Pagina documente » Politehnica » Simularea adancimii de camp in imagini sintetice

Despre lucrare

lucrare-licenta-simularea-adancimii-de-camp-in-imagini-sintetice
Aceasta lucrare poate fi descarcata doar daca ai statut PREMIUM si are scop consultativ. Pentru a descarca aceasta lucrare trebuie sa fii utilizator inregistrat.
lucrare-licenta-simularea-adancimii-de-camp-in-imagini-sintetice


Cuprins

Cuprins
CUPRINS 1
INTRODUCERE 2
CAP. I - CONSIDERATII FOTOGRAFICE DESPRE ADiNCIMEA DE CiMP 4
1.1 Ce este adincimea de cimp? 4
1.2 Cercul de imprastiere 5
1.3 Distanta hiperfocala 6
1.4 Planele cele mai apropiate si departate de incetosare aceptabila 7
1.5 Limita de punctiformitate 7
CAP. 2 - FORMAREA IMAGINII CU AJUTORUL ALGORITMULUI DE RAY-TRACING 8
2.1 LUMINA SI ILUMINAREA 8
2.1.1 Fotoni, frecvente si lungimi de unda 8
2.1.2 Lumina si suprafetele 10
2.1.3 Spectrul si culorile 11
2.1.4 Reflexia 13
2.1.5 Coloarea si ochiul 14
2.1.6 Normale la suprafata 15
2.2 MECANISME DE TRANSPORT A LUMINII 16
2.2.1 Reflexia speculara totala 16
2.2.2 Reflexie difuza totala 18
2.2.3 Transmisie speculara totala 19
2.2.4 Reflectia interna totala 22
2.2.5 Optica refractiei 22
2.2.6 Solutia algebrica pentru raza refractata 24
2.2.7 Solutia geometrica pentru raza refractata 25
2.2.8 Refractie difuza totala 27
2.3 MODELUL DE COLORARE 27
2.3.1 Reflexia difuza Idr(?) 27
2.3.2 Reflexia speculara Isr(?) 28
2.3.3 Termenul geometric 31
2.3.4 Termenul distributie 31
2.3.5 Termenul Fresnel 32
2.4 COLORARE RAPIDA 35
2.4.1 Modelul Hall de culorare 35
2.4.2 Reflexia difuza a unei surse de lumina 38
2.4.3 Reflexia speculara a unei surse de lumina 38
2.4.4 Refractia speculara a unei surse de lumina 39
2.4.5 Reflexia speculara a lumini care vine de pe alte corpuri 40
2.4.6 Refractia speculara a lumini venite de la alte corpuri 40
2.4.7 Lumina ambientala 41
CAP. 3 - SIMULAREA ADiNCIMII DE CiMP CU AJUTORUL ALGORITMILOR DE PRELUCRARE A IMAGINII 42
3.1 SIMULAREA ADiNCIMII DE CiMP PRIN ALGORITMUL DE RAY-TRACING 42
3.1.1 Camera Pinhole 42
3.1.2 Abordare din punct de vedere al generari discrete a imaginilor 43
3.2 ABORDAREA DIN PUNCTUL DE VEDERE AL FIZICII 49
3.3 SIMULAREA iN POV-RAY A ADiNCIMI DE CiMP 54
3.3.1 Folosind setarile clasice ale camerei 54
3.3.2 Folosirea unui filtru de tip blur 57
BIBLIOGRAFIE 60

EXTRAS DIN DOCUMENT

?Simularea adancimi de camp in imagini sintetice?Introducere

Încercarea de a gasi o cale de a crea o imagine fotografica realista a fost un scop pentru grafica pe calculator mult timp. În general, graficieni au realizat progrese prin examinarea in primul rand a lumi de langa ei, si apoi comparand-o cu ceea ce se realiza pe calculator. Daca imaginile pe calculator nu arata asa de bine, se pune intrebarea "Ce lipseste din grafica computationala ?". La inceput multe aspecte ale lumii reale au fost introduse rapid in grafica computationala. Cateva dintre aceste inbunatatiri au vizat ascunderea suprafetelor opace, obiectele stralucitoare prezentau puncte lucitoare( highlights), suprafetele prezentau texturi (ca simularea lemnului). Au fost dezvoltate metode pentru a include aceste efecte in imaginile sintetice, astfel incat acestea au ajuns sa arate din ce in ce mai reale.

Una dintre primele imagini sintetice reusite a fost realizata folosind cateva din legile fizici. Cand vorbim de o lentila, fizica clasica a reprezentat drumul unei raze atfel: raza porneste de la o sursa de lumina, trece prin lentila si isi continua drumul. Aceasta metoda a fost denumita "ray-tracing".

Sa crezut ca acesta tehnica ar fi o tehnica buna de a simula o imagine sintetica, dar era foarte costisitoare ca timp. Întradevar este o idee buna dar destul de costisitoare datorita calculelor matematice destul de complicate, s-au implementat tehnici de accelerare dar aceste complica mult algoritmul clasic de ray-tracing. Avantajul este ca se poat realiza imagini mai repede, prin tehnici sigure.

Deobicei, in generarea unei imagini este folosit modelul pin-hole de camera, deoarece reduce foarte mult din complexitatea algoritmului de ray-tracing dar realizeaza o imagine "all in focus"( in care toate puncte(obiecte) sunt clare - AIF) (ex. fig. 1).Însa un sistem optic real nu contine lentile cu raza zero, cazul camerei pin-hole. Efectul pe care il genereaza lentilele este acela ca nu toate obiectele din scena sunt vizibile, clar, unele vor mai neclare( blurred) (ex. fig. 2) . Referitor la acesta problema se incerca un nou algoritm pentru a obtine o imagine care sa corespunda noilor setari ale camerei.

Fig. 1 – Imagine AIF Fig. 2 – Imagine Blurred

Modelul de camera pin-hole, care detremina o imagine AIF, nu poate rezolva probleme legate de focalizarea unui obiect intr-o scena. Deasemenea algorimi mai rapizi de generare de imagini deobicei ignora acest aspect, iar algoritmul de ray-tarcing este destul de lent. Din aceste cauze se inceraca o simulare acestui efect folosind tehnici propri prelucrari iamginilor, care sunt mai rapide.

Cap. I – Consideratii fotografice despre adancimea de camp

1.1 Ce este adancimea de camp?

A sti ceea ce este focusat (si ceea ce este in afara focusului) este una din consideratiile de baza atunci cand se realizeaza o fotografie. Cu toate ca o focusare exacta are loc doar la o distanta precisa, care depinde de formatul filmului, de lungimea focala a lentilei, marimea deschiderei si distanta de focusare, regiunea aparenta de focusare, sau adancimea de camp, pot varia considerabil. Altfel spus zona de punctualitate acceptabila se denumita adancime de camp.

Fara a lua in considerare legile fizici, care determina acest fenomen, acesta adancime de camp este realizata de un fenomen denumit cercul cel mai mic de imprastiere. Cand un obiect se afla la distanta exacta de focusare, fiecare punct din obiect va fi teranspus ca un punct pe film. Cand obiectul nu mai este in focus, punctele de pe film incep sa creasca si sa devina cercuri. Cu cat un obiect este mai mult in afara focusului, cercul de confuzie (imprastiere) devine mai mare. Dar la un anumit punct (care dinnou depinde de film, lungimea focala a lentilei etc), cercurile de imprastiere sunt neinsemnate si imaginea apare ca fiind focusata intr-un interval de distante si avand ’adancime de camp’.

1.2 Cercul de imprastiere

În tratatul "New Lexical Manual" se afirma ca in medie ochilui, la o distanta de 10 inci, poate distinge linii individuale care se afla la mai mult de 1/100 inci departare una de cealalta. Orice detaliu aflat la o distanta mai mica de 1/100 inci este consideat punctual. Acesta observatie sta la baza calculari majoritati tabelelor DOF.

O lentila focuseaza la o singura distanta precizata. Tot ceea ce se afla in afara acestei distante nu este focusat. Punctele mai indepartate de planul de focusare sunt considerate ca punte in fata filmului, devenind cercuri fuzzy in momentul cand ajung pe film. Punctele mai apropiate de camera vor fi considerate ca puncte in spatele filmului, deci vor genera deasemenea cercuri fuzzy cand ajung pe film. Cercurile fuzzy se numesc cercuri de incetosare (confuzie).

Daca deschiderea aparatului este redusa, reducand lumina care trece, cercul de confuzie se reduce la valori negative. Dar, micsorarea deschideri determina un cerc de confuzie mai mic si extinde rangul de punctualitate aparenta. Marind deschiderile negative cercul de confuzie, apare si la deschideri foarte mici.

Factori care influenteaza DOF :

* lungimea focala a lentilei

* alegerea numarului lentilei (f-stop)

* marimea cercului de confuzie aceptat, este determinata de distanta la obiect

* factorul de marire

* distanta de focusare

1.3 Distanta hiperfocala

Distanta hiperfocala este distanta focala peste care se realizeaza cea mai mare adancime de camp. Este cel mai apropiat punct care va pastra cercul de confuzie constant la infinit. Cel mai apropiat punct care poate fi considerat punctiform, aceptabil, se va afla la jumatatea distantei dintre camera si distanta hiperfocala. Daca, distanta hiperfocala este de 40 de picioare, zona care se afla in jurul distantei de 20 de picioare va fi acceptabila ca incetosare.

Importanta acestei marimi consta in faptul ca: pot aparea efecte de iesire din focus cand se doreste focusarea unui paln indepartat. Distanta hiperfocala este o functie care depinde de raza( deschiderea) lentilei. Mai precis schimbarea razei determina schimbarea distantei hiperfocale.

Se ridica problema: „Folosirea unei raze mici duce la adancime de camp mai mare?”. Raspunsul este “nu”. Cand razele trec prin lentila unele dintre acestea sunt difractate. Daca avem o raza mare, proportia dintre lunina difractata si cea nedifractata e neglijabila, astfel incat difractia nu contribuie la pierderea claritati imagini prea mult( figura din stanga). Cand raza este mica proportia dintre lumina difractata si cea nedifractata devine importanta. Ca efect, calitatea imagini se reduce( figura din dreapta). În general, calitatea unei lentile creste cu cat raza este mai mica. Acesta inbunatatire este insa limitata pana la un anumit punct dupa care calitatea lentilei scade datorita impactului difractiei.

1.4 Planele cele mai apropiate si departate de incetosare aceptabila

Daca camera este focusata intr-un punct mai apropiat decat distanta hiperfocala, infinitul nu va mai fi total in focus(AIF) si va exista un punct apropiat si unul indepartat in care cercul de incetosare depaseste marimea dorita. Cu cat puncul de focus se apropie de camera, distanta dintre limita superioara si cea inferioara de confuzie se reduce, iar acesta este cunoscuta sub numele de adancime de camp.

1.5 Limita de punctiformitate

Un fenomen optic diferit este tendinta lumini de a se difracta( a schimba directia si intensitatea unor grupuri de unde dupa ce au tercut de un obstacol sau o deschizatura). Fenomenul poate fi explicat ca o coroana care se realizeaza in jurul unei pietre magnifice.