Ugrás a tartalomhoz

3D megjelenítési technikák

Dr. Fekete Róbert Tamás, Dr. Tamás Péter, Dr. Antal Ákos, Décsei-Paróczi Annamária (2014)

BME-MOGI

3D megjelenítési technikák

3D megjelenítési technikák

Dr. Fekete, Róbert Tamás

Dr. Antal, Ákos

Dr. Tamás, Péter

Décsei-Paróczi, Annamária

A tananyag a TÁMOP-4.1.2.A/1-11/1-2011-0042 azonosító számú „Mechatronikai mérnök MSc tananyagfejlesztés” projekt keretében készült. A tananyagfejlesztés az Európai Unió támogatásával és az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg.

Kézirat lezárva: 2014 március

Lektorálta: Tóth Bertalan

További közreműködő: Décsei-Paróczi Annamária

A kiadásért felel a(z): BME MOGI

Felelős szerkesztő: BME MOGI

2014


Tartalom

1. A háromdimenziós technikák pszichológiai és fiziológiai háttere
Az emberi érzékelés
Az emberi észlelés
Az emberi szem felépítése és működése
Az érzékelt elektromágneses sugárzás
Az emberi szem elhelyezkedése és a szemmozgások
Az emberi szem felépítése, anatómiája
A retina és a fotoreceptorok
Látási hibák
A látópálya felépítése és működése
A retinális ganglionsejtek, a gyűjtősejtek és a receptív mező
A látópálya
A látás további területei
A színlátás
A színlátás fotoreceptorai
Mitől függ a tárgyak színe?
Az emberi színlátás opponens színelmélete
Konstanciák a feldolgozás során
A háromdimenziós mélységészlelés
A Gestalt-elmélet
A jelzőmozzanatokról
Monokuláris jelzőmozzanatok
Binokuláris jelzőmozzanatok
A binokuláris diszparitás
Az emberi mélységészlelés hibái
Összefoglalás
A felkészülést segítő kérdések
A fejezet fontosabb kifejezései
Felhasznált irodalmak
2. A háromdimenziós technikák optikai és interferometriai háttere
A háromdimenziós megjelenítők - a feladat megfogalmazása
A színek
Alapfogalmak
Inger, észlelet és érzéklet
A szín, mint megnevezés
A tarka színek jellemzői
Metaméria
Színkeverési módok
A CIE-féle színmérő rendszer
A színmeghatározás eredeti módszere
Az CIE RGB-színrendszere
Az XYZ-színrendszer
Az RGB színrendszer
A CMY és a CMYK színrendszerek
A HLS színrendszer
Egyenletes színterek
Színtranszformációk
Ellenőrző kérdések:
További irodalom a szakterület tanulmányozásához
Felhasznált irodalmak
3. A 3D grafika elméleti alapjai
Grafikus tárgymodellek
Raszteres és vektoros leírás
Koordináta-rendszerek
Leggyakrabbak használt koordinátarendszerek
Homogén koordináták
Görbék, felületek és testek
Paraméteres görbemegadás
Folytonosság és geometriai folytonosság
Az elsőfokú paraméteres görbeszakasz leírása
Hermite-féle harmadfokú görbeszakasz
Bezier-féle harmadfokú görbeszakasz
Természetes spline
Catmull-Rom görbék, a kardinális spline
B-spline-ok
Szabadformájú felületek
Testek
A megjelenítő cső
A tér leképezése síkra
Window-Viewport transzformáció
A láthatóság
A képszintézis alapfogalmai
Fénysűrűség
Fényforrások
Anyagok, visszaverődés
Az árnyalás modellezése
Irodalmak:
4. OpenGL
A Grafikus csővezeték
Alkalmazás
Vertex Shader
Raszterizálás
Fragment Shader
Raszterműveletek
Framebuffer
Az OpenGL Használata
Az OpenGL klasszikus inicializálása
GLUT
GLUT telepítés Windows rendszerben
Adatok, konstansok és függvények az OpenGL rendszerben
Első lépések az OpenGL-ben
Színek megadása
Rajzpufferek, a pufferek előkészítése
Kirajzolás hagyományos módon
Hello OpenGL hagyományosan a C++/CLI-vel
Hello OpenGL a glut-tal
Rajzolás
Alapvető rajzelemek
A geometriai objektumok és megjelenítési módjaik
Transzformációk
Takarások kezelése - a Z-puffer
Animáció
A glu segédkönyvtár térbeli alapobjektumai
Áttetsző anyagok, az RGBA színmodell használata
Megvilágítások
Anyagok
Árnyalások
Textúra
3D-s objektumok
3D-s objektumok megadása
3D-s objektumok rajzolása
Objektum megvilágítása
Az objektum forgatása
Takart vonalak - hátsó lap eldobás
5. Klasszikus és Modern megjelenítési technikák
Elektromechanikus kijelzők
A split-flap kijelzők
A flip-disc kijelző
A VFD kijelzők
Csavart nematikus térvezérlésű LCD kijelzők
CRT kijelzők
A SED és FED kijelzők
Az EP (elektronikus papír) kijelzők
Az LCD / TFT kijelzők
A PDP kijelzők
A lézer kijelzők
Az OLED kijelzők
A LED kijelzők
Projektorok és a DLP / DMD technikák
Összefoglalás
A felkészülést segítő kérdések
A fejezet fontosabb kifejezései
Felhasznált irodalmak
6. A háromdimenziós megjelenítés története
A térlátásról
A háromdimenziós technikákról
A háromdimenziós filmvetítésről
Összefoglalás
Felkészülést segítő kérdések
A fejezet fontosabb kifejezései
Felhasznált irodalmak
7. Illúzión alapuló technikák, autosztereogramok
A korszerű sztereo-szétválasztásos módszerek
A Wiggle-sztereogram
Az autosztereogramok
A véletlen-pont sztereogram
8. Holográfia a háromdimenziós megjelenítésben és a méréstechnikában
A holográfia alapelvei
A holografikus felvétel
A vastag hologram
A rekonstrukció
A felvétel és rekonstrukció
Holografikus optikai elemek
Digitális holográfia
Hullámoptikai tárgyalásmód
A holografikus felvétel
A rekonstrukció
Holografikus interferometria
A holografikus interferométer
A kétexpozíciós holografikus interferometria technika
A holografikus interferogramok kiértékelése
Holografikus felvételi nyersanyagok
A nyersanyagok karakterisztikája
A nyersanyag felépítése
Az ezüst halogén alapú holografikus nyersanyagok kidolgozása
Egyéb nyersanyagok
Ellenőrző kérdések
Hivatkozások
9. Egyszerű és komplex optikai szűrőn alapuló, passzív sztereo technikák
Az anaglif (anaglyph) technika
Interferenciaszűrős rendszerek (Infitec)
10. Lineáris és cirkuláris polarizáción alapuló, passzív sztereo technikák
11. Szinkronizált takaráson alapuló, aktív sztereo technikák
12. A tényleges csatornajel szétválasztáson alapuló sztereo technikák
A párhuzamos nézés technikája
Kézi sztereoszkóp
Fejre illeszthető háromdimenziós kijelzők
A holovízió, mint háromdimenziós megjelenítési lehetőség
Felhasznált irodalom
13. Párhuzamos akadályokat alkalmazó autosztereo technikák
14. Volumetrikus (térbeli) háromdimenziós technikák
Statikus, volumetrikus kijelzők
Dinamikus, volumetrikus kijelzők
15. A háromdimenziós technikák alkalmazási lehetőségei
Háromdimenziós számítógépes játékok és más szoftverek
Háromdimenziós mozi
Háromdimenziós televíziózás
Háromdimenziós vizualizáció az iparban és az egészségügyben
A háromdimenziós megjelenítés alkalmazásának lehetőségei
A háromdimenziós megjelenítés távlatai
Ellenőrző kérdések a fejezethez
Felhasznált irodalmak
16. Háromdimenziós tartalmak további létrehozásának lehetőségei
A háromdimenziós technikák és a holográfia
Irodalmak

Az ábrák listája

1.1. Interdiszciplináris tudományok
1.2. Kognitív tudományok (az emberi agy fontosabb területei)
1.3. Az elektromágneses spektrum
1.4. Az elektromágneses spektrum látható tartományának kinagyítása
1.5. Az emberi látómező
1.6. Az emberi szem mozgató izmai
1.7. Az emberi szem felépítése
1.8. A retina felépítése
1.9. Akkomodációs hibák (balra: miópiás szem, jobbra: hiperópiás szem, alul: ezek korrekciói)
1.10. Receptív mezők
1.11. Látópálya és annak sérülései
1.12. Látásért felelős agyterületek
1.13. Az M sejtek és a P sejtek arányai
1.14. A retina fotoreceptorai (balra: pálcika, jobbra: csap)
1.15. A csapok és pálcikák sűrűsége a perinán (feketével: pálcikák, pirossal: csapok)
1.16. tárgyak színe
1.17. A csapok és pálcikák relatív érzékenységi görbéi
1.18. Az opponens-szín elmélet
1.19. A színkonstancia jelensége
1.20. Egy példa a Gestalt-szabályok alkalmazására (valójában a kép nem tartalmaz kockát)
1.21. A retinális nagyság (a két autó azonos képmérettel bír, mégis el tudjuk dönteni, hogy melyik van távolabb, ha rendelkezünk megfelelő priori információkkal a tárgyat illetően)
1.22. A horizont-hatás
1.23. A takarási-hatás
1.24. Perspektíva
1.25. Textúra
1.26. Az elkékülési hatás és légtávlat
1.27. A fény-árnyék játék
1.28. Akkomodáció
1.29. A mozgási parallaxis
1.30. A binokuláris parallaxis és diszparitás
1.31. A horopter és a sztereo látótér
1.32. Egy Julesz Béla féle random-dot sztereogramm
1.33. Egy rosszullétre okot adó jelenet az Avatar című filmből
2.1. A színingerek észlelésének folyamata
2.2. A metaméria jelenségének szemléltető ábrája
2.3. Az additív színkeverés
2.4. Hermann Günther Grassmann (1809-1877) [2.26.]
2.5. A szubtraktív színkeverés
2.6. A bíbor szín szubtraktív keverésének módja
2.7. A sárga szín szubtraktív keverésének módja
2.8. A kékeszöld (türkiz) szín szubtraktív keverésének módja
2.9. A vörös szín szubtraktív keverésének módja
2.10. A zöld szín szubtraktív keverésének módja
2.11. A kék szín szubtraktív keverésének módja
2.12. A színmeghatározás módszere
2.13. A CIE 1931 színmérő rendszer alap színingert megfeleltető függvényei
2.14. A CIE 1931 színmérő rendszer színingert megfeleltető függvényei
2.15. A CIE xyY színháromszög
2.16. A CIE 1931 színességi diagram
2.17. A Planck-vonal és a korrelált színhőmérséklet értelmezése
2.18. A CMY színrendszer
2.19. Példa egyenletes színtérre
2.20. A színinger különbség értelmezése a színtérben
2.21. A feladat értelmezése
2.22. A CRT monitorokon megvalósuló additív színkeverés gyakorlati kivitelezésének lehetséges módozatai
2.23. CRT monitor csatornáinak spektrális eloszlásfüggvényei [2.25.]
2.24. A feladat megoldásának menete
3.1. Vektoros A
3.2. Raszteres A
3.3. Homogén koordináták
3.4. G1 görbecsatlakozás
3.5. Nem G1 görbecsatlakozás
3.6. Nem G1 görbecsatlakozás
3.7. Az egyenes szakasz és adatai
3.8. Az egyenes szakasz súlyfüggvényei
3.9. Hermite-féle görbeszakasz
3.10. Az Hermite-féle súlyfüggvények
3.11. A harmadrendű Bezier-görbe
3.12. Spline görbe
3.13. A kardinális spline
3.14. A B-spline súlyfüggvények
3.15. A B-spline szakaszok a befoglaló téglalapban
3.16. Elfajuló B-spline szakaszok
3.17. Bezier féle felületfolt
3.18. Felületfoltok illesztése
3.19. CSG modellezés
3.20. A megjelenítési cső
3.21. Az általános axonometria
3.22. Az általános axonometria
3.23. A katonai axonometria
3.24. Centrális vetítés
3.25. A Window-Viewport transzformáció
3.26. Hátsó lap eldobás
3.27. Nem sorbarendezhető háromszögek
3.28. BSP fa
3.29. Területfelosztás (Area Dubdivision)
3.30. A területfelosztás esetei
3.31. A Z puffer és működése
3.32. A térszög
3.33. Pontszerű fényforrás
3.34. Irány fényforrás
3.35. Ambiens fényforrás
3.36. Az égboltfény
3.37. Reflektor fényforrás
3.38. A visszaverődés
3.39. Diffúz visszaverődés
3.40. Ideális visszaverődés
3.41. Fénytörés közegek határán
3.42. Phong-féle modell
3.43. Fénysugarak haladása nem átlátszó térben.
4.1. Az Open GL megjelenítési csővezeték
4.2. Háromszög raszterizálás, interpolálás
4.3. OpenGL, GLUT, és az alkalmazás helye a szoftveres veremben
4.4. Hagyományos OpenGL alkalmazás
4.5. GLUT alkalmazás
4.6. A kamera analógia
4.7. Az alakzatok
4.8. Az alakzatok
4.9. 10 pixeles zöld pont
4.10. Vonaltípusok
4.11. Háromszög láthatatlan éllel
4.12. Mintázott sokszög
4.13. GL_SMOOTH
4.14. GL_FLAT
4.15. Kör tesszeláció
4.16. Körlap
4.17. A képalkotási transzformációk sora
4.18. A gluLookAt() függvény kamera-pozíciója
4.19. A forgó téglalap
4.20. A glOrtho() leképezés
4.21. A centrális leképezés
4.22. Kör pixel koordinátákkal
4.23. A takarás kirajzolási sorrenddel
4.24. Mélység teszt algoritmus
4.25. Takarás mélység teszt algoritmussal
4.26. Dupla pufferelés
4.27. Dupla pufferelés
4.28. Forgó perspektivikus kocka
4.29. A glu elemek
4.30. A Bezier görbe
4.31. A Bezier felület
4.32. A Bezier felület
4.33. A Bezier felület
4.34. RGBA színek
4.35. Árnyalt zászló
4.36. Textúra
4.37. Vertex és index puffer
4.38. 3D-s objektum
4.39. A megvilágított 3D-s objektum
4.40. A megvilágított 3D-s objektum
4.41. glDisable(GL_CULL_FACE)
4.42. glEnable(GL_CULL_FACE)
5.1. Szabványos kijelző felbontások
5.2. A split-flap kijelző
5.3. Flip-dot kijelző
5.4. Vákuum fluoreszcens kijelző
5.5. Vákuum fluoreszcens kijelző
5.6. Csavart nematikus térvezérlésű LCD kijelző
5.7. Katódsugárcsöves képernyő
5.8. A színes televízió katódsugárcsövének felépítése
5.9. A SED és FED kijelzők vázlata (balra egy CRT kijelző látható)
5.10. Az E-papír elvi vázlata
5.11. A Gyricon működése
5.12. Színszűrős kivitel működése
5.13. E-book olvasó
5.14. Az e-ink elektroforézis technológia vázlata
5.15. LCD kijelző működése
5.16. A PDP kijelző felépítése
5.17. A PDP kijelző egy pixeljének felépítése
5.18. A lézer kivetítő felépítése
5.19. Hajlékony OLED kijelző
5.20. Egy OLED pixel felépítése
5.21. LED fal
5.22. A DMD technológia színkeverése
5.23. A DMD technológia színkeverése
5.24. A DMD pixelek felépítése
6.1. Háromdimenziós megjelenítés
6.2. Leonardo da Vinci arcképe
6.3. George Berkeley arcképe
6.4. Immanuel Kant arcképe
6.5. Hermann von Helmholtz arcképe
6.6. Rudolf Hermann Lotze arcképe
6.7. Charles Wheatstone arcképe
6.8. Wheatstone-féle sztereoszkóp
6.9. David Brewster arcképe
6.10. David Brewster posztere a kiállításon
6.11. Jules Duboscq arcképe
6.12. Brewster-féle sztereoszkóp
6.13. Oliver Wendell Holmes, Sr. arcképe
6.14. „Mexikói sztereoszkóp” képe
6.15. Julesz Béla arcképe
6.16. Julesz-féle random dot stereogram
6.17. Autosztereogram
6.18. Lumiere-fivérek
6.19. Edwin H. Land
6.20. Bwana Devil
6.21. IMAX kamera
6.22. IMAX vetítőgépek
6.23. Autosztereokopikus kijelző (PlayStation Portable)
6.24. Otthoni 3D TV
6.25. Autosztereokopikus kijelző (Nintendo)
6.26. 1800-as évekbeli festmény, amelyben egy sztereoszkóp is helyet kapott
6.27. 3d kamera egy sporteseményen
7.1. Wiggle-sztereogram
7.2. Wiggle-sztereogram
7.3. Wiggle-sztereogram
7.4. Autosztereogram (közelebb lévő tigrisek)
7.5. Autosztereogram (cápa)
7.6. Egy Julesz Béla féle random-dot sztereogram
8.1. A holografikus felvétel készítésének blokkvázlata
8.2. A hullám tulajdonságainak szemléltetése.
8.3. A hologram rekonstrukciójának blokkvázlata
8.4. A térfrekvencia fogalma
8.5. A digitális hologram készítésének blokkvázlata
8.6. A holografikus felvétel
8.7. Holografikus rekonstrukció
8.8. Holografikus interferometria
8.9. Kétexpozíciós holografikus interferometria
8.10. A kétexpozíciós holografikus interferogram készítésének blokkvázlata
8.11. A kétexpozíciós holografikus interferogram rekonstrukciójának blokkvázlata
8.12. A különböző ezüsthalogén alapú nyersanyagok spektrális érzékenysége.
8.13. Az ezüst halogén alapú nyersanyag karakterisztikája, a gamma görbe.
8.14. A 8E56 típusú, ezüsthalogén alapú holografikus nyersanyag karakterisztikája (katalógus adat)
8.15. Az ezüst halogén alapú nyersanyag felépítése.
8.16. A 8E75 típusú, ezüsthalogén alapú holografikus nyersanyag spektrális érzékenysége (katalógus adat)
8.17. Az amplitúdó hologram kidolgozásának menete
8.18. A fázis hologram kidolgozásának menete
8.19. A fotoreziszt emulzió a kidolgozás után
9.1. Anaglif kép
9.2. Anaglif szemüveg
9.3. Interferenciaszűrő-típusok
9.4. Az interferenciaszűrő működése
9.5. Interferenciaszűrő-készlet
10.1. Cirkuláris polarizációs szűrő mechanizmusa, a vetítőtől a projekciós felületig
10.2. Cirkuláris polarizációs szűrő mechanizmusa, a projekciós felülettől a szemig
11.1. Szinkronizált takaráson alapuló, aktív technika
12.1. Kézi sztereoszkóp I.
12.2. Kézi sztereoszkóp II.
12.3. Kézi sztereoszkóp III.
12.4. Fejre illeszthető háromdimenziós kijelző
14.1. Volumetrikus kijelző I.
14.2. Volumetrikus kijelző II.
14.3. Volumetrikus kijelző III.
14.4. Volumetrikus kijelző IV.
14.5. Statikus volumetrikus kijelző
14.6. Dinamikus volumetrikus kijelző