ΠΟΛΥΜΕΣΑ

ΔΕΣΠΟΙΝΑ ΤΣΟΜΠΑΝΟΥΔΗ

despinats@uom.edu.gr

Ενότητα 7 ΓΡΑΦΙΚΑ 3Δ

Ενότητες μαθήματος

Εφαρμογές 3D γραφικών

Μοντέλα παράστασης δεδομένων

Λογισμικά επεξεργασίας γραφικών 3Δ

Δημιουργία διαδραστικής εικόνας 360 μοιρών

Εισαγωγή

Τα τρισδιάστατα γραφικά (3D graphics ή γραφικά 3Δ) αποτελούνβασικό τμήμα όλων των πολυμεσικών εφαρμογών.

Σε κάποιες εφαρμογές εμφανίζονται απλά τρισδιάστατα γραφικά γιαμενού πλοήγησης και άλλα εικονίδια. Τα περισσότερα από αυτά ταεικονίδια δημιουργούνται σχεδόν σε όλες τις εφαρμογές γραφικών, μεεφαρμογή κάποιου φίλτρου για μετατροπή σε 3D και κάποιο φίλτρουφωτισμού. Ακόμη και εφαρμογές γραφείου, π.χ. Word, παρέχουνκάποιες δυνατότητες για απλά τρισδιάστατα γραφικά.

Σε πιο πολύπλοκες εφαρμογές παιχνιδιών, εικονικής πραγματικότητας(virtual reality) και σχεδιαστικών συστημάτων για μηχανικούς, τα σχέδιαείναι πιο πολύπλοκα και απαιτούν τη δημιουργία του τρισδιάστατουγραφικού, την τοποθέτηση υφών πάνω στο αντικείμενο και τη χρήσηφωτισμού και σκίασης.

Εφαρμογές των 3Δ γραφικών

Σχεδίαση Υποστηριζόμενη από Υπολογιστή (Computer Aided Design)

Μηχανολογία (αυτοκινητοβιομηχανία, βιομηχανία αεροπλάνων κτλ.)

Αρχιτεκτονική (σχεδίαση, εικονική ξενάγηση)

Χαρτογραφία

Sketchup 3D Software Google Earth 3D View

Εφαρμογές των 3Δ γραφικών

Διαδραστική προσομοίωση (π.χ. στην εκπαίδευση πτήσεων)

Full Flight Simulator of a Boeing 737

Εφαρμογές των 3Δ γραφικών

Κινηματογράφος / τηλεόραση

Για τη δημιουργία εντυπωσιακών εφέ σε ταινίες ή διαφημιστικά σποτ και

αντικειμένων που δεν υπόκεινται στους φυσικούς νόμους. Για τη δημιουργία

ταινιών animation.

Εφαρμογές των 3Δ γραφικών

Παιχνίδια με υπολογιστή

Αποτελεί έναν ιδιαίτερα σημαντικό εμπορικό κλάδο

Εφαρμογές των 3Δ γραφικών

Virtual Reality

Εφαρμογές των 3Δ γραφικών

Ιατρικές εφαρμογές

Για παράδειγμα στην τομογραφία

χρησιμοποιούνται τεχνικές γραφικών για

την 3Δ αναπαράσταση των δεδομένων

Εφαρμογές των 3Δ γραφικών

Οπτικοποίηση Επιστημονικών Δεδομένων

Το αντικείμενο εδώ είναι η παράσταση αντικειμένων πολλαπλών διαστάσεων με

σκοπό την καλύτερη κατανόησή τους και την ανάλυση θεωρητικών μοντέλων

Βασικά βήματα για απεικόνιση 3Δ (1)

Δημιουργία του σχήματος. Η δημιουργία του σχήματος

αναφέρεται ως μοντελοποίηση 3Δ (3d modeling) και είναι

το πιο σημαντικό βήμα της διαδικασίας.

Τοποθέτηση χρώματος ή υφής πάνω στο αντικείμενο,

ώστε να πάρει κάποια συγκεκριμένη μορφή και να

φτάσουμε σε κάποιο ρεαλιστικό αποτέλεσμα.

Βασικά βήματα για απεικόνιση 3Δ (2)

Εφαρμογή σκίασης (shading) πάνω στο αντικείμενο. Πρόκειται για τη διαδικασία δημιουργίας σκουρόχρωμων και ανοιχτόχρωμων περιοχών στην επιφάνεια του αντικειμένου, που δημιουργούνται στο αντικείμενο, όταν αυτό φωτίζεται από μία ή περισσότερες πηγές φωτός. Αυτό προσδίδει την εντύπωση ότι οι περιοχές που είναι σκουρόχρωμες, βρίσκονται στο βάθος της σκηνής και έτσι ενισχύεται η τρισδιάστατη μορφή.

Εφαρμογή σκιών (shadows). Πρόκειται για διαδικασία που αναφέρεται στην ύπαρξη σκιών, που δημιουργεί το αντικείμενο πάνω σε μια επιφάνεια ή σε κάποιο άλλο αντικείμενο.

Προσθήκη εικόνων φόντου ή άλλων εικόνων, που προσδίδουν ρεαλισμό στην τρισδιάστατη απεικόνιση

3Δ μοντελοποίηση

Η τρισδιάστατη μοντελοποίηση (3D modeling) είναι η διαδικασία ανάπτυξης

γραφικών και εικόνων, που εμφανίζονται να έχουν τρεις διαστάσεις. Η

διαδικασία είναι αρκετά σύνθετη, αλλά γενικά μπορούμε να πούμε ότι

περιλαμβάνει την ένωση διαφόρων σημείων στο επίπεδο με γραμμές και

καμπύλα τμήματα, με σκοπό τη δημιουργία ενός σκελετού.

Rendering

Το επόμενο στάδιο, μετά τη δημιουργία του 3Δ μοντέλου, είναι το στάδιο που αναφέρεται με τον όρο rendering

Η διαδικασία rendering περιλαμβάνει την ρεαλιστική απόδοση, δηλαδή μετατροπή τρισδιάστατου σχεδίου με χρώματα, υφές και φωτισμό, ώστε να μοιάζει με ρεαλιστική φωτογραφία και όχι απλά με ένα σύνολο πολυγώνων ή γραμμών

Γενικά, η διαδικασία rendering αφορά το σύνολο των ενεργειών για μετατροπή του τρισδιάστατου σχεδίου σε ψηφιογραφική εικόνα στο επίπεδο, που όμως, θα δίνει κανονικά την εντύπωση των τριών διαστάσεων

Η διαδικασία αυτή είναι υπολογιστικά αρκετά απαιτητική

Μοντέλα παράστασης δεδομένων

Υπάρχουν πολλές τεχνικές που χρησιμοποιούνται στην τρισδιάστατη

μοντελοποίηση όπως είναι η μοντελοποίηση με πολύγωνα (polygon

modeling)

Το είδος των αντικειμένων που θέλουμε να παραστήσουμε παίζει

πρωταρχικό ρόλο στην εκλογή του μοντέλου

Στη συνέχεια θα δούμε κάποια από τα πιο γνωστά μοντέλα παράστασης

δεδομένων

Το πολυγωνικό μοντέλο (1)

Η παράσταση αντικειμένων με πολύγωνα είναι η παλαιότερη και η πιο

διαδεδομένη

Τα πολύγωνα είναι ένα εύχρηστο συστατικό για την παράσταση της επιφάνειας

αντικειμένων

Η δυσκολία παράστασης αυξάνεται για πολύπλοκα, μη-επίπεδα αντικείμενα

Το πολυγωνικό μοντέλο (2)

Τα περισσότερα προγράμματα σχεδίασης, περιέχουν έτοιμα

απλά σχήματα, όπως κύβους, κώνους και σφαίρες. Όμως, για

να δημιουργήσουμε πιο σύνθετα αντικείμενα, μπορούμε να

συνδυάσουμε πολύγωνα.

Ως πολύγωνο μπορούμε να ορίσουμε οποιοδήποτε σχήμα έχει

ακμές και κορυφές. Ακόμη και ένα τρίγωνο αποτελεί πολύγωνο.

Το σημαντικότερο τμήμα ενός πολυγώνου είναι η κορυφή γιατί

έχει συντεταγμένες στον χώρο. Αυτά τα σημεία συνδέονται

δημιουργώντας τα σχήματα που βλέπουμε. Κορυφή

Το πολυγωνικό μοντέλο (3)

Το πολυγωνικό μοντέλο (4)

Δημιουργία πολυγωνικών μοντέλων

Μέσω σχεδίασης:

Παράδειγμα

Μέσω συσκευής:

Χειροκίνητος 3Δ Ψηφιοποιητής

Αυτόματος 3Δ Ψηφιοποιητής

Μέσω μαθηματικών:

Μαθηματική περιγραφή του αντικειμένου

Χειροκίνητος 3Δ Ψηφιοποιητής

Η τεχνολογία του βασίζεται σε ένα βραχίονα που καταλήγει σε μία ακίδα

Η ακίδα μπορεί να μετακινηθεί και συγχρόνως υπολογίζεται η θέση της στο χώρο

Έτσι δημιουργείται ένα αρχείο που περιέχει συντεταγμένες 3Δ σημείων

Στη συνέχεια χρησιμοποιείται ειδικό λογισμικό που ενώνει τα σημεία σε πολύγωνα

Παράδειγμα

Αυτόματος 3Δ Ψηφιοποιητής

Βασίζεται στη χρήση μετρητή απόστασης με ακτίνα laser

Το αντικείμενο τοποθετείται πάνω σε ένα δίσκο που γυρίζει

Παράδειγμα:

Στο μέλλον;

Μαθηματική περιγραφή

Κατάλληλη για περιορισμένα είδη αντικειμένων

Περιστρέφοντας οποιαδήποτε κλειστή επίπεδη καμπύλη γύρω από κάποιο

σημείο του επιπέδου της λαμβάνουμε ένα στερεό.

Π.χ. η περιστροφή ενός κύκλου γύρω από το κέντρο του δημιουργεί μια σφαίρα

Υποδιαίρεση χώρου

Pixel: Ψηφιοποίηση του 2Δ χώρου

Voxel

Ψηφιοποίηση του 3Δ χώρου

Μικροσκοπικοί κύβοι που αποτελούν το βασικό δομικό στοιχείο της παράστασης

Voxel

Τα voxel μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την προσέγγιση του όγκου

αντικειμένων

Αποτελούν ιδιαίτερα χρήσιμο τρόπο παράστασης για ορισμένες (κυρίως

ιατρικές) εφαρμογές

Προβλήματα:

Τεράστιος όγκος δεδομένων

Ανάγκη κατανόησης των χαρακτηριστικών του χώρου των voxels και ανάγκη

δημιουργίας κατάλληλων αλγορίθμων για την παράσταση βασικών σχημάτων

Δημιουργία Voxel – Παράστασης

αντικειμένων

Στις εικόνες που προέρχονται από

τομογράφους λαμβάνεται μία σειρά τομών

όπου η κάθε τομή είναι ένας δισδιάστατος

πίνακας

Δημιουργία εικόνων από Voxel

3Δ οθόνες δεν υπάρχουν!

Δημιουργούνται 2Δ εικόνες

Άλλα μοντέλα παράστασης

αντικειμένων

Constructive Solid Geometry

Μοντέλα βιομηχανικών στερεών

Εφαρμόζοντας πράξεις συνόλων σε βασικά στερεά (σφαίρα,

κύλινδρος κλπ.)

Το αντικείμενο παριστάνεται από ένα δέντρο

Fractals

Μορφοκλάσματα

Παραδείγματα:

Barnsley fern

Koch snowflake

Άλλα μοντέλα παράστασης

αντικειμένων

Συστήματα Σωματιδίων

Είναι χρήσιμα για την δημιουργία μοντέλων προσέγγισης φαινομένων που δεν

έχουν μια σαφή γεωμετρική περιγραφή, π.χ. καπνός, φωτιά, κύματα, σύννεφα.

Λογισμικά επεξεργασίας γραφικών 3Δ

SketchUp

Blender

Autodesk 3ds Max

Autodesk Maya

Εικονική πραγματικότητα

Η εικονική πραγματικότητα (Virtual Reality - VR)

είναι η προσομοίωση ενός περιβάλλοντος από

έναν υπολογιστή

H εικονική πραγματικότητα αφορά «ένα

αλληλεπιδραστικό, τρισδιάστατο περιβάλλον,

φτιαγμένο από υπολογιστή, στο οποίο μπορεί

κάποιος να εμβυθιστεί».

O όρος «εμβύθιση (immersion)» αναφέρεται

στην αίσθηση του χρήστη ότι υπάρχει φυσικά

μέσα στον χώρο και περιηγείται στα

αντικείμενα.

Εικονική πραγματικότητα

Απαιτείται η ύπαρξη κατάλληλων γυαλιών ή πιο πολύπλοκων συσκευών

όρασης και ήχου, που τοποθετούνται στο κεφάλι του χρήστη. Με

κατάλληλα γάντια επιτυγχάνεται, επίσης, η αίσθηση της αφής στον χρήστη.

Επιπλέον, με κατάλληλους αισθητήρες σε διάφορα μέρη του σώματος του

χρήστη, μπορεί το σύστημα να αντιλαμβάνεται τις κινήσεις του χρήστη και

να δημιουργεί τον τρισδιάστατο χαρακτήρα του (avatar), βοηθώντας έτσι

τον χρήστη να έχει την εντύπωση της φυσικής παρουσίας του στον χώρο

Επαυξημένη πραγματικότητα

Η επαυξημένη πραγματικότητα (augmented reality) αφορά τις τεχνολογίες που

επιτρέπουν τη ζωντανή και σε πραγματικό χρόνο προβολή του πραγματικού

περιβάλλοντος (π.χ. ενός μουσείου), εμπλουτισμένη (επαυξημένη) με εικόνες δύο και τριών

διαστάσεων, οι οποίες έχουν δημιουργηθεί μέσω υπολογιστή.

Η εικονική πραγματικότητα μας εισάγει εξ ολοκλήρου σε έναν κόσμο που δημιουργείται

από υπολογιστή.

Αντίθετα, στην τεχνολογία της επαυξημένης πραγματικότητας υπερθέτονται εικόνες, οι

οποίες δημιουργήθηκαν από υπολογιστή, πάνω από τον πραγματικό κόσμο.

Εργασία εργαστηρίου

Στόχος της εργασίας είναι να

δημιουργηθεί μία απλή

εφαρμογή 360/VR Tour με χρήση

της πλατφόρμας thinglink

Παράδειγμα:

https://www.thinglink.com/medi

a/1182840174996881411

Αναζήτηση εικόνας 360o

Για να δημιουργήσουμε μία απλή εικονική περιήγηση θα χρειαστούμε αρχικά μία εικόνα 360 μοιρών

Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε μία δική μας φωτογραφία ή να κατεβάσουμε μία από το διαδίκτυο. Σε κάθε περίπτωση η αναλογία της εικόνας πρέπει να είναι ακριβώς 2:1 και μέχρι 8000 pixel. Π.χ. η ανάλυση 2048x1024 είναι 2:1

Μπορείτε να βρείτε τέτοιες φωτογραφίες στους παρακάτω συνδέσμους:

https://www.flickr.com/photos/frank-duerr/7369262894/

https://www.flickr.com/photos/gadl/403173357/

https://www.flickr.com/photos/sitoo/45978213965/

https://pixexid.com/search/360%20panorama

Ή με αναζήτηση εδώ

Η φωτογραφία που χρησιμοποιήθηκε στις διαφάνειες είναι η παρακάτω με ανάλυση 2048x1024

https://www.flickr.com/photos/171098105@N05/49735088658/in/pool-360degrees/

Βήμα 1: Sign up και Login

Γίνεται γρήγορα

μέσω Google

Account1

2

Βήμα 2: Create Interactive 360 Image

1

2

Editor

Εφόσον έχουμε

φορτώσει την εικόνα

που θέλουμε ανοίγει ο

Editor, όπου μπορούμε

να επεξεργαστούμε τα

Tags που θα βάλουμε

στην εικόνα

Add tag

Επιλέγουμε το κουμπί Add tag

Αρχικά θα βάλουμε ένα tag τύπου Add content from website

Καθώς η φωτογραφία είναι από τη Θεσσαλονίκη θέλουμε να εμφανίσουμε πληροφορίες από την Βικιπαίδεια για την Ροτόντα.

Αριστερά στο πεδίο που λέει Embed Code or URL βάζουμε το σύνδεσμο οποιασδήποτε σελίδας θέλουμε, στη συγκεκριμένη περίπτωση:

https://el.wikipedia.org/wiki/%CE%A1%CE%BF%CF%84%CF%8C%CE%BD%CF%84%CE%B1_(%CE%98%CE%B5%CF%83%CF%83%CE%B1%CE%BB%CE%BF%CE%BD%CE%AF%CE%BA%CE%B7)

Πατάμε Done

1

2

Τοποθέτηση tag

Όταν δημιουργηθεί ένα tag μπορεί να τοποθετηθεί στη σωστή θέση πάνω

στη φωτογραφία μέσω μετακίνησης. Π.χ. πάνω στη Ροτόντα στη

φωτογραφία του κέντρου της Θεσσαλονίκης

Προσθήκη tag: Add text and media

Παράδειγμα:

Tag με ενσωμάτωση κώδικα (embed

code)

Επιλέγουμε tag

τύπου Add

content from

website (μπορεί

να είναι ένα

Youtube Video

ή ένας χάρτης

από Google

Maps)

Παράδειγμα:

Share media

Κλείνουμε τον Editor από την επιλογή Done

Στη συνέχεια από το κουμπί Share βλέπουμε τις διαθέσιμες επιλογές για την

κοινοποίηση του έργου μας

Share - Embed media

Αν επιλέξουμε Share και δούμε το παρακάτω μήνυμα, θα

πρέπει να πάμε στο μενού Settings → Privacy Settings →

Public αν θέλουμε να φαίνεται δημόσια το project μας. Ή

να πατήσουμε στο link change visibility.

Ο κώδικας εδώ

μπορεί να

χρησιμοποιηθεί

για

ενσωμάτωση σε

ιστοσελίδα, πχ

στο Weebly

Share - Share link

Ο σύνδεσμος κοινοποίησης του έργου μας βρίσκεται στη δεύτερη καρτέλα

του Share, κι έχει την εξής μορφή:

https://www.thinglink.com/video/1306345276453158915

Η εργασία σας μπορεί να κοινοποιηθεί στο Weebly μέσω ενσωμάτωσης

κώδικα ή μέσω κοινοποίησης του συνδέσμου

Βιβλιογραφία

Λαζαρίνης, Φ., 2015. Πολυμέσα. [ηλεκτρ. βιβλ.] Αθήνα: Σύνδεσμος

Ελληνικών Ακαδημαϊκών Βιβλιοθηκών.