno odgovara koordinatnom sustavu stvarnog svijeta. Prekrivanje virtualnog predmeta stvarnim predmetom postiže se maskiranjem (stvarni predmet se 3D modelira i postavlja u scenu na mjesto stvarnog predmeta, kod iscrtavanja se predmet crta bojom pozadine). Slijeđenje je postupak dobivanja položaja tj. orijentacije predmeta u stvarnom vremenu.
Problemi koji nastaju su pogreške poravnavanja (statičke i dinamičke). Statičke pogreške su stalno prisutne, a uzroci su greške slijeđenja, pogrešni parametri virtualne kamere, optičko izobličenje, te mehaničke nepreciznosti opreme. Dinamičke pogreške nastaju zbog kašnjenja virtualne slike. Mogu se pojaviti prilikom gibanja korisnika ili predmeta. Zbog i najmanjih nepreciznosti predmeti mogu ''lebdjeti'' ili "zaroniti" u drugi predmet.
56
Postupak ispitivanja utjecaja sjene kod principa praćenja zrake. Koji je lokalni doprinos kad je objekt koji baca sjenu proziran, a koji kada je neproziran?
Odmah idući korak nakon računanja osvjetljenja. Od točke presjeka zrake i predmeta šalje se zraka prema izvoru svjetlosti. Ako se na tom putu nađe neproziran objekt, onda je doprinos sjene maksimalan, odnosno intenzitet osvjetljenja u toj točki jednak nula. Ako se pak na tom putu nalazi proziran objekt (ili se ne nalazi nikakav objekt) onda je doprinos sjene nula. Ako se na tom putu nalazi neko tijelo faktora prozirnosti k, onda se utjecaj sjene modulira s obzirom na taj faktor. Za određivanje puta od objekta do svjetlosti (i da li se na tom putu nalaze neki objekti) mogu se koristiti iste metode iz Ray-trace algoritma. (str. 59.)
57
Primjene sustava čestica u 3D grafici.
Sustavi čestica pogodni su za simulaciju prirodnih pojava (vodopad, vatra, dim, kiša,…).
58
Princip rada proširene stvarnosti i navedite njene osnovne primjene.
Proširena stvarnost dodaje elemente virtualnog okruženja u stvarni svijet na taj način da izgledaju kao dio stvarnog svijeta. Time se korisnikovo viđenje svijeta proširuje dodatnim informacijama koje su izravno ugrađene u stvarni svijet.
Osnovne karakteristike proširene stvarnosti su: kombinacija stvarnog i virtualnog, interakcija u stvarnom vremenu, te poravnavanje u 3D. Koristeći kameru, uređaj koji generira i koristi proširenu stvarnost prima sliku i informacije iz stvarnog svijeta. Potom u sliku stvarnosti „umiješa“ neke virtualne elemente te ih poravnava koristeći informacije o položaju i orijentaciji korisnika dobivene tehnikom slijeđenja (eng. tracking). Također, podatke koje uređaj primi iz okoline može i analizirati te prikazati rezultate.
Proširena stvarnost široko je primjenjiva jer omogućuje prikaz relevantnih informacija u vidokrugu korisnika, pritom ih ispreplićući sa stvarnim svijetom. Primjenjiva je u medicini (virtualni rendgen), proizvodnji i održavanju (instrukcije na stroju), arhitekturi (dizajn interijera), robotici (planiranje trajektorije), vojsci (balistika, navođenje), zabavi (virtualni likovi u stvarnosti), navigaciji i komunikaciji.
Proširena stvarnost radi na sljedeći način:
- miješanje i prikaz slike (istovremeno prikazuje stvarnu i virtualnu sliku)
- poravnanje (virtualni predmeti se moraju preklapati točno sa stvarnima, te moraju i slijediti ovisno o korisnikovoj poziciji (tracking))
- prikupljanje podataka (sensing) moramo dobiti korisne informacije koje će se prikazati u virtualnoj stvarnosti
59
Princip rada UVO i skicirati osnovni model.
UVO (Umreženo virtualno računalo) je raspodijeljeni programski sustav koji korisniku omogućuje prisutnost i sudjelovanje u virtualnom okruženju zajedno sa drugim korisnicima. U početku sva računala imaju identičnu lokalnu kopiju okruženja. Kada se na jednom računalu okruženje promijeni, sva ostala računala se sinkroniziraju. Poruka za sinkronizaciju sadrži parametre potrebne za promjenu okruženja.
60
Programska sučelja niske razine. Koje je sučelje najraširenije? (78.-79. str.)
Što je niže razine, to znači da je sučelje po strukturi i načinu rada bliže protočnom sustavu. Izravnija je veza s protočnim sustavom što znači i više fleksibilnosti u korištenju svih funkcija protočnog sustava. To su npr. DirectX i OpenGL. Najrašireniji je OpenGL.
61
Quaternion i slerp - napisati jednadžbe. (str 86./87.)
SLERP = sferna linearna interpolacija (spherical linear interpolation)
QUATERNION = proširenje kompleksnih brojeva trima imaginarnim komponentama i, j, k
QUATERNION: q = (qv, qw) = (qx, qy, qz, qw) = iqx + jqy + kqz + qw
i2 = j2 = k2 = ijk = -1
jk = -kj = i
ki = -ik = j
ij = -ji = k
točka P = (px, py, pz) izražena kao quaternion: p = (px, py, pz, 1) = ipx+jpx+kpz+1
rotacija izražena kao quaternion: q = (qv, qw) = (uq sinϕ, cosϕ)
uzastopna rotacija dobiva se množenjem quaterniona!
62
Razlika između offline i real-time grafike. (str. 5.)
Offline grafika: puno veće vrijeme iscrtavanja slike, proizvodnja pojedinačnih slika, proizvodnja video sekvenci, izuzetno visoka kvaliteta slike (animacije i specijalni efekti)
Real-time grafika: iscrtavanje brzinom od barem 30 slika u sekundi, manja kvaliteta slike, mogućnost interakcije
real-time grafika = VO + zvuk + dodir + fizikalna simulacija (virt. stvarnost, proš. stvarnost, web3D, NVE, CAD)
63
Razlika između proširene i virtualne stvarnosti.
PROŠIRENA STVARNOST = dodaje elemente virtualnog okruženja u stvarni svijet te na taj način izgledaju kao dio stvarnog svijeta. Sastoji se od kombinacije stvarnog svijeta i virtualnih elemenata, interakcije u stvarnom vremenu, te poravnavanja virtualnog sa stvarnim. Slika virtualnog svijeta miješa se sa slikom stvarnog svijeta (u stvarnom vremenu)
VIRTUALNA STVARNOST = računalne simulacije kojima je cilj stvoriti osjećaj prisutnosti u virtualnom okruženju. Skup tehnologija koje korisnika uranjaju u virtualno okruženje, korisnik osjeća samo virtualne podražaje
Računalne simulacije virtualnih stvarnosti mogu biti simulacije stvarnih lokacija ili potpuno novi imaginarni svjetovi, dok proširena stvarnost dodaje elemente virtualnog okruženja u stvarni svijet a ne stvara potpuno novi svijet.
64
Navedite podjelu sljednika.
1. Akustički sljednici
2. Elektromagnetski (EM) sljednici
3. Optički sljednici
65
Objasnite akustičke sljednike.
Akustički sljednici = rade na principu odašiljača i prijamnika. Svaki odašiljač odašilje zvuk visoke frekvencije (ultrazvuk), koji primaju prijamnici – specijalni mikrofoni. Odašiljač i prijamnik komuniciraju s središnjom jedinicom koja iz razlike odaslanog i primljenog zvuka računa udaljenost između odašiljača i prijamnika.
Položaj i orijentacija se računaju triangulacijom.
Triangulacija lokacije - potrebno koristiti minimalno 3 međusobno fiksirana odašiljača i jedan prijamnik kako bi se iz udaljenosti od sva 3 odašiljača čiji su položaji poznati triangulacijom dobio položaj prijamnika.
Triangulacija orijentacije - 3 prijamnika na okvir, služe za izračun orijentacije.
66
Objasnite elektromagnetski (EM) sljednike.
Elektromagnetski (EM) sljednici = rade u stvarnom vremenu. Koriste izvor elektromagnetskog polja te elektromagnetske senzore. Senzori primaju elektromagnetski signal te ga prosljeđuju središnjoj jedinici koja prema primljenom signalu računa položaj i orijentaciju senzora u odnosu na izvor. Postavljanje im je jednostavno, a cijena relativno pristupačna, te se vrlo često koriste u VR sustavima. Nedostatak im je što senzori i izvor moraju biti kabelom povezani sa središnjom jedinicom, a i velika osjetljivost na metalne predmete u okolini koji mogu deformirati magnetsko polje i time pokvariti rezultate slijeđenja.
67
Objasnite optičke sljednike.
Optički sljednici = sustavi koji pomoću više kamera slijede oznake (markere) i kombiniranjem položaja markera u vidnom polju svake kamere dobivaju 3D položaj markera. Markeri su izrađeni od retro-reflektivnog materijala, a kamere su osjetljive na infracrveno svjetlo. Međusobni položaji i orijentacije kamera moraju biti poznati. Prilikom slijeđenja, markeri se slijede u 2D u slici svake kamere. Kombiniranjem 2D položaja u slikama svih kamera precizno se utvrđuje 3D položaj markera. Dubinska kamera u stvarnom vremenu za svaku točku daje i boju i udaljenost od kamere, tj. kartu dubine. Ona omogućuje lakše praćenje tijela.
Prednosti: odlična preciznost, visoka frekvencija uzrokovanja podataka i mogućnost velikog broja slijednika.
Nedostaci: potreban velik prostor, složena kalibracija, cijena, složena obrada podataka.
2010. godine na tržište je plasirana Microsoft Kinect kamera za Xbox, i to prvi puta po cijenama dostupnim širokoj publici.
68
Sustavi čestica. (str. 25.)
SUSTAVI ČESTICA : fizikalna simulacija velikog broja jednostavnih čestica. Svaka čestica se prikazuje točkicom, crticom ili slično. Najzanimljivije svojstvo je svojstvo dinamičnosti. Parametri su položaj, boja i oblik. Korisno je za simulaciju prirodnih pojava (vodopad, vatra, dim).
69
Tehnički zahtjevi za mrežu i objasni što je AOIM te zbog čega je bitan.
Tehnički izazovi: prilagodljvost veličini, način mrežnog povezivanja, strukturiranje virtualnog prostora, prikaz korisnika i podrška za ''prirodnu'' komunikaciju
Vrlo važna tehnika je upravljanje prema području interesa (AOIM), odnosno filtriranje prometa. Garantira nam da se sinkronizacijske poruke ne šalju svim računalima u sustavu, nego samo onima kojima su zaista potrebne prema području interesa.
Korištenjem ove tehnike smanjuje se opterećenje mreže i pojedinih računala u mreži.
70
Navedite tehnike miješanja slike kod proširene stvarnosti.
1. Optičko miješanje
2. Video miješanje
3. Projekcijska proširena stvarnost (projekcijsko miješanje)
71
Objasnite tehniku optičkog miješanja slike kod proširene stvarnosti.
Optičko miješanje središnji element je optička miješalica (poluprozirno zrcalo takvo da korisnik istovremeno vidi dvije slike). Primjenom tog elementa postiže se da korisnik vidi sliku stvarnog svijeta izravno kroz ogledalo, dok se u ogledalu odražava slika virtualne scene sa zaslona koji je montiran na odgovarajući način. Za svako oko postoji po jedan zaslon čime se stvara stereo slika. Korisnik ima poluprozirno ogledalo ispred očiju tako da istovremeno vidi dvije slike, stvarni svjiet kroz ogledalo i virtualni svijet koji se odražava na ogledalu. Da bi se virtualna stvarnost poklopila sa stvarnim svijetom potrebno je precizno praćenje pokreta glave korisnika(ili još bolje očiju).
72
Objasnite tehniku video miješanja slike kod proširene stvarnosti.
Video miješanje koristeći HMD uređaj (head mounted display), korisnik vidi sliku samo sa zaslona, a slika stvarnog svijeta dolazi iz para kamera montiranih na uređaj. Virtualna slika se generira na računalu te se sa stvarnom slikom kombinira u video miješalici. Zbog digitalne prirode obje slike, korištenjem video miješalice mogući su i razni efekti, kao npr. potpuno prekrivanje stvarnih predmeta virtualnima. Koristi se stereo par zaslona. Korisnik ima ekran u koji gleda kao kod uređaja za virtualnu stvarnost. U ovom slučaju postoji još i uređaj koji se zove video mješalica koji sklapa dva video signala, sliku stvarnog svijeta i proširenu stvarnost. Razlika između video i optičkog mješanja je što je u video mješanju i slika stvarnog svijeta u digitalnom obliku te postoji sloboda obrade signala, što se može iskoristiti za razne efekte.
73
Objasnite tehniku projekcijskog miješanja slike kod proširene stvarnosti.
Projekcijska proširena stvarnost (projekcijsko miješanje) korisnik ne nosi opremu na glavi, već se sve dodatne informacije prikazuju u stvarnom okruženju korištenjem projektora. Tehnike analize slike omogućuju i interakciju s virtualnim objektima u stvarnom svijetu. Virtualni podatci direktno se projiciraju na stvarni svijet. Dodatne virtualne informacije prikazane su izravno u stvarnom okruženju korištenjem jednog ili više projektora.
74
Tehnike modeliranja.
1. Poligoni: „zajednički nazivnik“ svim metodama. Koristi se u više manje svim prikazima. Ideja je svako tijelo prikazati kao skup poligona (najčešće trokuti, rjeđe četverokuti). Tipa kuglu nećemo prikazati kao glatku kuglu (niti ne možemo u računalu) nego kao tijelo popločeno poligonima.
2. CSG (Konstruktivna geometrija čvrstih tijela): Imamo osnovne elemente: kvadar, kuglu, stožac, torus i valjak. Njih proizvoljno kombiniramo u složenije objekte operacijama unije, presjeka i oduzimanja. Udžbenik str.22.
3. Parametarske krivulje i plohe: Iz naziva je očito da se radi o krivuljama i plohama tak da to sigurno nećete koristit ako je na slici uz zadatak slika svemirskog broda. Ideja je prikazati neku krivulju (ili plohu) parametarski. Najpoznatije takve krivulje su Bezierova krivulja, B-spline i NURBS. Svaka od njih ima svoju formulu u koju se ubaci neki parametar/ri i krivulja poprimi oblik s obzirom na njih. Dakle, ako je na slici uz zadatak neka glatko zakrivljena ploha ili krivulja, šanse su da se koristila ova metoda. Udžb.str.23.
4. Razdjelne plohe: ovo je više metoda poboljšavanja prikaza. Najbolje se skuži iz slike u udžbeniku str 24. Imamo neki „loš“ model auta i želimo mu zagladit rubove da izgleda ljepše. Tad koristimo ovu metodu i njene algoritme. Rezultat je ljepši model sa zaglađenim rubovima po našem izboru.
5. Brišuće plohe: Imamo neki 2D lik ili krivulju. Metoda brišućih ploha je u biti uzimanje te početne krivulje/lika i njeno „izvlačenje“ (extrude) ili rotacija oko neke osi. Time se dobivaju složeniji objekti ili plohe. Odma se skuži iz slike na strani 24.
6. Volumenski prikaz: Minecraft. Kao metoda poligoni, samo u 3D. Za prikaz objekata su korištene male 3D ćelije (voxeli) za razliku od poligona gdje su korišteni 2D trokuti ili četverokuti. (str.25.)
7. Fraktali: Udžb.str.25 i 26. Ponekad se koriste za modeliranje prirodnih pojava (planine, biljke, stabla, teren) i to je sve. Osim ako bude baš slika fraktala... onda je očito odgovor da je metoda fraktala najpogodnija za modeliranje fraktala.
8. Sustavi čestica: Udžb.str.26. Ako na slici bude neki dim, vatra, voda, magla, kiša i sl. Sve to se prikazuje sustavima čestica
9. Modeliranje zasnovano na slikama: Koristi se pri rekonstrukciji scena koje je prekomplicirano modelirati iz nule. Tipa hoće se napravit model cijelog grada. Uzme se neki laser/skener sa sobom i s tim se snima teren. Ono što je bitno je da se time dobiva jako jako puno točaka od koje se sastoji taj model pa je zbog toga nezgodno. Ali nekad je ta metoda potrebna jer se recimo želi biti jako precizan u modeliranju. Ako želimo točno rekonstruirati neki objekt iz stvarnosti, vjv ćemo koristiti ovu metodu.
75
Teksturiranje - u,v koordinate. (str. 70.)
Teksturiranje je u osnovi lijepljenje 2D slike na 3D geometriju. Za svaki vrh u modelu zadan je skup teksturiranih koordinata koje se nazivaju u,v koordinate. Svakom skupu teksturiranih koordinata odgovara neka točka u slici teksture. Teksturne koordinate su normallizirane u odnosu na veličinu slike (točka (0,0) odgovara donjem lijevom kutu slike, a točka (1,1) odgovara gornjem desnom kutu). Pomoću ovih koordinata slika se preslikava (lijepi) na model i dobivamo model s teksturom. Teksturne koordinate zadane su za vrhove svakog trokuta, te svakom trokutu modela odgovara neki trokut u slici teksture. Preslikavanje teksture se događa u fazi rasterizacije i radi se za svaku pojedinu točku. U,v koordinate se interpoliraju u fazi prolaza trokuta čime se dobivaju interpolirane teksturne koordinate u pojedinoj točki površine. Zatim se u fazi sjenčanja pomoću interpoliranih u,v koordinata vrši uzorkovanje teksture (dohvat boje teksture na tim koordinatama). Točka teksture na određenim u,v koordinatama se naziva teksel. Dohvaćeni teksel potom se koristi za određivanje konačne boje točke npr. težinskim miješanjem s bojom osvjetljenja.
Nedostatak linearne interpolacije u,v koordinata unutar trokuta očituje se kroz nedostatak perspektive jer se interpolacija radi u zaslonskim, a ne u 3D koordinatama (nemamo osjećaj dubine). Rješava se tako da se u obzir uzme i dubina (z koordinata).
76
Teksturiranje - u kojoj fazi se provodi i koji je nedostatak linearne interpolacije? Kako to riješiti?
Teksturiranje se provodi u fazi rasterizacije. U fazi rasterizacije obavlja se preslikavanje teksture i radi se za svaku pojedinu točku. U fazi prolaza trokuta teksturne se koordinate interpoliraju. U fazi sjenčanja pomoću interpoliranih koordinata vrsi se uzorkovanje teksture (dohvat boje teksture na tim koordinatama). Nedostatak linearne interpolacije u,v koordinata unutar trokuta očituje se kroz nedostatak perspektive jer se interpolacija radi u zaslonskim, a ne u 3D koordinatama (nemamo osjećaj dubine). Rješava se tako da se u obzir uzme i dubina (z koordinata).
77
Virtualna stvarnost i zatvorena petlja korisnika?
VIRTUALNA STVARNOST = računalne simulacije kojima je cilj stvoriti osjećaj prisutnosti u virtualnom okruženju. Skup tehnologija koje korisnika uranjaju u virtualno okruženje, dok korisnik osjeća samo virtualne podražaje
ZATVORENA PETLJA KORISNIKA : korisnik ulazne jedinice (razni senzori) računalo (simulacija VO) izlazne jedinice (vizualni izlazni uređaji, zvučnici, slušalice,…)
Zatvorena petlja korisnika sastoji se od korisnika, ulazne jedinice, računalne simulacije i izlazne jedinice. Ova petlja prikazuje osnovni princip komunikacije korisnika i računala u virtualnoj sceni. Korisnik se nalazi u zatvorenoj petlji. Ulazne jedinice prate pokrete korisnika i šalju ih računalu koje na osnovu tih i ostalih podataka vrši simulaciju virtualnog okruženja. Izlazne jedinice mogu biti slušalice, zaslon koji korisnik nosi na glavi, itd. Računalo pomoću izlaznih jedinica prikazuje virtualno okruženje korisniku. U idealnom slučaju korisnik bi trebao dobivati podražaje samo od računala i time stvarati potpuno odvojeni svijet.
78
Virtualno okruženje, virtualni predmet i virtualna scena?
Virtualno okruženje je složeniji skup virtualnih predmeta. Radi sa složenijim virtualnim predmetima, odnosno skupom virtualnih predmeta koji mogu prikazivati čitave zgrade, gradove i dr.
Virtualni predmet je predmet definiran u memoriji računala na takav način da ga računalo može na zaslonu prikazati korisniku uz mogućnost interakcije.
Virtualna scena je prikaz virtualnog okruženja u memoriji računala. Stvarna scena sastoji se od stvarnih predmeta, a virtualna scena od virtualnih predmeta. Slika stvarne i virtualne scene je stvarna. (str. 3.)
79
Vrste transformacija. (str. 79.)
Translacija (pravocrtno pomicanje točke/objekta na ravnini/prostoru)
Rotacija (rotacijom točke P oko ishodišta za kut α dobivamo točku P')
Promjena veličine (množenje točke s faktorom skaliranja S)
Smik (deformacija objekta uzduž koordinatnih osi).
80
Vrste ulaznih jedinica u virtualnoj stvarnosti. (252. str.)
Senzori položaja/orijentacije
Senzori sile/momenta sile
Senzori položaja tijela/ruke
Senzori pokreta.
81
Zatvorena petlja kod virtualne stvarnosti.
ZATVORENA PETLJA KORISNIKA = korisnik ulazne jedinice (razni senzori) računalo (simulacija VO) izlazne jedinice (vizualni izlazni uređaji, zvuk, haptički izlani uređaji)
Zatvorena petlja korisnika sastoji se od korisnika, ulazne jedinice, računalne simulacije i izlazne jedinice. Ova petlja prikazuje osnovni princip komunikacije korisnika i računala u virtualnoj sceni. Korisnik se nalazi u zatvorenoj petlji. Ulazne jedinice prate pokrete korisnika i šalju ih računalu koje na osnovu tih i ostalih podataka vrši simulaciju virtualnog okruženja. Izlazne jedinice mogu biti slušalice, zaslon koji korisnik nosi na glavi, itd. Računalo pomoću izlaznih jedinica prikazuje virtualno okruženje korisniku.
U idealnom slučaju korisnik bi trebao dobivati podražaje samo od računala i time stvarati potpuno odvojeni svijet.
82
Z-spremnik (Z-buffer)! Navesti još neke metode kojima se može riješiti problem vidljivosti.
Metoda Z-spremnika koristi dodatnu memoriju zvanu Z-spremnik u koju se sprema dubina objekta na svakoj točki zaslona. Z-spremnik ili spremnik dubine koristi se za izračun vidljivosti objekata i poligona u sceni i koristi tipično 24bpp. Ovaj spremnik uz upotrebu istoimene metode, osigurava da se na zaslonu vide samo vidljivi poligoni, a oni skriveni iza njih ostaju nevidljivi. Broj bitova u z-spremniku je važan zbog preciznosti. Ukoliko preciznost nije dovoljna a da poligona su vrlo blizu jedan drugome po dubini, može doći do pogreške, tj. do krivog određivanja vidljivosti.
Neke od ostalih metoda za rješavanje problema vidljivosti su spremnik boje, dvostruko i trostruko spremanje, stereo spremnici, spremnik predloška, slikarski algoritam, BSP stablo i ray casting.
