Jump to content

Поверхность подразделения Кэтмулла – Кларка

Подразделение куба уровня 3 Кэтмалла – Кларка с предельной поверхностью подразделения, показанной ниже. (Обратите внимание: хотя кажется, что бикубическая интерполяция приближается к сфере , реальная сфера является квадрикой .)
Визуальная разница между сферой (зеленая) и поверхностью подразделения Кэтмулла-Кларка (пурпурная) от куба

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.
      Лицевые точки (синие сферы)
  • 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]
      Краевые точки (пурпурные кубы)
  • 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)
      Новые точки вершин (зеленые конусы)
  • Сформируйте края и грани в новой сетке.
    • Соедините каждую новую точку грани с новыми точками ребер всех исходных ребер, определяющих исходную грань.
      Новые ребра, по 4 на каждую грань.
    • Соедините каждую новую точку вершины с новыми точками ребер всех исходных ребер, инцидентных исходной вершине.
      3 новых ребра на каждую вершину смещенных исходных вершин
    • Определите новые грани как окруженные краями
      Окончательные грани сетки

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 ]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ 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 .
  2. ^ «Поверхность подразделения Кэтмалла – Кларка - Розеттский кодекс» . Rosettacode.org . Проверено 13 января 2022 г.
  3. ^ 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 .
  4. ^ «Модификатор поверхности подразделения» . 15 января 2020 г.
  5. ^ «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 )
  6. ^ 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 .
  7. ^ Знакомьтесь с экспертами: Pixar Animation Studios, проект OpenSubdiv . Ютуб . Архивировано из оригинала 11 декабря 2021 г.
  8. ^ «Pixar's OpenSubdiv V2: подробный обзор» . 18 сентября 2013 г.
  9. ^ AV Media gputechconf.com
  10. ^ Демо-версия OpenSubdiv Blender . Ютуб . Архивировано из оригинала 11 декабря 2021 г.

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 3fdf9fe98e0c8a088eafb4b56b672a28__1712220600
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/3f/28/3fdf9fe98e0c8a088eafb4b56b672a28.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Catmull–Clark subdivision surface - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)