МЕТОДИ ТА ЗАСОБИ ЗАФАРБОВУВАННЯ ВИСОКОДЕТАЛІЗОВАНИХ ТРИВИМІРНИХ СЦЕН

Краткое содержание

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дослідження, сформульовано мету й задачі дисертаційної роботи. Окреслено наукову новизну та практичну цінність результатів роботи. Наведено дані про особистий внесок здобувача, впровадження, апробацію та публікацію результатів дисертаційної роботи.

Перший розділ присвячено аналізу методів і засобів формування графіч­них зображень виcокодетaлізoваних тривимірних сцен.

Проаналізовано найпоширеніші методи зафарбовування – методи расте­ризації та трасування променів. Показано, що метод трасування променів на даному етапі розвитку комп’ютерної графіки переважно використовується для формування статичних високореалістичних зображень, а метод растери­
зації – для формування динамічних графічних зображень у реальному часі та інтерактивних режимах. Для підвищення реалістичності методу растеризації збільшують рівень деталізації поверхонь тривимірних сцен, які дозволяють відобразити усі конструктивні особливості тривимірних об’єктів. Збільшення густини полігональної мережі, яка задає поверхню об’єктів, передбачає зменшення розмірів складових трикутників та їх опуклості і, як наслідок, призводить до надлишковості відомих методів зафарбовування. Це зумовлює необхідність розробки методів і засобів зафарбовування, орієнтованих на високодеталізовані тривимірні сцени.

Встановлено, що тривимірний об’єкт можна вважати високодеталізова­ним за умови, коли кожен з трикутників, з яких він складається, займає на екрані не більше 50 точок (не більше 10 пікселів як по вертикалі, так і по горизонталі у екранній системі координат).

Проаналізовано основні етапи формування зображень у графічному кон­веєрі. Особливу увагу приділено етапу зафарбовування, як найбільш трудоміст­кому. Проаналізовано можливості застосування шейдерів, які можуть використовуватись для програмування певних етапів графічного конвеєра. Показано, що введення у графічний конвеєр етапу тесселяції відкриває нові можливості для збільшення деталізації тривимірних графічних сцен.

Проаналізовано структури сучасних графічних прискорювачів. Показано, що сучасні графічні прискорювачі розвиваються у напрямку підвищення продуктивності за рахунок збільшення кількості графічних ядер, і, як наслідок, збільшення кількості полігонів, які вони можуть одночасно обробляти.

Розглянуто особливості найпоширеніших методів зафарбовування, а також їх складових процедур.

На основі проведеного аналізу сформульовано мету та задачі дослід­ження, а також вибрано напрямки їх вирішення.

У другому розділі дисертаційної роботи розроблено теоретичні основи побудови графічних зображень викокодеталізованих тривимірних сцен, що охоплюють концептуальні положення та математичну базу для спрощення процесу зафарбовування полігонів, з яких складаються тривимірні сцени.

Показано, що при формуванні зображень високодеталізованих тривимір­них сцен можна використовувати спрощені розрахунки векторів, прискорену нормалізацію, а також простіші, з обчислювальної точки зору, моделі освіт­лення. Для високодеталізованих поверхонь має місце сталість вектора півшляху  у межах складових полігонів, що суттєво спрощує розрахунки. Зменшення опуклості полігонів при високополігональному поданні тривимірних об’єктів дозволяє для багатьох випадків вилучити з процесу тонування трудомістку процедуру нормалізації векторів. Для проведення додаткової тріангуляції введено та обґрунтовано порогові значення розмірів l, h полігонів в екранному просторі, а також їх опуклості Q.

З використанням поліномів Чебишова першого та другого степеня отри­мано нові апроксимаційні формули для нормалізації векторів, які знаходять шляхом їх інтерполяції у РРТ.