Apontamentos de Computação Gráfica

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Apontamentos de Computa¸c˜ ao Gr´ afica

Cap´ıtulo 8 - Visualiza¸c˜ao 3D

Prof. Jo˜ao Beleza Sousa Prof. Arnaldo Abrantes

LEIC/DEETC/ISEL

Novembro de 2008

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Introdu¸cão Projeçcões

Especifica¸cão da Visualiza¸cão (View) Modelo de Visualiza¸cão Java3D

Configurar uma Vista Java3D O Modo Compat´ıvel

Configura¸c˜ao da Vista em SimpleUniverse Criar a Sua Pr´opria Vista

Picking Head Tracking Resumo

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Objectivos

I Compreender o conceito de vista no processo de renderiza¸c˜ao 3D.

I Identificar as projec¸c˜oes paralela e de perspectiva.

I Especificar uma matriz de visualiza¸c˜ao (viewing).

I Especificar uma matriz de projec¸c˜ao.

I Aplicar o modelo de visualiza¸c˜ao standard do Java3D.

I Aplicar o modelo de visualiza¸c˜ao compat´ıvel do Java3D.

I Usar picking numa cena 3D.

I Compreender head-tracking nos modelos de visualiza¸c˜ao.

I Usar dispositivos de input como sensores e head-tracking em Java3D.

I Usar avatar in SimpleUniverse.

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Introdu¸c˜ao

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Introdu¸c˜ ao

I Depois de constru´ıdo um modelo 3D do mundo virtual, o processo de visualiza¸cão cria (renderiza) imagens do mundo virtual correspondentes à visualiza¸cão a partir de um determinado ponto de vista (view).

I A configura¸cão geométrica que define o mapeamento da cena virtual 3D numa imagem 2D é uma vista (view).

I Uma vista pode ser encarada como uma cˆamara digital.

I A vista define o modo como o mundo virtual ´e visualizado.

I As views dos sistemas gráficos modernos podem ser bastante sofisticadas e podem ter um grande número de parâmetros de configura¸cão.

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Introdu¸c˜ ao

I O viewpoint (ponto de vista) de uma vista está localizado no mundo virtual e “vê” o mundo virtual com uma direçcão e orienta¸cão espec´ıficas.

I Uma vista é caracterizada pelo tipo de projeçcão 3D para 2D, o campo de vista, os planos de cliping front e back, o

tamanho do plate, etc.

I O modelo da vista pode ser o de uma câmara estática, ou pode ser um modelo dinâmico se, por exemplo, o

posicionamento da vista, se for alterando ao longo do tempo.

I A maioria das API’s low-level suporta apenas um modelo de visualiza¸cão baseado em câmara estática.

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Introdu¸c˜ ao

I Tipicamente o modelo de visualiza¸cão baseado em câmara é especificado por dois tipos de parâmetros: as propriedades da projeçcão e o posicionamento da câmara.

I Com o modelo de visualiza¸cão estático é normalmente dif´ıcil de programar comportamentos dinâmicos.

I Caso, por exemplo, o sistema de visualiza¸cão seja uma câmara montada na cabe¸ca associada a um sistema de tracking, a movimenta¸cão da câmara resulta na altera¸cão cont´ınua das propriedades de visualiza¸cão.

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Introdu¸c˜ ao

I Em Java3D o sistema de visualiza¸cão é muito versátil.

Suporta todas as possibilidades tradicionais dos modelos de visualiza¸cão estáticos assim como a possibilidade de altera¸cões dinâmicas do modelo de visualiza¸cão.

I Os efeitos das altera¸cões no modelo de visualiza¸cão podem ser incluidos automaticamente através de objectos separados sem alterar explicitamente a estrutura de visualiza¸cão.

I O mesmo grafo de cena pode ser usado com uma grande variedade de op¸c˜oes de visualiza¸c˜ao.

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Introdu¸c˜ ao

I A seleçcão de objectos na cena 3D a partir da projeçcão 2D, designada por picking, é, de certa forma, o processo inverso do processo de visualiza¸cão.

I Dada a seleçcão de um pixel na imagem 2D resultante da renderiza¸cão da cena 3D pretende-se saber qual o objecto da cena 3D seleccionado.

I O picking possibilita a interac¸c˜ao coma cena 3D a partir da imagem 2D renderizada. Exemplo: seleccionar e mover ou rodar objectos com o mouse.

I Java3D suporta picking a v´arios n´ıveis.

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Projec¸c˜oes

(11)

Projec¸c˜ oes

I A visualiza¸cão da cena 3D com uma imagem 2D é conseguida com uma transforma¸cão chamada projeçcão.

I Há dois tipos principais de projeçcões: a paralela e a de perspectiva.

I Em ambos os casos h´a um plano de visualiza¸c˜ao (view plane) colocado no mundo virtual.

I A projec¸c˜ao mapeia os pontos do mundo virtual em pontos do view plane.

I De forma a tornar o processo de visualiza¸cão exequ´ıvel são efectuadas algumas restri¸cões, tanto no espa¸co virtual mapeado como no plano de mapeamento.

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Projec¸c˜ oes

I A projeçcão é efectuada numa área finita do plano de

projeçcão. Normalmente uma área rectangular, chamada view plate.

I Os pontos do mundo virtual cuja projeçcão fica fora do view plate não são projectados.

I Os pontos que estão muito perto ou muito longe do plano de visualiza¸cão também não são projectados.

I Estas restri¸c˜oes fazem com que apenas um volume finito do espa¸co virtual 3D seja projectado e consequentemente visualizado. Este volume chama-se view frustum.

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Projec¸c˜ oes

I A projeçcão paralela projecta os pontos 3D no plano de visualiza¸cão segundo linhas paralelas, com uma direçcão fixa.

I Quando as linhas de projeçcão são perpendiculares ao plano de visualiza¸cão a projeçcão chama-se ortográfica.

I As projeçcões ortográficas segundo os 3 eixos de coordenadas são muito usadas em engenharia e arquitectura e chamam-se planta, al¸cado frontal e al¸cado lateral.

I As fórmulas de projeçcão paralela são relativamente simples.

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Projec¸c˜ oes

I Supondo que o plano de visualiza¸cão é o plano xy e que a projeçcão é efectuada segundo a direçcão do eixo dos z’s, então um ponto 3D (x,y,z) é mapeado no ponto 2D (x,y).

Matricialmente:





 x⁰ y⁰ z⁰ w⁰







=







1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1











 x y z w







(15)

Projec¸c˜ oes

I Na realidade, para efeitos da determina¸cão das partes escondidas dos objectos, é desejável manter a informa¸cão da coordenada z. Assim a matriz de transforma¸cão da projeçcão paralela vem igual à matriz identidade:







1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1







(16)

Projec¸c˜ oes

I A projeçcão de perspectiva projecta os pontos 3D no plano de visualiza¸cão segundo linhas que convergem num único ponto.

I O ponto de convergˆencia chama-se viewer ou posi¸c˜ao do olho.

I Os objectos mais próximos do observador (posi¸cão do olho) são projectados com maiores dimensões do que os mais long´ınquos.

I Este tipo de projeçcão é semelhante à projeçcão que ocorre no olho humano e nas máquina fotográficas.

I As fórmulas de projeçcão de perspectiva são mais complexas do que as da projeçcão paralela.

(17)

Projec¸c˜ oes

I Supondo que o plano de visualiza¸cão é o plano xy e que o olho está situado em (0,0,d) e olha na direçcão do eixo dos z’s no sentido dos z’s negativos.

I Um ponto (x,y,z) no espa¸co 3D ´e projectado no ponto (x⁰,y⁰,0) do plano de visualiza¸c˜ao.

I Relativamente `a coordenada y verifica-se que:

y⁰

d = y

d + (−z) ou seja,

y⁰= y 1 +−z/d

(18)

Projec¸c˜ oes

I O mesmo se passa em rela¸c˜ao ´a coordenada x:

x⁰ = x 1 +−z/d

I As opera¸cões de cálculo de x’ e y’ podem ser efectuadas em coordenadas homogéneas pela transforma¸cão:





 x⁰ y⁰ z⁰ w⁰







=







1 0 0 0

0 1 0 0

0 0 0 0

0 0 −1/d 1











 x y z w







(19)

Projec¸c˜ oes

I O resultado desta transforma¸c˜ao sobre o ponto (x,y,z,1) ´e:





 x⁰ y⁰ z⁰ w⁰







=







1 0 0 0

0 1 0 0

0 0 0 0

0 0 −1/d 1











 x y z 1







=





 x y 0 1−z/d







I E, dado que a transforma¸cão foi efectuada em coordenadas homogéneas, as coordenadas (x⁰,y⁰,z⁰) no espa¸co 3D são (dividir por w⁰):

(x⁰ = x

1−z/d,y⁰ = y

1−z/d,z⁰= 0)

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Projec¸c˜ oes

I Tal como no caso da projeçcão paralela, para efeitos da determina¸cão das partes escondidas dos objectos, é desejável manter a informa¸cão da coordenada z. Assim a matriz de transforma¸cão vem:







1 0 0 0

0 1 0 0

0 0 1 0

0 0 −1/d 1







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Projec¸c˜ oes

I Em coordenadas homogéneas as projeçcões paralela e de perspectiva são tratadas de forma uniforme como as transforma¸cões afins.

I Se d tender para infinito, como

d→∞lim (−1/d) = 0

, a projeçcão de perspectiva tende para a projeçcão paralela.

I A projeçcão paralela é na verdade uma projeçcão de perspectiva em que a posi¸cão do olho está no infinito.

I As coordenadas do view point da projeçcão de perspectiva são (0,0,d) ou (0,0,1,1/d) em coordenadas homogéneas.

I Quando d tende para infinito o view point tende para

(0,0,1,0), um ponto no infinito em coordenadas homog´eneas.

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Especifica¸c˜ao da Visualiza¸c˜ao (View)

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Especifica¸c˜ ao da Visualiza¸c˜ ao (View)

I A especifica¸cão completa de uma view pode ser dividida em duas partes: a defini¸cão do volume de visualiza¸cão e o posicionamento do olho.

I Se uma view for especificada como uma câmara (máquina fotográfica), então o volume de visualiza¸cão é determinado pelas caracter´ısticas da câmara, como a distância focal e o tamanho do filme, e o posicionamento corresponde à posi¸cão da câmara.

I A defini¸cão do volume de visualiza¸cão é normalmente

representado por uma matriz de projec¸c˜ao (projection matrix).

I O posicionamento do olho ´e normalmente representado por uma matriz de visualiza¸c˜ao (viewing matrix).

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Especifica¸c˜ ao da Visualiza¸c˜ ao (View)

I Os parâmetros seguintes dizem respeito ao volume de visualiza¸cão (matriz de projeçcão):

Projec¸c˜ao Paralela ou de perspectiva.

View Plate A janela para renderiza¸cão. Normalmente é uma janela rectangular. Numa máquina fotográfica analógica o view plate corresponde ao film frame.

Campo de Visão (Field of View - fov) O ângulo horizontal formado pelos planos esquerdo e direito do frustum. Embora não seja frequente, os campos de visão vertical e diagonal podem ser definidos de forma semelhante.

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Especifica¸c˜ ao da Visualiza¸c˜ ao (View)

I Parâmetros de especifica¸cão da matriz de projeçcão (continua¸cão):

Distância Focal a distância entre o view plate e o view point (entre o plano de visualiza¸cão e a posi¸cão do olho).

Aspect Ratio O quociente entre a largura e a altura do view plate.

Front/Near Clip Plane O plano da frente do frustum.

Back/Far Clip Plane O plano de tr´as do frustum.

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Especifica¸c˜ ao da Visualiza¸c˜ ao (View)

I Nem todos estes parˆametros s˜ao independentes.

I Por exemplo, a distância focal, o campo de visão horizontal e a largura do view plate estão relacionados pela fórmula:

tanfov

2 = width/2 f

I Uma máquina fotográfica de 35 mm com uma lente de 50 mm tem um fotograma de 36 mm por 24 mm, um campo de visão de 40ô, e um aspect ratio de 1,5.

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Especifica¸c˜ ao da Visualiza¸c˜ ao (View)

I Numa máquina fotográfica real o filme é colocado por de trás da lente o que faz com que a imagem projectada fique invertida (tanto vertical como horizontalmente).

I No entanto em computa¸cão gráfica o plano de visualiza¸cão é colocado em frete ao olho pelo que a imagem projectada não fica invertida.

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Especifica¸c˜ ao da Visualiza¸c˜ ao (View)

I A matriz de projeçcão é definida no sistema de coordenadas do olho. O olho fica colocado na origem, olha no sentido dos z’s negativos e está orientado verticalmente no sentido do eixo dos y’s.

I A matriz de projeçcão incorpora a especifica¸cão do volume de visão definindo uma transforma¸cão de projeçcão que mapeia o volume em causa num volume standard com vértices

(+−1 + 11,+−1).

I Para definir completamente a ponto de vista no mundo virtual

´

e necessário especificar a sua localiza¸cão, a direçcão em que está a olhar e a direçcão vertical.

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Especifica¸c˜ ao da Visualiza¸c˜ ao (View)

I Os parâmetros seguintes dizem respeito à posi¸cão do olho (viewing transform):

Viewpoint, view-reference point (vrp, eye) A posi¸cão da câmara (ou do olho), o ponto3D onde a câmara (ou o olho) está localizado no mundo virtual.

View Center (look) O centro do view plate, ou o ponto para o qual o olho est´a a olhar.

View up direction (up) a direc¸c˜ao vertical do ponto de vista do viewer.

View plane O plano no qual a imagem ´e projectada.

View plane normal A normal ao view plane.

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Especifica¸c˜ ao da Visualiza¸c˜ ao (View)

I Em computa¸cão gráfica é frequente especificar o view point pela sua localiza¸cão 3D, o view center (look) e a direçcão vertical (up).

I A matriz de viewing especifica a posi¸cão do olho definindo uma transforma¸cão que modifica a posi¸cão do olho a partir da posi¸cão standard.

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Especifica¸c˜ ao da Visualiza¸c˜ ao (View)

I A posi¸cão standard (quando a matriz de viewing é a matriz identidade) é aquela que é definida pelo sistema de

coordenadas do olho, tipicamente com o olho na origem a olhar na direc¸c˜ao dos z’s negativos e com a vertical no eixo dos y’s.

I Se o view point for deslocado para (a,b,c) sem alterar a orienta¸c˜ao, a matriz de viewing ´e dada por:







1 0 0 −a 0 1 0 −b 0 0 1 −c

0 0 0 1







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Modelo de Visualiza¸c˜ao Java3D

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Modelo de Visualiza¸c˜ ao Java3D

I O modelo de visualiza¸cão Java3D é muito versátil. Suporta ajustes dinâmicos baseados em altera¸cões do ambiente, assim como o modelo baseado em câmara estática.

I E definido por um viewing branch (ramo de visualiza¸c˜´ ao) ligado a um Locale do grafo de cena.

I As classes Java3D directamente relacionadas com viewing s˜ao:

ViewPlatform, View, PhysicalBody, PhysicalEnvironment, Canvas3D e Scren3D.

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Configurar uma Vista Java3D

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Configurar uma Vista Java3D

I Um objecto ViewPlatform ´e um n´o do grafo de cena que representa a presen¸ca de uma view no mundo virtual.

I Tal como qualquer outro n´o do grafo de cena, o ViewPlatform pode estar inclu´ıdo numa cadeia de transforma¸c˜oes

geom´etricas e outros n´os que o associem a um Locale.

I O TransformGroup ligado à ViewPlatform define a transforma¸cão de posicionamento e orienta¸cão da ViewPlatform, a viewing matriz.

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Configurar uma Vista Java3D

I A classe Transform3D tem um m´etodo que ajuda a construir a viewing matriz:

void lookAt(Point3d eye, Point3d look, Vector3d up)

I A inversa desta transforma¸cão pode ser usada para especificar a transforma¸cão do TransformGroup que contém a

ViewPlatform.

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Configurar uma Vista Java3D

I O objecto View é o núcleo do sistema de visualiza¸cão. Define a configura¸cão principal da visualiza¸cão incluindo propriedades como o tipo de projeçcão e o volume de visão, ou seja, define a matriz de projeçcão.

I Os métodos que permitem definir a matriz de projeçcão são:

void setFieldOfView(double fov) void setFrontClipDistance(double d) void setBackClipDistance(double d) void setProjectionPolicy(int projection)

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Configurar uma Vista Java3D

I O objecto View pode também acomodar a altera¸cão dinâmica dos parâmetros de visualiza¸cão através da liga¸cão a

PhysicalBody e PhysicalEnvironment.

I Os objectos PhysicalBody e PhysicalEnvironment permitem suportar a calibra¸c˜ao autom´atica usando sistemas de

visualiza¸cão dinâmicos como câmaras montadas na cabe¸ca e sensores de tracking (seguimento) da cabe¸ca.

I O objecto PhysicalBody descreve as caracter´ısticas f´ısicas do utilizador ou da sua cabe¸ca.

I O objecto PhysicalEnvironment cont´em informa¸c˜ao relativa ao ambiente f´ısico como sejam sensores de tracking (seguimento).

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Configurar uma Vista Java3D

I A classe Canvas3D constitui a superf´ıcie de renderiza¸c˜ao.

I A class Canvas3D ´e uma sub-classe de Canvas AWT e pode ser adicionada a um contentor AWT.

I O construtor normalmente utilizado ´e:

public Canvas3D(GraphicsConfiguration gc)

I A classe Screen3D descreve o dispositivo de display.

I Os objectos Canvas3D referenciam um objecto Screen3D.

I A classe Screen3D é uma classe separada de Canvas3D para evitar a duplica¸cão do display quando existem vários objectos Canvas3D.

I A classe Screen3D não tem nenhum construtor público. O objecto Screen3D é obtido através do método getScreen3D da classe Canvas3D.

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O Modo Compat´ıvel

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O Modo Compat´ıvel

I O Java3D disponibiliza um modo compat´ıvel com OpenGL que suporta o modelo tradicional de viweing baseado numa cˆamara.

I O modo compat´ıvel pode ser ligado usando o m´etodo da classe View:

void setCompatibilityModeEnable(boolean enabled)

I A classe Transform3D contém métodos que permitem especificar as matrizes de viewing e de projeçcão.

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O Modo Compat´ıvel

I A matriz de viewing pode ser especificada atrav´es do m´etodo:

void lookAt(Point3d eye, Point3d look, Vector3d up)

I A matriz de projeçcão pode ser especificada com um dos métodos:

void perpective(double fov, double aspect, double near, double far)

void frustum(double left, double right, double bottom, double top, double near, double far)

void ortho(double left, double right, double bottom, double top, double near, double far)

I As coordenadas destes métodos são relativas à posi¸cão do olho (vrp).

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O Modo Compat´ıvel

I Os métodos perspective e frustum definem uma projeçcão de perspectiva. O método ortho uma projeçcão paralela.

I As chamadas seguintes s˜ao equivalentes:

perspective(Math.PI/2, 2, 1, 2) frustum(-1, 1, -0.5, 0.5, 1, 2)

I As matrizes de projeçcão e visualiza¸cão podem ser especificadas com:

void setVpcToEc(Transform3D viewingMatrix)

void setLeftProjection(Transform3D projectionMatrix) void setRightProjection(Transform3D projectionMatrix)

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O Modo Compat´ıvel

I No modo compat´ıvel todos os parˆametros da view s˜ao especificados no objecto View.

I No modo Java3D n˜ao compat´ıvel os parˆametros de

visualiza¸c˜ao finais podem ser influenciados por outros objectos como o PhysicalBody e o PhysicalEmvironment.

I Os métodos de especifica¸cão das matrizes de projeçcão e de visualiza¸cão não são válidos no modo não compat´ıvel.

I O modo compat´ıvel é um modo restrito que não suporta todas as funcionalidades do modo Java3D. O objectivo é ser simples e compat´ıvel com OpenGL.

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Configura¸c˜ao da Vista em SimpleUniverse

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Configura¸c˜ ao da Vista em SimpleUniverse

I O objecto SimpleUniverse contém uma implementa¸cão de um sistema de visualiza¸cão pronto a usar.

I O sistema est´a dividido em duas partes: o Viewer e a ViewingPlatform.

I O Viewer cont´em um View, um ViewAvatar, um

PhysicalBody, um PhysicalEnvironment e um conjunto de objectos Canvas3D.

I A ViewingPlatform cont´em um ViewPlatform e um

MultiTransformGroup que por sua vez contém uma série de nós TransformGroup ligados entre si.

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Configura¸c˜ ao da Vista em SimpleUniverse

I Por omiss˜ao o SimpleUniverse tem apenas um TransformGroup no MultiTransformGroup. Existem construtores que permitem especificar o n´umero de TransformGroup’s a usar:

SimpleUniverse(int numTrans)

SimpleUniverse(Canvas3D canvas, int numTrans)

I Para obter o View do SimpleUniverse pode usar-se:

View view = su.getViewer().getView();

I Para obter o TransformGroup que cont´em o ViewPlatform (o TransformGroup acima de ViewPlatform) pode usar-se:

TransformGroup tg =

su.getViewingPlatform().getViewPlatformTransform();

I Para obter um TransformGroup espec´ıfico pode usar-se:

TransformGroup tg =

su.getViewingPlatform().getMultiTransformGroup().

getTransformGroup(idx);

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Configura¸c˜ ao da Vista em SimpleUniverse

I As caracter´ısticas de visualiza¸cão de SimpleUniverse pré-definidas são:

Compatibility mode false.

Left projection identidade.

Right projection identidade vpc-to-ec tranform identidade.

Field of view π/4 Front clip distance 0,1 Back clip distance 10

(49)

Configura¸c˜ ao da Vista em SimpleUniverse

I O exemplo seguinte altera as caracter´ısticas de visualiza¸c˜ao de SimpleUniverse de forma a que ViewPlatform seja movido para (1,1,1), olhe para a origem com um campo de vis˜ao de 0,4π.

SimpleUniverse su = new SimpleUniverse(cv);

TransformGroup tg =

su.getViewingPlatform().getMultiTransformGroup().

getRransformGroup(0);

Transform3D tx = new Transform3D();

tx.lookAt(new Point3d(1,1,1), new Point3d(0,0,0), new Vector3d(0,1,0));

tx.invert();

tg.setTransform(tx);

View view = su.getViewer().getView();

view.setFieldOfView(0.4*Math.PI);

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Criar a Sua Pr´opria Vista

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Criar a Sua Pr´ opria Vista

I Quando o viewing system disponibilizado por SimpleUniverse não for adequado à aplica¸cão em causa pode construir-se o viewing branch de raiz.

I O viewing branch tem que incluir um objecto View, um ViewPlatform, um PhysicalBody e um PhysicalEnvironment.

(52)

Criar a Sua Pr´ opria Vista

I O tro¸co de c´odigo que se segue ilustra a cria¸c˜ao de um viewing branch:

View view = new View();

view.setProjectionPolicy(View.PARALLEL PROJECTION);

ViewPlatform vp = new ViewPlatform();

view.addCanvas3D(cv);

view.attachViewPlatform(vp);

view.setPhysicalBody(new PhysicalBody());

view.setPhysicalEnvironment(new PhysicalEnvironment());

Transform3D trans = new Transform3D();

trans.lookAt(eye, center, vup);

trans.invert();

TransformGroup tg = new TransformGroup(trans);

tg.addChild(vp);

BranchGroup bgView = new BranchGroup();

bgView.addChild(tg);

(53)

Criar a Sua Pr´ opria Vista

I O grafo de cena pode conter mais do que um View.

I V´arios View’s no mesmo grafo de cena permitem visualizar o mesmo mundo virtual de diferentes perspectivas.

(54)

Picking

(55)

Picking

I Picking ´e, de certa forma, o problema inverso de viewing.

I Dado um pixel no plano 2D qual o objecto 3D projectado nesse pixel?

I Uma aplica¸cão t´ıpica de picking é a seleçcão de objectos 3D com o mouse.

I Um ponto no plano de visualiza¸c˜ao 2D corresponde a um raio de pontos no mundo virtual 3D.

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Picking

I No caso da projeçcão de perspectiva às coordenadas (x⁰,y⁰) no plano de projeçcão correspondem todos os pontos no mundo 3D (x,y,z) que verificam:

x=x⁰(1−z/d) y =y⁰(1−z/d)

I Definindo como parâmetrot= 1−z/d as equa¸cões paramétricas do raio são:

x=x⁰t y=y⁰t z =d(1−t)

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Picking

I Para permitir alguma tolerância na seleçcão dos objectos, trata-se o ponto projectado como um disco (em vez de um ponto com área nula).

I O raio de projeçcão torna-se um cone na projeçcão de perspectiva e um cilindro na projeçcão paralela.

I No caso da projeçcão de perspectiva, sendo r o raio do disco, a equa¸cão do cone de picking é:

x

1−z/d −x⁰ 2

+ y

1−z/d −y⁰ 2

=r²

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Picking

I Em Java3D o suporte para picking existe a v´arios n´ıveis.

I O núcleo das fun¸cões de picking é suportado pelas classes PickShape, SceneGraphPath e pelos métodos de picking das classes BranchGroup e Locale.

I As classes dos packages com.sun.j3d.utils.picking e om.sun.j3d.utils.picking.behavior suportam opera¸c˜oes de picking de alto n´ıvel.

I Uma opera¸cão elementar de picking é efectuada criando um objecto PickShape e chamando o método pick num

BranchGroup ou num Locale. O resultado do picking ´e devolvido num objecto SceneGraphPath.

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Picking

I A hierarquia de classes de PickShape ´e composta pelas sub-classes: PickBounds, PickCone, PickCylinder, PickPoint, PickRay e PickSegment.

I As classes BranchGroup e Locale contˆem os seguintes m´etodos de picking:

SceneGrapPath[] pickAll(PickShape pickShape) SceneGrapPath[] pickAllSorted(PickShape pickShape) SceneGrapPath pickAny(PickShape pickShape) SceneGrapPath pickClosest(PickShape pickShape)

I Em muitas opera¸cões de picking é necessário não só conhecer o objecto seleccionado como também o ramo do grafo onde o objecto está inserido.

I O objecto SceneGrapPath representa o caminho desde um Locale at´e a um n´o folha no grafo de cena.

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Picking

I O tro¸co de c´odigo que se segue ilustra o procedimento de picking efectuado num BranchGroup:

Point3d origin = new Point3d(0,0,0);

Vector3d direction = new Vector3d(0,1,-1);

PickShape pickShape = new PickRay(origin, direction);

SceneGrapPath[] paths = branchGroup.pickAll(pickShape);

for (int i=0; i ¡ paths.length; i++) { // do something with paths[i]

}

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Picking

I A opera¸cão mais comum de picking é permitir a seleçcão de objectos a partir da imagem 2D resultante da renderiza¸cão da cena 3D.

I O package com.sun.j3d.utils.picking cont´em 4 classes que simplificam este processo: PickTool e a sub-classe

PickCanvas, PickIntersection e PickResult.

I A classe PickTool cont´em os m´etodos:

PickResult[] pickAll() PickResult[] pickAllSorted() PickResult pickAny() PickResult pickClosest()

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Picking

I A sub-classe PickCanvas simplifica a especifica¸cão da pick shape através da associa¸cão a um canvas.

I Um evento de mouse pode ser usado para gerar automaticamente a pick shape.

I Os construtores seguintes de PickCanvas permitem associar um Canvas3D com um BranchGroup ou com um Locale:

public PickCanvas(Canvas3D cv, BranchGroup bg) public PickCanvas(Canvas3D cv, Locale lc)

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Picking

I O resultado do picking ´e um objecto PickResult.

I O objecto PickResult contém informa¸cão relativa ao ao nó seleccionado (picked), ao SceneGrapPath e à intercep¸cão entre a forma seleccionada e a forma de picking.

I O objecto PickIntersection contém informa¸cão detalhada sobre a intercep¸cão entre a forma usado para picking e a forma do nó seleccionado.

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Head Tracking

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Head Tracking

I A especifica¸cão da view depende da localiza¸cão e da orienta¸cão dos olhos.

I Se a posi¸c˜ao da cabe¸ca do viewer mudar a especifica¸c˜ao da view tem que ser alterada.

I Em Java3D a tarefa de recalcular dinamicamente a

especifica¸cão da view de acordo com a posi¸cão da cabe¸ca do viewer é suportada pelas classes View, Sensor, PhysicalBody e PhysicalEnvironment.

I O sistema de seguimento (tracking) ´e baseado num dispositivo com 6 graus de liberdade 6DOF (six-degrees-of-freedom).

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Head Tracking

I A interface Java3D InputDevice define o dispositivo. Uma implementa¸c˜ao de InputDevice disponibiliza um array de Sensor.

I Os objectos Sensor disponibilizam os dados de input do dispositivo.

I A classe InputDevice tem métodos de inicializa¸cão de de obten¸cão de sensores:

void initialize()

Sensor getSensor(int sensorIndex)

I O objecto PhysicalEnvironment cont´em os objectos InputDevice. Para adicionar um InputDevice usa-se:

void addInputDevice(InputDevice device)

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Head Tracking

I O objecto PhysicalEnvironment contém também as associa¸cões entre as entidades 6DOF e os sensores.

I Por exemplo, por omiss˜ao, as 3 primeiras entidades 6DOF de PhysicalEnvironment s˜ao UserHead, DominatHand e

NondominanteHand, com ´ındices 0, 1 e 2, respectivamente.

I Para associar um sensor a UserHead usa-se o m´etodo de PhysicalEnvironment:

setSensor(0, sensor);

I O seguimento de cabe¸ca está desligado por omissão. Para ligá-lo usa-se o método de View:

view.setTrackingEnable(true);

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Head Tracking

I Há duas op¸cões de montagem virtual do display: room mounted ou head mounted. Estas op¸cões são especificadas em View, com os valores SCREEN VIEW ou HMD VIEW:

void setViewPolicy(int viewPolicy);

I Com a op¸cão head mounted é ainda necessário alterar a pol´ıtica de visão de Canvas3D de

View.CYCLOPEAN EYE VIEW para View.LEFT EYE VIEW:

canvas.setMonoscopicViewPolicy(View.LEFT EYE VIEW);

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Head Tracking

I A representa¸c˜ao visual do viewer na cena 3D chama-se avatar.

I O objecto Viewer em SimpleUniverse permite incluir o viewer avatar:

ViewerAvatar avatar = new ViewAvatar();

su.getViewer().setAvatar(avatar);

I A classe ViewerAvatar ´e sub-classe de BranchGroup.

I A localiza¸cão do avatar está associada à view platform.

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Resumo

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Resumo de Classes e M´ etodos

javax.media.j3d.View

javax.media.j3d.ViewPlatform javax.media.j3d.Canvas3D javax.media.j3d.Screen3D javax.media.j3d.PhysicalBody

javax.media.j3d.PhysicalEnvironment javax.media.j3d.InputDevice

javax.media.j3d.Sensor

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Resumo de Classes e M´ etodos

com.sun.j3d.util.universe.ViewAvatar javax.media.j3d.PickShape

javax.media.j3d.BranchGroup.pickAll(PickShape) javax.media.j3d.BranchGroup.pickAny(PickShape) javax.media.j3d.BranchGroup.pickSorted(PickShape) javax.media.j3d.BranchGroup.pickClosest(PickShape) com.sun.j3d.utils.picking.PickCanvas

javax.media.j3d.setTrackingEnable(boolean)

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Resumo de Termos

view volume projection matrix viewing matrix perspective projection parallel projection

vrp view center

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Resumo de Termos

view up direction fov front clip plane back clip plane

aspect ratio compatibility mode

6dof avatar

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FIM