Поверхность подразделения Кэтмулла – Кларка
Кэтмулла -Кларка Алгоритм — это метод, используемый в 3D-компьютерной графике для создания изогнутых поверхностей с использованием поверхности с разделением моделирования . Он был разработан Эдвином Кэтмаллом и Джимом Кларком в 1978 году как обобщение бикубических однородных поверхностей B-сплайна на произвольную топологию . [1]
В 2005 году Эдвин Кэтмалл вместе с Тони ДеРоузом и Джосом Стэмом получил премию Американской киноакадемии за технические достижения за изобретение и применение поверхностей разделения. ДеРоуз писал об «эффективной и справедливой интерполяции» и анимации персонажей. Стэм описал метод прямой оценки предельной поверхности без рекурсии.
Рекурсивная оценка
[ редактировать ]Поверхности Катмулла-Кларка определяются рекурсивно с использованием следующей схемы уточнения. [1]
Начните с сетки произвольного многогранника . Все вершины этой сетки будем называть исходными точками .
- Для каждого лица добавьте точку лица
- Установите каждую точку грани как среднее значение всех исходных точек для соответствующей грани.
- Для каждого ребра добавьте точку ребра .
- Установите каждую точку края как среднее значение двух соседних точек грани (A,F) и двух конечных точек края (M,E). [2]
- Для каждой исходной точки ( P) возьмите среднее значение ( F) всех n (недавно созданных) точек граней для граней, соприкасающихся с P , и возьмите среднее значение (R) всех n средних точек ребер для исходных ребер, соприкасающихся с P , где каждая средняя точка ребра является средним значением двух его конечных точек (не путать с новыми граничными точками, указанными выше). (Обратите внимание, что с точки зрения вершины P количество ребер, соседних с P, также является количеством соседних граней, следовательно, n )
- Переместите каждую исходную точку в новую точку вершины. Это барицентр P ( , R и F с соответствующими весами ( n - 3), 2 и 1)
- Сформируйте края и грани в новой сетке.
- Соедините каждую новую точку грани с новыми точками ребер всех исходных ребер, определяющих исходную грань.
- Соедините каждую новую точку вершины с новыми точками ребер всех исходных ребер, инцидентных исходной вершине.
- Определите новые грани как окруженные краями
Характеристики
[ редактировать ]Новая сетка будет состоять только из четырехугольников , которые в целом не будут плоскими . Новая сетка обычно будет выглядеть «более гладкой» (то есть менее «зубчатой» или «заостренной»), чем старая. Повторное подразделение приводит к тому, что сетки становятся все более и более округлыми.
Произвольная на вид формула барицентра была выбрана Кэтмеллом и Кларком на основе эстетического вида полученных поверхностей, а не на математическом выводе , хотя они приложили все усилия, чтобы строго показать, что метод сходится к бикубическим B-сплайновым поверхностям. [1]
Можно показать, что предельная поверхность, полученная в результате этого процесса уточнения, не менее в необыкновенных вершинах и везде (когда n указывает, сколько производных непрерывны , мы говорим о непрерывность ). После одной итерации количество необыкновенных точек на поверхности остается постоянным.
Точная оценка
[ редактировать ]Предельную поверхность поверхностей подразделения Катмулла – Кларка также можно вычислить напрямую, без какого-либо рекурсивного уточнения. Этого можно добиться с помощью техники Джоса Стама (1998). [3] Этот метод переформулирует процесс рекурсивного уточнения в матричную экспоненциальную задачу, которую можно решить непосредственно посредством диагонализации матрицы .
Программное обеспечение, использующее алгоритм
[ редактировать ]Этот раздел нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( Апрель 2013 г. ) |
- 3дс Макс
- 3D-Пальто
- AC3D
- Аним8ор
- Автокад
- Блендер [4]
- Каррара
- CATIA (Представьте и сформируйте)
- КГАЛ
- Гепард3D
- Синема4Д
- Clara.io
- Я верю (фристайл) [5]
- Даз Студия, 2.0
- ДелеД Сообщество Edition
- ДелеД Дизайнер
- Молоток
- Шестиугольник
- Гудини
- LightWave 3D, версия 9
- Сделать человеком
- Майя
- Метасеквойя
- СПОСОБ
- Грязевой ящик
- Надстройка Power Surfacing для SolidWorks
- от Pixar OpenSubdiv [6] [7] [8] [9] [10]
- PRMan
- Реалсофт3D
- Remo 3D
- Оттенок
- Rhinoceros 3D - Плагин Grasshopper 3D - Плагин Weaverbird
- Силос
- SketchUp — требуется плагин.
- Софтимейдж XSI
- Слой 3D CX
- Крылья 3Д
- Збраш
См. также
[ редактировать ]- Обозначение многогранника Конвея - набор связанных операторов топологического многогранника и многоугольной сетки.
- Поверхность подразделения Ду-Сабина
- Поверхность разделения контура
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с Кэтмалл, Э .; Кларк, Дж. (1978). «Рекурсивно сгенерированные поверхности B-сплайна на произвольных топологических сетках» (PDF) . Компьютерное проектирование . 10 (6): 350. дои : 10.1016/0010-4485(78)90110-0 . S2CID 121149868 .
- ^ «Поверхность подразделения Кэтмалла – Кларка - Розеттский кодекс» . Rosettacode.org . Проверено 13 января 2022 г.
- ^ Стэм, Дж. (1998). «Точная оценка поверхностей подразделения Катмулла-Кларка при произвольных значениях параметров» (PDF) . Материалы 25-й ежегодной конференции по компьютерной графике и интерактивным технологиям - SIGGRAPH '98 . стр. 395–404 . CiteSeerX 10.1.1.20.7798 . дои : 10.1145/280814.280945 . ISBN 978-0-89791-999-9 . S2CID 2771758 .
- ^ «Модификатор поверхности подразделения» . 15 января 2020 г.
- ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 23 ноября 2016 г. Проверено 4 декабря 2016 г.
{{cite web}}
: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ) - ^ Мануэль Кремер (2014). «OpenSubdiv: взаимодействие вычислений и рисования на графическом процессоре». В Мартине Ватте; Эрвин Куманс; Джордж Эль-Кура; и др. (ред.). Многопоточность для визуальных эффектов . ЦРК Пресс. стр. 163–199. ISBN 978-1-4822-4356-7 .
- ^ Знакомьтесь с экспертами: Pixar Animation Studios, проект OpenSubdiv . Ютуб . Архивировано из оригинала 11 декабря 2021 г.
- ^ «Pixar's OpenSubdiv V2: подробный обзор» . 18 сентября 2013 г.
- ^ AV Media gputechconf.com
- ^ Демо-версия OpenSubdiv Blender . Ютуб . Архивировано из оригинала 11 декабря 2021 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Дероз, Т.; Касс, М.; Труонг, Т. (1998). «Поверхности подразделения в анимации персонажей» (PDF) . Материалы 25-й ежегодной конференции по компьютерной графике и интерактивным технологиям - SIGGRAPH '98 . стр. 85 . CiteSeerX 10.1.1.679.1198 . дои : 10.1145/280814.280826 . ISBN 978-0897919999 . S2CID 1221330 .
- Петля, К.; Шефер, С. (2008). «Аппроксимация поверхностей подразделения Катмулла-Кларка бикубическими участками» (PDF) . Транзакции ACM с графикой . 27 : 1–11. CiteSeerX 10.1.1.153.2047 . дои : 10.1145/1330511.1330519 . S2CID 6068564 .
- Ковач, Д.; Митчелл, Дж.; Дрон, С.; Зорин, Д. (2010). «Приблизительное разделение поверхностей со смещениями в режиме реального времени» (PDF) . Транзакции IEEE по визуализации и компьютерной графике . 16 (5): 742–51. дои : 10.1109/TVCG.2010.31 . ПМИД 20616390 . S2CID 17138394 . препринт
- Маттиас Ниснер, Чарльз Луп, Марк Мейер, Тони ДеРоуз, « Функциональная адаптивная визуализация с помощью графического процессора поверхностей подразделения Катмулла-Кларка », Транзакции ACM в графике, том 31, выпуск 1, январь 2012 г., два : 10.1145/2077341.2077347 , демо
- Ниснер, Матиас; Луп, Чарльз; Грейнер, Гюнтер: Эффективная оценка полугладких складок на поверхностях подразделения Катмулла-Кларка : Приложение Eurographics 2012: Короткие статьи (Eurographics 2012, Кальяри). 2012, стр. 41–44.
- Уэйд Брейнерд, «Тесселяция в Call of Duty: Ghosts», также представленная в виде руководства SIGGRAPH2014 [1]
- Д. Ду и М. Сабин: Поведение рекурсивных поверхностей деления вблизи необыкновенных точек , Компьютерное проектирование, 10 (6) 356–360 (1978), ( doi , pdf )