Valós idejű procedurális domborzatmodellezés Perlin zajjal

Hasonló dokumentumok
AZ INFORMATIKA OKTATÁSÁNAK MÚLTJA ÉS JELENE A KOLOZSVÁRI EGYETEMEN

SZÁMÍTÓGÉPES SZIMULÁCIÓ LEHETŐSÉGEI

A TANTÁRGY ADATLAPJA

MATEMATIKA.

Geoinformatika I. (vizsgakérdések)

Összehasonlító elmozdulásmérés új lehetőségei a koherens optikai méréstechnikában

4. Előfeltételek (ha vannak) 4.1 Tantervi Nincs 4.2 Kompetenciabeli Feladatok kijelentéseinek megértése

A beszerzési logisztikai folyamat tervezésének és működtetésének stratégiái II.

NYUGAT-MAGYARORSZÁGI EGYETEM Faipari Mérnöki Kar. Mőszaki Mechanika és Tartószerkezetek Intézet. Dr. Hajdu Endre egyetemi docens MECHANIKA I.

A Kari Tanács 8/2013. (V. 23.) sz. határozata Tanegységlisták módosításának támogatásáról

A TANTÁRGY ADATLAPJA

A MAGYAR TUDOMÁNY ÜNNEPE Nyíregyházi Főiskola Természettudományi és Informatikai Kar

Képfeldolgozási módszerek a geoinformatikában

FIR és IIR szűrők tervezése digitális jelfeldolgozás területén

Zsakó László Informatikai képzések a ELTE-n ELTE Informatikai Kar zsako@ludens.elte.hu

Tájékoztató levél és tematika Tűzvédelmi tervezési szakmérnöki képzés

Horváth Zoltán okl. mk. őrnagy

Tartalom. Matematikai alapok. Termékgyártási példafeladat. Keverési példafeladat Szállítási példafeladat Hátizsák feladat, egészértékű feladat

Dr. Horváth Zsuzsanna RAABE tanévnyitó konferencia augusztus

Pólya-féle urnamodell II.

Mérnök informatikus alapképzési szak

WiMAX rendszer alkalmazhatósági területének vizsgálata tesztelés elméletben és gyakorlatban

Anatómiai régiók automatikus felismerése

Fehér Krisztián. Navigációs szoftverek fejlesztése Androidra

A ROBOTIKA ALKALMAZÁSÁNAK LEHETŐSÉGEI A HAD- ÉS BIZTONSÁGTECHNIKAI MÉRNÖK KÉPZÉSBEN

INTERAKTÍV MATEMATIKA MINDENKINEK GEOGEBRA MÓDRA. Papp-Varga Zsuzsanna ELTE IK, Média- és Oktatásinformatika Tanszék

A HUNVEYOR-4 GYAKORLÓ ŰRSZONDA ÉPÍTÉSE BUILDING THE HUNVEYOR-4 EDUCATIONAL SPACE PROBE

Ady Endre Líceum Nagyvárad XII.C. Matematika Informatika szak ÉRINTVE A GÖRBÉT. Készítette: Szigeti Zsolt. Felkészítő tanár: Báthori Éva.

GÉPI ÉS EMBERI POZICIONÁLÁSI, ÉRINTÉSI MŰVELETEK DINAMIKÁJA

A Számítógépek felépítése, mőködési módjai. A Számítógépek hardverelemei

PROGRAM Augusztus 24. (kedd)

D é n e s T a m á s matematikus-kriptográfus

A TANTÁRGY ADATLAPJA

MILYEN TANTÁRGYAKAT TANULHATSZ A NÖVÉNYTERMESZTŐ MÉRNÖKI ALAPSZAKON?

Műszaki szakoktató alapszak

Szlávi Péter: Szakmai önéletrajz

Korszerű optimalizálási módszerek gyakorlati felhasználási lehetőségei a logisztikai folyamatok és rendszerek hatékonyságának növelésében

SZAKIRÁNYOK A MISKOLCI EGYETEM MÛSZAKI INFORMATIKAI SZAKÁN

Általános statisztika II. Kriszt, Éva Varga, Edit Kenyeres, Erika Korpás, Attiláné Csernyák, László

FEDÉLZETI INERCIÁLIS ADATGYŰJTŐ RENDSZER ALKALMAZÁSA PILÓTA NÉLKÜLI REPÜLŐGÉPEKBEN BEVEZETÉS

FELSŐOKTATÁSI DUÁLIS KÉPZÉSEK INDÍTÁSA PÉCSETT

MŰSZAKI TUDOMÁNY AZ ÉSZAK-ALFÖLDI RÉGIÓBAN 2010

A PÁLYÁZAT LEFOLYÁSA, SZEMÉLYI, TARTALMI VÁLTOZÁSAI

Bírálat. Farkas András

TÁVOKTATÁSI TANANYAGOK FEJLESZTÉSÉNEK MÓDSZERTANI KÉRDÉSEI

A HALLGATÓK FELKÉSZÍTÉSE AZ E-LEARNINGBEN VALÓ RÉSZVÉTELRE A SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEMEN

Gáspár Bencéné Vér Katalin * AZ ÜZLETI INTELLIGENCIA RENDSZEREINEK KIALAKULÁSÁRÓL

A szőlő ültetvényregiszter térinformatikai hátterének fejlesztése Magyarországon

PÁLYÁZATI LAP a Színpadon a Természettudomány 2014 rendezvényre

MECHATRONIKAI MÉRNÖKASSZISZTENS FELSŐFOKÚ SZAKKÉPZÉS TANTERVE

PÉNZÜGY ÉS SZÁMVITEL ALAPKÉPZÉSI SZAK SZAKISMERTETŐJE 2014.

A TANTÁRGY ADATLAPJA

KERESKEDELMI MENEDZSERASSZISZTENS fels fokú szakképzés. Elágazás: Logisztikai m szaki menedzserasszisztens (modulrendszer képzés)

Mesterszintű operációkutatási szakemberképzés a BME-n

Megjelenítési funkciók

A kezelési egységek szerepe a precíziós növénytermesztésben The role of treatment zones in precision farming

Eszterházy Károly Főiskola Költségvetési Alapokmánya

Tisztelt Olvasó! végül 4603-at mutattak be szerzőik.

mobil rádióhálózatokban

PTE KTK MSC-TANTERV GAZDASÁGTUDOMÁNYI KÉPZÉSI TERÜLET KÖZGAZDASÁGI ELEMZŐ TELJES MUNKAIDŐS (NAPPALI) KÉPZÉS MSC 2014 MESTERSZAK. Pécs, 2016.

MultiMédia az oktatásban Zsigmond Király Fıiskola Budapest, szeptember

Város a válságban? Településpolitika a gazdasági válság idején. Új informatikai lehetőségek a településtervezés és fejlesztés eszköztárában

A sárospataki Nagykönyvtár olvasóinak elégedettségi mérése. Készítette: Éger Gábor

Programtervező informatikus. Tanári. szakirányok mintatanterve szeptemberétől

Cselekvési program az Informatikai Kar dékáni pályázatához

Beszámoló szakképzési hozzájárulási támogatás felhasználásáról

Ismeretanyag Záróvizsgára való felkészüléshez

A TANTÁRGY ADATLAPJA

4. sz. Füzet. A hibafa számszerű kiértékelése 2002.

Szakdolgozat. Balázs Ádám Kuk József

XIII. Bolyai Konferencia Bodnár József Eötvös József Collegium, ELTE TTK, III. matematikus. A véletlen nyomában

FÖLDMÉRŐ, TÉRKÉPÉSZ ÉS TÉRINFORMATIKAI TECHNIKUS SZAKKÉPESÍTÉS SZAKMAI ÉS VIZSGAKÖVETELMÉNYEI

VÁLLALATI INFORMÁCIÓS NAPOK A DUÁLIS FELSŐOKTATÁSI KÉPZÉSEKRŐL ÁPRILIS 3.

Eszterházy Károly Főiskola költségvetési alapokmánya

2. A mesterképzési szakon szerezhető végzettségi szint és a szakképzettség oklevélben szereplő megjelölése:

Tartalomjegyzék. 2. A hazai számítástechnika-oktatás bölcsője, az MTA KKCs...37

tantárgy E GY E GY Matematikai alapok I. kötelező - kollokvium 30 3 Matematikai alapok I.

ELŐKÉSZÍTÉS-TECHNIKAI MÉRNÖKI MESTERKÉPZÉSI SZAK képzési és kimeneti követelmények

A MaCS konferencia első tizenöt éve

E-Laboratórium 1 Kombinációs digitális áramkörök alkalmazása Elméleti leírás

Műszerek tulajdonságai

Kísérletek vákuumszivattyúval

A TERMELÉSI FOLYAMATOK HATÉKONY ÉS OPTIMÁLIS IRÁNYÍTÁSA A KOMPLEX MÓDSZER ALKALMAZÁSÁVAL

E L Ő T E R J E S Z T É S

HIDRAULIKAI SZÁMÍTÁSOK AZ ÉPÜLETGÉPÉSZETBEN ÉS AZ ENERGETIKÁBAN

TDK helyezések, Dunaújvárosi Főiskola I. KOMMUNIKÁCIÓ, KÖZGAZDASÁG ÉS VEZETÉSTUDOMÁNY

Debreceni Egyetem Informatikai Kar. Felvételi jelentkezések felvételek. Dr. Bognár Katalin dékánhelyettes DE IK Szeged

Városi légszennyezettség vizsgálata térinformatikai és matematikai statisztikai módszerek alkalmazásával

Erőművi turbina-generátor gépcsoportok rezgésdiagnosztikája

Részletes Önéletrajz

SZOFTVEREK A SORBANÁLLÁSI ELMÉLET OKTATÁSÁBAN

INFORMATIKA 5. évfolyam

Ageometriai problémamegoldás útja a rajzoknál kezdõdik, hiszen a helyes következtetéshez

Karibi kincsek Dokumentáció

p j p l = m ( p j ) 1

Óbudai Egyetem. Doktori (PhD) értekezés. Adatpárhuzamos sejtmagkeresési eljárás fejlesztése és paramétereinek optimalizálása Szénási Sándor

Vektorugrás védelmi funkció blokk

Ezeket a kiemelkedı sebességő számítógépeket nevezzük szuperszámítógépeknek.

A Szekszárdi I. Béla Gimnázium Helyi Tanterve

(11) Lajstromszám: E (13) T2 EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA

Átírás:

1 Babeş Bolyai Tudományegyetem Matematika és Informatika Kar Cluj-Napoca, Romania Valós idejű procedurális domborzatmodellezés Perlin zajjal Dr. Szenkovits Ferenc egyetemi docens Babeş-Bolyai Tudományegyetem Matematikai és Informatikai Kar Mechanikai és Csillagászati Tanszék Dr. Soos Anna adjunktus Babeş-Bolyai Tudományegyetem Matematikai és Informatikai Kar Numerikus Analízis és Statisztika Tanszék Osváth-Boros Róbert Babeş-Bolyai Tudományegyetem Matematikai és Informatikai Kar Informatika szak, IV. évfolyam IX. Erdélyi Tudományos Diákköri Konferencia - Kolozsvár, 2006. november 25-26

2 Absztrakt A domborzat modellezés a virtuális valóság egyik fontos alkotóeleme. A procedurális módszerek a természetben előforduló végtelenség érzetét szintetizálják, minimális tárolási igénnyel. Ezek a módszerek már a 80-as években megjelentek, de valós idejű implementálásuk még most is kezdetleges. Ahhoz hogy egy virtuális valóság hiteles legyen, a procedurális domborzatgeneráló technikáknak valós időben kell működniük. A hardware korlátok miatt ki kell dolgozni egy olyan módszert ami hozzáférhetővé tegye a procedurális domborzatkialakítást az egyszerű PC környezetekhez. 1. Bevezetés Domborzatfelszínt számítógépen létrehozni többféleképpen lehet, ezek közül az egyik legsikeresebb a fraktál domborzatfelszín modell. A Perlin zajjal generált domborzatmodellek, tulajdonképpen a fraktál domborzatok Perlin-zaj alapú ága. Ahhoz hogy fraktál domborzatmodellt létrehozzunk, 4 fontos elemre van szükség: egy alapfüggvényre, ami a domborzat alakját megadja (pl. Perlin-alap), a fraktál dimenziójára (az amplitúdó módosulása minden iterációban), az oktávok (iterációk) számára, illetve a frekvencia módosulási tényezőjére. [1.1] (T&MPA - Building Random Fractals - F. Kenton Musgrave) 1.1 Perlin zajfüggvénye Perlin zajfüggvénye R n -en értelmezett, egész számokban csomópontokat képző rácshoz igazított pseudo-random spline függvény, ami a véletlenszerűség hatását kelti, de ugyanakkor rendelkezik azzal a tulajdonsággal, hogy azonos bemeneti értékekre, azonos a függvényértéket térit vissza.

3 A gyakrabban használt n értékei az n=1, n=2 illetve n=3. (1-animáció, 2-egyszerű textúrák, 3- bonyolultabb textúrák). Perlin-zaj generálására az eljárás a következő: adva van egy bemeneti pont. Minden környező rács-csomópontra választani kell egy pseudo-random értéket egy előre generált halmazból (mivel a csomópontok koordinátái egész számok, ezeket használjuk az eredmény kiválasztására). Majd interpolálni kell az így megkapott csomópontokhoz rendelt értékek között, valamilyen S görbét használva. (pl. 3t 2-2t 3 ). [1.2] (Kent-Perlin: The noise machine) (1. ábra: a 8 környező csomópont, illetve a 7 interpoláció során meghatározott végső érték) (2. ábra: az interpoláció értékét meghatározó S-görbe: f(t)=3t 2-2t 3 ) 1.2 Perlin alapú fraktál függvények Perlin zajfüggvényét kifejezésben használva, különböző procedurális mintákat és textúrákat lehet létrehozni. [1.3] (T&MPA Procedural textures) Ha ezeket a kifejezéseket fraktál összegben használjuk minden iterációban új adatot vihetünk be a képbe, amik valamilyen módon befolyásolják ezt. Domborzat generálás esetén, az iteráció során a fraktál dimenzióját akarjuk befolyásolni, azaz minden iterációban az amplitudót osztani fogjuk egy bizonyos értékkel. [1.4] (Hugo Elias Applications of Perlin noise)

4 (3. ábra: az iteráció lépései: észrevehető hogy az értékek közelednek a 0-hoz [1.4]) (4. ábra: a fraktál összeg [1.4]) 2. Kísérletek Ahhoz hogy egy Perlin alapú függvény képét szemléltessem, a függvény által meghatározott virtuális domborzatot metszettem egy síkkal, majd abból egy szeletet kiragadva jelenítettem meg a képernyőn egy színskála segítségével. Ha x helyére a Perlin függvény által egy adott koordinátán visszatérített értéket teszem, majd egy színskála egészrész f(x)-edik értékét rajzolom a képernyőre. Algoritmus: for(i=0;i<256;i++) { for(j=0;j<256;j++) { v=perlinnoise(i, j, 0); // a z koordinatat 0-ra allitom draw(j, i, colorscale[128 + (int)(v*128)]); } } (5. ábra: szeletek a virtuális világból)

5 További kísérletek során különböző befolyásoló tényezőket vittem be a fraktál függvénybe. Arra törekedtem, hogy a Perlin zaj első oktávja döntse el azt, hogy az adott pont milyen tájegységez tartozik (magasság szerin), majd az iterációs lépésekben, az annak a tájegységnek megfelelő amplitúdó és frekvencia változás paramétereit alkalmazom. (például magas hegy esetén az amplitúdó kis változást kell eredményezzen a fraktálösszegben, míg egy fennsík esetén az amplitúdónak egyből redukálnia kell a részletét a domborzatnak, hogy ezt egy sima felszínre alakítsa) (6. ábra: konstans amplitúdó és frekvencia változás) (7. ábra: tájegységek elkülönülései: óceán, part-szakasz, alföld, sziklás hegység, dinamikus amplitúdó és frekvencia változás)

6 3. Eredmények Ha egy gömb egyenletével, valamint az X és Y értékek segítségével meghatározzuk a Z komponenst, és ezt a zajfüggvénybe helyezzük, akkor a virtuális domborzat egy gömb felszínével való metszetét kapjuk. Majd ezt egy háromszögekből kirakott gömb felszínére rajzoljuk. (8. ábra: gömb textúra ráfestve egy gömb felszínére) Ezután kiválasztunk két színskálát, amivel 2 különböző textúrát generálunk: domborzatmodell illetve felhőmodell.(mivel a Perlin-zaj természetesnek tűnő textúrákat generál, jól megválasztott színskálával mást is generálni lehet mint domborzatmodelleket) (9. ábra: első textúra: a domborzat képe) (10. ábra: második textúra: a felhőmodell) (11. ábra: háromszögekből kirakott gömb, drótháló)

7 Ha a gömb, háromszög csomópontjain kiszámítjuk a Perlin-zaj értékét, majd a csomópontokat (amik tulajdonképpen vektorok) skalárisan összeszorozzuk a visszatérített értékkel, akkor az így kapott torzítással, domborulatokat idézhetünk elő a gömb felületén) (12. ábra: az eltorzított gömb igazi domborzathoz hasonít) Végül mindhárom elemet egybedolgozva, a következő procedurális bolygómodellhez jutunk. Köszönettel Dr. Szenkovits Ferencnek a kutatás kezdeti fázisaiban nyújtott segítségért Dr. Soos Annanak a kutatás során illetve a kutatást összefoglaló dolgozat megírásában nyújtott segítségért

8 Könyvészet [1.1] Texturing and Modeling: The procedural aproach F. Kenton Musgrave: Building Random Fractals [1.2] Kent Perlin The Noise Machine (GDC HardCore 1999): http://www.thenoisemachine.com/talk1/ [1.3] Texturing and Modeling: The procedural aproach Procedural Textures [1.4] Hugo Elias Applications of Perlin Noise http://freespace.virgin.net/hugo.elias/models/m_perlin.htm [1.5] Egbert, Musgrave, Peachey, Perlin, Worley - Texturing and Modeling: The procedural aproach 3th edition (2003, Mkf kiadó) [1.6] libnoise - http://libnoise.sourceforge.net/