ВКР Построение изображений 3-мерных объектов с использованием марширования лучей

На 1 февраля 2023 года оригинальность более 80%

Могу проверить вам актуальную оригинальность работы перед покупкой, пишите в личку.

Оригинал документа в pdf, конвертация в Word автоматическая (в word могут быть недочеты, которые вы легко исправите самостоятельно)

Объём ВКР 68 страниц, на которых размещены 13 иллюстраций. При написании работы использовались 12 источников. К работе прилагается 2 приложения. Предметом исследования является алгоритм марширования лучей и его методов при построении изображений трехмерных объектов.

В работу входит введение, четыре главы и заключение. Во введении раскрывается поставлены цель и задачи исследования, определены его объект и предмет, рассмотрены различные методы решения задачи.

Первая глава содержит описание теоретических основ оценок расстояний и возможных операций над ними. Вторая глава описывает непосредственно метод марширования лучей и его улучшения, связь с оценками расстояний, а также различные оптимизации и методы работы с ним. В третьей главе рассмотрены способы использования описанных методов при построении сцен различных трехмерных объектов. В четвертой главе кратко описан программный комплекс с предоставленным программным кодом, рассмотрены особенности реализации приложения. Заключение посвящено выводам по полученным результатам.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение...................................................................................................................5

Глава 1. Оценка расстояния....................................................................................8 1.1 Расстояние до неявных поверхностей.........................................................8 1.2 Расстояния до некоторых примитивов......................................................10

1.2.1 Сфера ....................................................................................................10 1.2.2 Плоскость .............................................................................................10 1.2.3 Цилиндр ................................................................................................10 1.2.4 Конус.....................................................................................................11 1.2.5 Тор .........................................................................................................12

1.3 Описание преобразований..........................................................................12 1.3.1 Перенос..................................................................................................13 1.3.2 Поворот..................................................................................................13 1.3.3 Масштабирование................................................................................13

1.4 Операции над оценкой расстояния...........................................................14 1.4.1 Конструктивная сплошная геометрия................................................14 1.4.1.1 Объединение..................................................................................14

1.4.1.2 Пересечение...................................................................................15

1.4.1.3 Разность..........................................................................................16

1.4.2 Смешивание..........................................................................................16 1.4.3 Скручивание..........................................................................................18 1.4.4 Разложения пространства....................................................................18 Глава 2. Марширование лучей.............................................................................19 2.1 Основы лучевого марша.............................................................................19 2.1.1 Алгоритм марширования лучей..........................................................19 2.1.2 Трассировка сферой.............................................................................21

2.2 Оптимизация................................................................................................22 2.2.1 Трассировка сферы релаксации..........................................................22 2.2.2 Улучшенная трассировка сфер ..........................................................23 2.2.3 Ограничивающие сферы......................................................................24 2.2.4 Отклонения от евклидова расстояния................................................25 2.2.5 Сглаживание.........................................................................................26

2.3 Закрашивание объектов..............................................................................26 2.3.1 Нормаль поверхности..........................................................................26

2.3.2 Модель освещения Фонга....................................................................27 2.3.3 Тени........................................................................................................27

2.3.3.1 Вторичные лучи.............................................................................28 2.3.3.2 Мягкие тени...................................................................................28

2.3.4 Окружающая окклюзия .......................................................................29 2.3.4.1 Оценка окружающей окклюзии...................................................29

2.3.5 Текстурирование ..................................................................................29 2.3.5.1 Трехмерное наложение текстур...................................................30

2.3.5.2 Двухмерное наложение текстур...................................................30

2.3.5.3 Трехплоскостное отображение текстур......................................31

Глава 3. Построение сцен.....................................................................................32 3.1 Процедурная генерация..............................................................................32 3.1.1 Шум.......................................................................................................32 3.1.2 Функция шума......................................................................................33 3.1.3 Дробное броуновское движение.........................................................33 3.1.4 Деформация объектов..........................................................................34 3.1.5 Генерация ландшафта..........................................................................35

3.2 Итеративные фракталы...............................................................................38 3.2.1 Складывание пространства.................................................................38

3.3 Оболочка Мандельброта.............................................................................40 3.4 Цвета фракталов .........................................................................................42 3.4.1 Орбитальные ловушки.........................................................................43 Глава 4. Программная реализация.......................................................................44 4.1 Смешивание полигонов с неявными объектами......................................45 4.2 Буфер глубины.............................................................................................45 4.3 Анализ работы реализаций алгоритмов марширования лучей...............47 Заключение.............................................................................................................49 Список использованной литературы...................................................................50 Приложение А. Реализация OpenGL приложения.............................................51 Приложение Б. Реализация шейдерной программы..........................................60