Multimedia und Virtual Multimedia und Virtual RealityReality

Vorlesung am 19.05.1999Vorlesung am 19.05.1999

Martin Kurze Martin Kurze (kurze@acm.org)(kurze@acm.org)

Multimedia in 3DMultimedia in 3D

Martin Kurze: Multimedia und VR Multimedia in 3D Folie 2

19.05.99

Repräsentation Repräsentation räumlicher Objekteräumlicher Objekte

als Volumenelemente (Voxel)als Volumenelemente (Voxel)– aus bildgebenden Verfahren aus bildgebenden Verfahren

(Medizin, Materialkunde)(Medizin, Materialkunde) durch Definition der Oberflächedurch Definition der Oberfläche

explizit (Polygongitter)explizit (Polygongitter) implizit (Skelett + Abstandsparameter)implizit (Skelett + Abstandsparameter)

– aus Modellier-Programmenaus Modellier-Programmen

Martin Kurze: Multimedia und VR Multimedia in 3D Folie 3

19.05.99

Sehen und Darstellen in Sehen und Darstellen in 3D3D

konzeptionelles Modell konzeptionelles Modell des 3D Darstellensdes 3D Darstellens

„Clipping“ des Betrachtungs-

Pyramide

3D Welt-koordinaten

Vorverarbeitung(Sichtbarkeits-berechnungen)

Transformation in2D Anzeige-Koordinaten

„clipped“ 3D Welt-koordinaten

2D Anzeige-koordinaten

Martin Kurze: Multimedia und VR Multimedia in 3D Folie 4

19.05.99

ProjektionenProjektionen definiert durch gerade Strahlendefiniert durch gerade Strahlen

– vom Projektionszentrum vom Projektionszentrum – auf die Projektionsflächeauf die Projektionsfläche

Projektionsfläche ist Projektionsfläche ist ebeneben (nicht selbstverständlich!)(nicht selbstverständlich!)– planare geometrische Projektionplanare geometrische Projektion– Gegenbeispiele aus der KartografieGegenbeispiele aus der Kartografie

Man kann unterscheiden:Man kann unterscheiden:– perspektivische Projektionperspektivische Projektion– ParallelprojektionParallelprojektion

Martin Kurze: Multimedia und VR Multimedia in 3D Folie 5

19.05.99

Perspektivische ProjektionPerspektivische Projektion

ZX

Y

ZX

YFluchtpunkt der z-Achse

Martin Kurze: Multimedia und VR Multimedia in 3D Folie 6

19.05.99

ParallelprojektionParallelprojektion

ZX

Y

Z X

Y

orthografisch isometrisch

Martin Kurze: Multimedia und VR Multimedia in 3D Folie 7

19.05.99

3 orthografische 3 orthografische ProjektionenProjektionen

Martin Kurze: Multimedia und VR Multimedia in 3D Folie 8

19.05.99

Ansichtsraum (view Ansichtsraum (view volume)volume)

View plane

Back clipping

plane

Front clipping

plane

Martin Kurze: Multimedia und VR Multimedia in 3D Folie 9

19.05.99

KoordinatensystemeKoordinatensysteme 3D-Vektoren3D-Vektoren

– rechtshändigrechtshändig

– linkshändiglinkshändig

homogene Koordinatenhomogene Koordinaten– 4D-Vektoren zur Repräsentation der Punkte4D-Vektoren zur Repräsentation der Punkte– 4*4 Matrizen für diverse Transformationen4*4 Matrizen für diverse Transformationen

Z X

Y

Z

X

Y

Martin Kurze: Multimedia und VR Multimedia in 3D Folie 10

19.05.99

Rendering Pipeline Rendering Pipeline (Beispiel)(Beispiel)

„Datenbank“traversieren

3D Welt-koordinaten

Modelltransformieren

Ray tracing Anzeige

Martin Kurze: Multimedia und VR Multimedia in 3D Folie 11

19.05.99

1. Modellieren1. Modellieren GeometrieGeometrie

– PrimitivePrimitive– implizite Oberflächenimplizite Oberflächen– DreiecksnetzeDreiecksnetze– Position und RichtungPosition und Richtung

Oberflächenmuster Oberflächenmuster Licht (Art, Farbe, Intensität, Richtung)Licht (Art, Farbe, Intensität, Richtung) Kamera (Position und Richtung)Kamera (Position und Richtung)

Martin Kurze: Multimedia und VR Multimedia in 3D Folie 12

19.05.99

Modellieren (2)Modellieren (2)

Martin Kurze: Multimedia und VR Multimedia in 3D Folie 13

19.05.99

Rendering Pipeline (2)Rendering Pipeline (2) VorverarbeitungVorverarbeitung

– clippingclipping– hidden surface removalhidden surface removal– hidden object removalhidden object removal– backface cullingbackface culling– ......

Martin Kurze: Multimedia und VR Multimedia in 3D Folie 14

19.05.99

StrahlverfolgungStrahlverfolgung Von jedem Punkt der Anzeige wird ein Von jedem Punkt der Anzeige wird ein

„Sehstrahl“ in die Szene gesendet.„Sehstrahl“ in die Szene gesendet. Jede Reflexion an einem Objekt wird Jede Reflexion an einem Objekt wird

berechnet.berechnet. Die Berechnung endet im Prinzip an Die Berechnung endet im Prinzip an

der Lichtquelle.der Lichtquelle. In der Praxis wird nach wenigen (ca 3 In der Praxis wird nach wenigen (ca 3

bis 5) Reflexionen abgebrochen.bis 5) Reflexionen abgebrochen.

Martin Kurze: Multimedia und VR Multimedia in 3D Folie 15

19.05.99

Ray tracing in progressRay tracing in progress

Martin Kurze: Multimedia und VR Multimedia in 3D Folie 16

19.05.99

Licht und SchattenLicht und Schatten

Martin Kurze: Multimedia und VR Multimedia in 3D Folie 17

19.05.99

Näher ´ran!Näher ´ran!

Beachten Sie die Reflexe auf der Stuhllehne!

Martin Kurze: Multimedia und VR Multimedia in 3D Folie 18

19.05.99

Raytracing - Ein ErgebnisRaytracing - Ein Ergebnis

Martin Kurze: Multimedia und VR Multimedia in 3D Folie 19

19.05.99

Detailansicht (Antialiasing)Detailansicht (Antialiasing)

Martin Kurze: Multimedia und VR Multimedia in 3D Folie 20

19.05.99

... das Ganze in VRML... das Ganze in VRML

Martin Kurze: Multimedia und VR Multimedia in 3D Folie 21

19.05.99

ÜbungsaufgabenÜbungsaufgaben

Bilden Sie das VRML-97-Logo in 3D nach Bilden Sie das VRML-97-Logo in 3D nach (roter Würfel, grüne Kugel, blauer Kegel; (roter Würfel, grüne Kugel, blauer Kegel; keine „Kondens-Streifen“)!keine „Kondens-Streifen“)!

Erstellen Sie eine Szene mit Boden, Erstellen Sie eine Szene mit Boden, Haus und einem Baum!Haus und einem Baum!

Erweitern Sie die Szene um 10 weitere Erweitern Sie die Szene um 10 weitere Bäume an anderen Positionen und mit Bäume an anderen Positionen und mit anderer Größe!anderer Größe!