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Introdução e aspectos teóricos
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O olho humano tem um limitado campo de visão, principalmente no
aspecto de profundidade de campo. Aimagem que se forma borrada na retina
força o estímulo de acomodação, que produz
as tensões dos músculos ciliares e resultam na alteração
da curvatura da lente - cristalino. A própria acomodação
em si fornece informações sobre a profundidade. A informação
de acomodação estará contida nos chamados circulos
borrados em torno das imagens que se formam na retina, para objetos mais
ou menos distantes dos olhos. O cérebro converte esta informação
combinada com outras em sensações de profundidade e de distância.
No mundo real, são os seguintes os demais fatores que influenciam
nossa percepção:
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- oclusão;
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- perspectiva;
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- efeitos de atmosfera: perspectiva atmosférica;
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- luz e sombra;
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- disparidade binocular;
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- movimentos;
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- interposição;
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- convergência: rotação dos olhos;
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- acomodação.
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Em R.V. uma pessoa está circundada por uma representação
3D do mundo virtual, gerada por computador. Para atingir altos índices
de realismo, este mundo deve reproduzir os fatores listados acima. As estações
de trabalho gráficas podem conseguir realizar os quatro primeiros
fatores listados acima. Alguns mais sofisticados podem realizar o
fator de disparidade binocular, movimentação, interposição
e convergência. Mas, nenhum sistema gráfico consegue implementar
os efeitos de acomodação e profundidade de campo. A ausência
gera a aparência surrealista das cenas. A percepção
de profundidade do olho humano está associada à distância
de 2 metros.
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Acomodação e profundidade de campo:
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A acomodação faz com que nossos músculos
tentem clarear a imagem borrada formada na retina. Ao mesmo tempo, borra
as imagens que estão fora da distância de interesse. Cada
ponto do objeto gera um círculo na tela de projeção,
quando há imagem borrada. O diâmetro e a intensidade deste
círculo são determinados por características de formação
da imagem e pela distância da imagem a tela de projeção.
Os nossos olhos promovem o ajuste automático para dar clareza à
imagem. Assim, podemos usar equações das lentes para tal
processo - acomodação. O mesmo deve ser feito no caso de
olharmos uma cena num mundo virtual e tal processo vai gastar tempo. Conhecido
o ponto da cena em que os olhos estão focados, e a distância
deste ponto ao observador - o valor de z, retirado direto do z
buffer, podemos encontrar os diâmetros do círculo borrado
para um dado estado de acomodação dos nossos olhos.
Faça Cd ser o diâmetro do círculo e df a distância
em que um dado sistema está focado, temos:
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Cd = |Vd - Vf| (F/(n.Vd))*
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Para renderizar a imagem desfocada na retina como
computação gráfica, nós também devemos
determinar o diâmetro do círculo borrado que precisará
ser produzido na tela.
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Cs = (ds/dr)Cr
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onde:
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ds é a distância entre os olhos e a
tela;
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dr é a distância entre o cristalino
e a retina;
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Cr é o diâmetro dos círculos
borrados*
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Gerando efeitos desfocados:
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A literatura de computação gráfica
fornece diversos algoritmos para gerar imagens desfocadas e efeitos de
profundidade de campo.Potmesil e Chakravarty propuseram uma técnica
de pós processamento para simular efeitos de profundidade
de campo e outras propriedades das lentes. Tal sistema primeiro produz
uma imagem usando um algoritmo tradicional de tratamento de linhas escondidas.
As intensidades e os valores de z são computados e armazenados para
cada ponto. A intensidade de cada pixel na imagem de saída é
então calculada como uma média ponderada de intensidades
nos circulos borrados para cada pixel transposto.
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Tal processo consome muito tempo e memória,
para ser implementado nos hardwares atuais. Além do mais, tal abordagem
oferece somente uma aproximação, mas, como técnica
de pós-processamento apresenta a vantagem de ser facilmente adicionada
a sistemas já desenvolvidos.
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Outra técnica, baseada em técnicas
de amostragem estocásticas usada num ray-tracing distribuído,
foi proposta por Cook*. A profundidade de campo, neste caso, é modelada
por modificações na distribuição dos raios
lançados através da área da cena. Tal técnica
dá bons resultados, mas, não considera o fenômeno físico
e óptico. Além disto, não pode ser aplicado à
imagens em tempo real.
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O processo proposto pelo autor aplica um filtro de
convolução com uma função apropriada, para
a intensidade de cada pixel. O resultado da convolução é
normalizado - dividido pela soma das pesos das máscaras de convolução.
Para imagens coloridas, tal filtro é aplicado para cada uma das
três cores básicas. A máscara de convolução
é de tamanho 3X3. A máscara tem a forma
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1 2 1
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2 f 2
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1 2 1
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com f sendo um fator >= 4.
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O efeito de desfocalização produzido
pelo filtro é proporcional a dois fatores:
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- fator f para a máscara de convolução
e
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- contador de interação c, que
representa o número de vezes que o filtro passou sobre a imagem
- ou região.
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Para valores maiores de f o c diminui.
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* - descrição melhor no artigo original.
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