B-Convert: Projeção de faces triangulares baseada no algoritmo de traçado de retas de Bresenham

80 Pages·2017·4.51 MB·Portuguese

B-CONVERT:PROJEC¸A˜ODEFACESTRIANGULARESBASEADANO
ALGORITMODETRAC¸ADODERETASDEBRESENHAM
LucianoLauandVianadePaula
Dissertac¸a˜odeMestradoapresentadaaoPrograma
de Po´s-graduac¸a˜o em Engenharia de Sistemas e
Computac¸a˜o, COPPE, da Universidade Federal
do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos
necessa´rios a` obtenc¸a˜o do t´ıtulo de Mestre em
EngenhariadeSistemaseComputac¸a˜o.
Orientador: RicardoCordeirodeFarias
RiodeJaneiro
Setembrode2012
B-CONVERT:PROJEC¸A˜ODEFACESTRIANGULARESBASEADANO
ALGORITMODETRAC¸ADODERETASDEBRESENHAM
LucianoLauandVianadePaula
DISSERTAC¸A˜O SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DO INSTITUTO ALBERTO
LUIZCOIMBRADEPO´S-GRADUAC¸A˜OEPESQUISADEENGENHARIA(COPPE)
DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS
REQUISITOS NECESSA´RIOS PARA A OBTENC¸A˜O DO GRAU DE MESTRE EM
CIEˆNCIASEMENGENHARIADESISTEMASECOMPUTAC¸A˜O.
Examinadapor:
Prof.RicardoCordeirodeFarias,Ph.D.
Prof.RicardoGuerraMarroquim, D.Sc.
Prof.EstebanWalterGonzalezClua,D.Sc.
RIODEJANEIRO,RJ–BRASIL
SETEMBRODE2012
dePaula,LucianoLauandViana
B-Convert: Projec¸a˜o de faces triangulares baseada no
algoritmo de trac¸ado de retas de Bresenham/Luciano Lauand
VianadePaula. –RiodeJaneiro: UFRJ/COPPE,2012.
XII,68p.:il.;29,7cm.
Orientador: RicardoCordeirodeFarias
Dissertac¸a˜o (mestrado) – UFRJ/COPPE/Programa de
EngenhariadeSistemaseComputac¸a˜o,2012.
RefereˆnciasBibliogra´ficas: p. 52–56.
1. scan convert. 2. face projection. 3. volume rendering.
I.deFarias,RicardoCordeiro. II.UniversidadeFederaldoRio
de Janeiro, COPPE, Programa de Engenharia de Sistemas e
Computac¸a˜o. III. T´ıtulo.
iii
AMariaCl´ıciadeCastro(D.Sc.) e
minhafam´ılia, emespecial,Jose´
LuizFernandesBraga(in
memorian).
iv
Agradecimentos
Gostaria de agradecer a minha ma˜e Vania Aida Viana de Paula (M.A.), por todo seu
apoioanteseduranteestapesquisa. A` elaeminhatiaIsisFernandesBraga(D.Sc.) porme
incentivaremamergulharnomestrado. Aomeuorientador,RicardoFarias(Phd)porseus
conselhos,explicac¸o˜es,dicaseajuda. Maisqueorientador,umamigo. Aoamigoecolega
da linha de Computac¸a˜o Gra´fica Guilherme Cox (M.Sc.) por suas valiosas contribuic¸o˜es
e sugesto˜es em otimizac¸a˜o. Aos amigos e professores do LCG. A` Cristiane Martins por
me aguentar quando os resultados obtidos me forc¸avam a ”voltar a` prancheta”, ao meu
irma˜oEduardo,meupaieJu´liaporseremquemsa˜o. A` RodolfodePaula,peloapoioim-
prescind´ıvel,eporfima` minhaorientadoranagraduac¸a˜o,MariaCl´ıciadeCastro(D.Sc.),
semaqualeuna˜oteriavoltado minhaatenc¸a˜oa` pesquisacient´ıfica.
v
Resumo da Dissertac¸a˜o apresentada a` COPPE/UFRJ como parte dos requisitos
necessa´riosparaaobtenc¸a˜odograudeMestreemCieˆncias(M.Sc.)
B-CONVERT:PROJEC¸A˜ODEFACESTRIANGULARESBASEADANO
ALGORITMODETRAC¸ADODERETASDEBRESENHAM
LucianoLauandVianadePaula
Setembro/2012
Orientador: RicardoCordeirodeFarias
Programa: EngenhariadeSistemaseComputac¸a˜o
Apresentamos uma proposta para o scan convert de faces triangulares usando apenas
pixels dentre as arestas da face projetada. Nosso algoritmo calcula os pontos das arestas,
peloalgoritmodeBresenhamparatrac¸adoderetas,posteriormenteinterpolandoospontos
internos da face. Ao contra´rio do processo de scan convert tradicional, nossa abordagem
na˜o precisa testar a intersec¸a˜o de raios do bounding box de cada face contra o plano
definido pelos vertices da face triangular. Uma representac¸a˜o mais pro´xima dos pixels
da face e´ usada ao inve´s do bounding box. Pesquisa-se tambe´m as condic¸o˜es necessa´rias
parahaverganhodedesempenhobemcomoatuaislimitac¸o˜es.
vi
Abstract of Dissertation presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the
requirementsforthedegreeofMasterofScience(M.Sc.)
B-CONVERT:TRIANGULARFACEPROJECTIONTHROUGHBRESENHAM’SLINE
DRAWINGALGORITHM
LucianoLauandVianadePaula
September/2012
Advisor: RicardoCordeiro deFarias
Department: SystemsEngineeringandComputerScience
Wepresentanewapproachtoscanconverttriangularfacesusingonlypixelsbetween
the edges of the projected face itself. Our algorithm calculates edge points through Bre-
senham’s line drawing algorithm, interpolating points within the face. As opposed to
traditional scan convert process, our approach does not need to test the intersection be-
tweenraysfromeachface’sboundingboxagainsttheplanedefinedbytheverticesofthe
triangular face. A better match to the actual face’s pixels is used instead of the bound-
ing box. We also research conditions to achieve performance speed up as well as current
limitations.
vii
Suma´rio
ListadeFiguras x
ListadeTabelas xii
1 Introduc¸a˜o 1
1.1 Introduc¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 APropostadoTrabalho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2 Revisa˜oBibliogra´fica 4
2.1 Rasterizac¸a˜o(scanconvert) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.2 Rasterizac¸a˜oderetas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2.1 DDA(digtaldifferential analizer) . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.2.2 Algoritmo detrac¸adoderetasdeBresenham . . . . . . . . . . . 7
2.3 Visualizac¸a˜oVolume´trica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.3.1 Projec¸a˜odeFaces(faceprojection) eZSweep . . . . . . . . . . . 11
2.3.2 Equac¸a˜odetransfereˆncia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.3.3 Emissa˜oderaios(raycasting) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.3.4 PlanodeVarredura(sweepplane)emRenderingVolume´trico . . 16
3 B-Convert: projec¸a˜odefacesporlistacompacta 18
3.1 Oalgoritmo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.1.1 Gerac¸a˜odaslistasdasarestas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.1.2 Gerac¸a˜odalistacompacta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.1.3 Utilizando osve´rticesoriginaisnoespac¸otridimensional . . . . . 28
3.2 Implementac¸a˜onoZSweep . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4 ResultadoseDiscusso˜es 34
4.1 Desempenhodoalgoritmo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
4.2 RenderingeArtefatos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
5 Concluso˜es 49
5.1 TrabalhosFuturos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
viii
RefereˆnciasBibliogra´ficas 52
A Co´digoFonte 57
A.1 B-Convert: versa˜outilizadanoBZSweep. . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
A.2 Versa˜oexperimental, apartir dosve´rticesnoespac¸otridimensional . . . . 60
B Tempos 65
B.1 Temposparabzsweepxzsweep . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
C Renderings 67
C.1 Imagensdosdatasetsem40962 pixels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
ix
Lista de Figuras
1.1 Scanconvert xB-Convert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.1 Etapasderasterizac¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2 Octanteseexemplodeuso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.3 Trac¸adoderetas,segundopixel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.4 Trac¸adoderetas,terceiropixel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.5 Desenhoderetas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.6 Emissa˜odeRaiosXProjec¸a˜odeFaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.7 ZSweeping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.8 Planodevarredura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.1 Casosdeprojec¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.2 Scano´timo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.3 B-Scano´timo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.4 Descric¸a˜odoalgoritmo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.5 Listacompacta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.6 Casosdecompactac¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.7 Crite´riodecompactac¸a˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.8 Listacompactaebucketsort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.9 Diferenc¸asentreBZSweepeZSweep . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.10 Arquivosalterados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.1 oceanUscanconvert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4.2 deltascanconvert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4.3 torsoscanconvert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4.4 postscanconvert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.5 f117scanconvert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.6 spxscanconvert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4.7 spx2scanconvert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4.8 pixelsdasarestas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4.9 Artefatosemfacesinternas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.10 Artefatosemfacesdefronteira . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
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