A 3D image synthesis system for parametric surfaces

Abstract

öz DEĞİŞKEN TABANLI YÜZEYLER İÇİN ÜÇ BOYUTLU BİR GÖRÜNTÜ OLUŞTURMA SİSTEMİ Altuntaş, Mustafa N. Yüksek Lisans, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi: Prof. Dr. Aydın Ersak Aralık 1997, 105 sayfa Tasarım ve üretim sırasında kullanılacak olan yüzeylerin çok yönlü olarak kontrol edilebilir olmaları gerekmektedir. Bu nedenle kullanılacak yüzeylerin matematiksel modellerinin tam olarak ifade edilebilmesi, bilgisayar destekli tasarım sistemleri için çok önemlidir. Günümüzde, bu amaca yönelik olarak Bezier, B- Spline ve Bilinear değişken tabanlı yüzeyleri sıkça kullanılmaktadır. Bu araştırmada, nesne yönelim prensibine dayalı bilgisayar destekli üç boyutlu değişken ve birtakım temel yüzey tasarımı yapabilen bir yazılım geliştirilmiştir. Ayrıca ışın izleme yöntemi kullanılarak oluşturulan yüzeylerin durum görüntülemesi yapılmıştır. Ancak ışın izleme metodunun hız probleminin aşılabilmesi için, yapısal kapsama hacmi ve üç boyutlu sayısal fark hesaplama yöntemleri aynı anda kullanılarak, yeni bir hızlandırma yöntemi sunulmuştur. Tüm bunlara ek olarak, yüzeylerin daha canlı görünmesini sağlamak için yeni bir doku kaplama yöntemi uygulanmıştır. Son olarak da çevresel ışıma hesaplarını düzenleyen yeni bir ışıklandırma yöntemi geliştirilmiş ve uygulanmıştır. Anahtar Kelimeler: Bilgisayar Çizgelemi, Değişken Tabanlı Yüzeyler, Işın İzleme, 3D-DDA, Gölgelendirme, Doku Kaplama, Renk. iv

ABSTRACT A 3D IMAGE SYNTHESIS SYSTEM FOR PARAMETRIC SURFACES Altuntaş, Mustafa N. M.S., Department of Electrical and Electronics Engineering Supervisor: Prof. Dr. Aydın Ersak December 1997, 105 pages Highly controllable surfaces and their description play an important role in design and manufacturing. Therefore, computer aided design systems have to use exact three-dimensional mathematical models for surface definitions. For this purpose, parametric surfaces such as Bezier, B-Spline and Bilinear surfaces are generally used in industry. In this thesis work, we have developed object oriented CAD software to generate three dimensional wireframe models of surfaces and some primitive objects. In addition to this, ray-tracing algorithm is used for static rendering of the surfaces. In order to overcome the speed problem of the ray-tracing algorithm, we have introduced a new acceleration scheme based on bounding volumes and three-dimensional differential analyzer algorithm. We also implemented a triangular affine mapping for texturing of surface patches. Finally, we have developed a new illumination model for shading the surfaces. Keywords: Computer Graphics, Parametric Surfaces, Ray Tracing, 3D-DDA, Shading, Texture Mapping, Color. iii