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Integração de Sistemas de Partículas com Detecção de Colisões em Ambientes de Ray Tracing

Dissertação de Mestrado
(indexado pela 1ªvez em 30/11/2011)

Autor: Mauro Steigleder
Instituição: UFRGS - Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Programa: Curso de Pós-Graduação em Ciência da Computação
Orientador: Anatolio Laschuk
Ano: 1997
País: Brasil

Resumo
Encontrar um modo de criar imagens fotorealísticas tem sido uma meta da Computação Gráfica por muitos anos [GLA 89].
Neste sentido, os aspectos que possuem principal importância são a modelagem e a iluminação.
Ao  considerar aspectos de modelagem, a obtenção de realismo mostra-se  bastante difícil quando se pretende, através de técnicas tradicionais de  modelagem, modelar objetos cujas formas não são bem definidas.
Dentre alguns exemplos destes tipos de objetos, podem-se citar fogo, fumaça, nuvens, água, etc.
Partindo  deste fato, Reeves [REE 83] introduziu uma técnica denominada sistemas  de partículas para efetuar a modelagem de fogo e explosões.
Um sistema de partículas pode ser visto como um conjunto de partículas que evoluem ao longo do tempo.
Os procedimentos envolvidos na animação de um sistema de partículas são bastante simples.
Basicamente,  a cada instante de tempo, novas partículas são geradas, os atributos  das partículas antigas são alterados, ou estas partículas podem ser  extintas de acordo com certas regras pré-definidas.
Como as  partículas de um sistema são entidades dinâmicas, os sistemas de  partículas são especialmente adequados para o uso em animação.
Ainda,  dentre as principais vantagens dos sistemas de partículas quando  comparados com as técnicas tradicionais de modelagem, podem-se citar a  facilidade da obtenção de efeitos sobre as partículas (como borrão de  movimento), a necessidade de poucos dados para a modelagem global do  fenômeno, o controle por processos estocásticos, o nível de detalhamento  ajustável e a possibilidade de grande controle sobre as suas  deformações.
Entretanto, os sistemas de partículas possuem  algumas limitações e restrições que provocaram o pouco desenvolvimento  de algoritmos específicos nesta área.
Dentre estas limitações, as  principais são a dificuldade de obtenção de efeitos realísticos de  sombra e reflexão, o alto consumo de memória e o fato dos sistemas de  partículas possuírem um processo de animação específico para cada efeito  que se quer modelar.
Poucos trabalhos foram desenvolvidos  especificamente para a solução destes problemas, sendo que a maioria se  destina à modelagem de fenômenos através de sistemas de partículas.
Tendo em vista tais deficiências, este trabalho apresenta métodos para as soluções destes problemas.
é  apresentado um método para tornar viável a integração de sistemas de  partículas em ambientes de Ray Tracing, através do uso de uma grade  tridimensional.
Também, são apresentadas técnicas para a  eliminação de efeitos de aliasing das partículas, assim como para a  redução da quantidades de memória exigida para o armazenamento dos  sistemas de partículas.
Considerando aspectos de animação de  sistemas de partículas, também é apresentado uma técnica de aceleração  para a detecção de colisões entre o sistema de partículas e os objetos  de uma cena, baseada no uso de uma grade pentadimensional.
Aspectos  relativos à implementação, tempo de processamento e fatores de  aceleração são apresentados no final do trabalho, assim como as  possíveis extensões futuras e trabalhos sendo realizados.

Palavras-chave: Sistemas de partículas, Computação gráfica, Foto-realismo, Técnicas de aceleração

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