JaGrLib: Cviceni cislo 4

Protokoly pro 3D grafiku

Interface Brep

Celkem slozity protokol pro B-rep reprezentaci sceny (databaze sceny). Scena je slozena z rovinnych plosek, zakladnimi prvky (tzv. entitami) jsou: vrcholy, hrany, steny a telesa.
Pro moznost reprezentace nekterych slozitejsich struktur (napr. pro hierarchicke triangulace) byla jako dalsi entita pridano tzv. rozdeleni (Division).

Protokol nedefinuje dimenzi prostoru, ve kterem se scena nachazi. Takze jej lze bez problemu pouzivat v 2D, 3D nebo i vicedimenzionalnich prostorech.

Entity

Vertex (vrchol) - v geometrickem nebo i grafovem slova smyslu. Zakladni atribut: poloha v prostoru.

Edge (hrana) - (usporadana) dvojice vrcholu. Geometricky se muze prestavit jako orientovana usecka mezi dvema vrcholy.

Face (stena) - N-uhelnik (polygon) skladajici se z jedne uzavrene posloupnosti na sebe navazujicich hran. Derave steny je zatim treba vyrabet s pomoci tzv. fiktivnich hran. Pozdeji mozna pridam do databaze dalsi entitu: Loop.

Solid (teleso) - mnozina sten, ktere jsou na sebe fyzicky napojene (v prirode by tvorily povrch pevneho telesa). Obecnejsi pojeti neni tak prisne - mohla by to byt libovolna relevantni mnozina sten.

Division (rozdeleni) - jeden uzel v DAG grafu multi-triangulace. Udaje o predkovi (mnozina sten pokryvajici jistou oblast = domenu) a naslednikovi (jina mnozina sten pokryvajici shodnou domenu). Naslednik je typicky hrubsi reprezentaci stejne domeny, predek a naslednik nebyvaji v relaci "je zjemnenim".

Jednotlive entity lze chapat jako oddelene databazove tabulky (viz relacni databaze). kazdy prvek databaze (konkretni vrchol, hrana, stena, ..) ma svoje identifikacni cislo (id), ktere se exkluzivne pouziva pri odkazovani na dany objekt.

Atributy

Kazda entita ma v databazi sceny prirazeny jiste atributy. Nektere atributy jsou zakladni (povinne, bez nich by to nemelo smysl: napr. dvojice vrcholu u hrany), libovolnou mnozinu atributu lze konfigurovat dodatecne.

Typ atributu: boolean, integer, long, double, coord_2D, coordh_2D, apod. (kompletni seznam viz konstanty Brep.ATTR_*).

Atribut se oznacuje identifikatorem (kratky mnemotechnicky retezec), pro rychlejsi masovy pristup je vhodnejsi tzv. handle - cele cislo jednoznacne identifikujici dany atribut v ramci jedne Brep databaze.

Typicka sada atributu pro reprezentaci obycejne 3D sceny:

Entity Attribute name Type Memo

VERTEX Coord ATTR_COORDH_3D [x,y,z,w]: world coordinates

EDGE Data int[2] [V₁,V₂]: vertex handles

EDGE Real ATTR_BOOLEAN Is this edge real or virtual?

FACE Data int[] [E₁,E₂, ... E_n]: edge handles

FACE Color ATTR_RGB Base color for flat shading

SOLID Data int[] [F₁,F₂, ... F_k]: face handles

Entity	Attribute name	Type	Memo
VERTEX	Coord	ATTR_COORDH_3D	[x,y,z,w]: world coordinates
EDGE	Data	int[2]	[V₁,V₂]: vertex handles
EDGE	Real	ATTR_BOOLEAN	Is this edge real or virtual?
FACE	Data	int[]	[E₁,E₂, ... E_n]: edge handles
FACE	Color	ATTR_RGB	Base color for flat shading
SOLID	Data	int[]	[F₁,F₂, ... F_k]: face handles

Kontexty

Aby bylo mozne definovat ruzne sady "stejnych" atributu v jedne databazi, jsou zavedeny tzv. kontexty. Priklad: 3D scenu chceme zobrazovat v nekolika oknech na obrazovce, kazde okno ma svoji sadu souradnic a tedy potrebuje i vlastni atribut "Coord-int".

Algoritmy, ktere s databazi pracuji, vzdy dostavaji jako vstupni parametr i kontext, ze ktereho maji data brat. V kazdem z kompatibilnich kontextu se musi pouzivat stejne retezcove identifikatory atributu!

Kazdy atribut je oznacen, zda se ma sdilet mezi vsemi kontexty, nebo zda ma byt pro kazdy kontext vytvorena jeho unikatni kopie.

Priklad: 3D scena ma svetove souradnice (Coord typu ATTR_COORDH_3D, sdileny), pro 2 zobrazovaci soustavy jsou potreba 2 kontexty s odlisnymi atributy Coord-int. Pro jednoduchost jsou uvedeny pouze atributy vrcholu:

Pristup do Brep databaze

Pro snadnejsi prochazeni dat v Brep databazi je k dispozici sada iteratoru. Iteratory mohou napr. prochazet sekvencne vsechny vrcholy dane sceny (vertexIterator()), vsechny vrcholy v dane stene (vertexInFaceIterator()), apod.

Vypocet viditelnosti

Protokol FaceRender implementuje pomocnou nizsi vrstvu pro vykreslovani viditelnych casti teles (resp. jejich sten). Pro ruzne pristupy vypoctu viditelnosti jsou definovany dva typy globalniho vyplnovani (podle dane bit-masky fillInside() a mimo danou bit-masku fillOutside()) + jednodussi elementarni vyplneni dane vodorovne radky fillHLine().

"Pattern" pro klasicky plosny algoritmus na viditelnost:

[Predchozi cviceni] [JaGrLib home-page] [CGG at MFF UK]