Progetto di Interazione Uomo-Macchina: Grafica

A.A. 2000-1

Finalita'

I terreni da visualizzare potranno essere dati o come griglia regolare di quote, oppure come triangolazione con valori di quota associati ai vertici.

Ai fini della visualizzazione, le griglie sono ridotte a triangolazioni suddividendo ogni maglia rettangolare in due triangoli. Dunque, si tratta di visualizzare triangolazioni.

Il sistema deve supportare:

• varie modalita' di vista (visione dall'alto, visione da fuori, visione da dentro la scena)
• illuminazione e varie modalita' di riempimento ,delle facce (wireframe, solido con effetto piatto, solido con effetto smussato)
• varie modalita di colorazione (uniforme o sfumata per altezza)
• possibilita' di adattare il fattore di scala di z rispetto a x,y
• altre funzioni a scelta del gruppo di studenti

Specifica dei file di input

Terreni a griglia

• Due numeri interi M ed N che denotano il numero di righe e di colonne della griglia
• MN numeri reali che denotano le quote dei vertici della griglia, elencati riga per riga (quindi M righe di N quote ciascuna

Terreni triangolati

• Un numero intero N che denota il numero di vertici della triangolazione
• M terne di numeri reali che denotano le coordinate x y z dei vertici della triangolazione
• Un numero intero T che denota il numero di triangoli della triangolazione
• T terne di indici interi che denotano i vertici dei triangoli della triangolazione: l'indice 0 denota il primo vertice elencato nel file, l'indice 1 denota il secondo, ecc., l'indice N-1 denota l'ultimo vertice

Note

I due tipi di file si distinguono dall'estensione del loro nome, che e'

• .grd per le griglie
• .tri per i triangoli

Modalita' di vista

• Visione dall'alto: viene mostrata la proiezione del terreno sul piano x,y
• Visione da fuori: il punto di vista e' libero di muoversi su una sfera che circonda il terreno, tenendo lo sguardo sempre puntato verso il terreno
• Visione da dentro: il punto di vista e' collocato in un punto sul terreno (ad una certa quota) e puo' orientare lo sguardo in qualsiasi direzione, la posizione x,y del punto di vista e' vincolata entro i limiti del dominio della triangolazione

• Visione dall'alto: la proiezione e' ortogonale, l'utente puo' eseguire zoom, traslare nelle 4 direzioni (destra, sinistra, alto, basso rispetto alla finestra grafica)
• Visione da fuori: la proiezione puo' essere ortogonale o prospettica, l'utente puo' muovere il punto di vista sulla sfera (latitudine e longitudine) e variare il raggio della sfera, che comunque deve rimanere grande abbastanza da eviare che il punto di vista penetri nel terreno
• Visione da dentro: la proiezione e' prospettica, l'utente puo' muovere il punto di vista sul terreno (x ed y), alzarsi o abbassarsi sulla superficie del terreno, ruotare lo sguardo in orizzontale o in verticale; si deve fare si' che il punto di vista resti sempre sopra la superficie del terreno

1. Punto di vista che "cammina" sul terreno.
   L'utente decide se vuole andare avanti / indietro, se vuole girare a destra / a sinistra.
   Il sistema esegue questi spostamenti mantenendo costante l'altezza del punto di vista sul terreno (il che non significa costante in assoluto: dipende dall'altezza del terreno nel punto in cui mi trovo)
   L'altezza del punto di vista sul terreno puo' essere cambiata dall'utente (come se l'utente decidesse di abbassarsi o di mettere i trampoli mentre cammina).
2. Punto di vista che "vola" sul terreno.
   In ogni momento il punto di vista ha una direzione di moto, la direzione dell'aereo.
   L'utente decide se vuole ruotare verso l'alto / verso il basso la direzione di moto, se vuole girare a destra / a sinistra, se vuole inclinare l'aereo a destra / a sinistra.
   Il sistema deve arrestare il moto se capita che l'utente vada a picchiare contro la superficie del terreno Potete scegliere uno a piacere dei due modi.

   Riempimento delle facce

   • Wireframe: sono tracciati solo i lati dei triangoli
   • Solido con effetto piatto: la normale e' costante nei tre vertici di ciascun triangolo, coincidente con la normale al piano del triangolo
   • Solido con effetto smussato: per ogni vertice della triangolazione, la normale e' calcolata come media delle normali ai piani incidenti in tale vertice; ne segue che ogni triangolo ha in generale normali diverse nei suoi tre vertici
   Deve essere possibile passare interattivamente da una modalita' di riempimento ad un'altra.

   Colorazione

   • Colorazione uniforme: a tutte le facce e' dato lo stesso colore
   • Colorazione sfumata per altezza: l'utente fornisce una partizione dell'intervallo coperto dal terreno sulle z in sotto-intervalli, fornendo per ogni sotto-intervallo due colori estremi; ad ogni quota il sistema associa un colore in base all'intervallo di appartenenza, ottenuto interpolando fra i colori dei due estremi dell'intervallo in questione
   Il sistema fornisce strumenti all'utente per scegliere i parametri necessari a stabilire la colorazione nelle due modalita'. Deve essere possibile passare da una modalita' all'altra senza perdere la configurazione del colore nella modalita' che si e' (temporaneamente) abbandonata.

   Inoltre l'utente deve poter scegliere il colore di sfondo.

   Fattore di scala

   Molto spesso nei file le quote z sono espresse con un'unita' di misura diversa da quella usata per le due coordinate orizzontali x,y, per cui una visualizzazione senza scalatura risulterebbe non soddisfacente.

   Il sistema prevede un fattore che controlla la scalatura delle z in rapporto alle x ed y.
   Inizialmente tale fattore viene stabilito autonomamente dal sistema nel modo piu' soddisfacente possibile (per es. tale che l'ampiezza dell'intervallo coperto sulle z dal terreno sia confrontabile come ordine di grandezza con l'ampiezza dell'intervallo coperto su x ed y).
   Il sistema fornisce poi strumenti all'utente per modificare tale fattore di scala.

   Altro

   Il sistema dovra' fornire una o piu' funzioni aggiuntive a scelta degli studenti che lo realizzano. Elenco qui una serie di idee.

   Curve di livello

   Visualizzazione di curve di livello. Considerare una serie di quote, calcolare i segmenti intersezione fra i triangoli del terreno ed i piani orizzontali alle quote stabilite, e visualizzare tali segmenti

   Interrogazioni spaziali

   Data un'entita' (punto, spezzata poligonale) determinare i triangoli intersecati e restituire l'altezza del terreno in corrispondenza del punto o lungo la linea.

   Modifica del terreno

   Permettere all'utente la selezione di vertici o insiemi di vertici del terreno ed aumentare / diminuire la quota di tali vertici deformando conseguentemente il terreno.
   Si puo' anche pensare di propagare la deformazione in modo graduale dal vertice esplicitamente modificato ai suoi vertici vicini fino ad una certa distanza topologica.
   Si puo' anche pensare di utilizzare una spezzata per indicare i vertici le cui quote devono essere modificate, in tal modo per es. e' possibile scavare una valle nel terreno o alzare una catena montuosa

   Gestione dei file

   L'utente deve poter
   • caricare un file indicandone il nome, il sistema autonomamente riconosce il tipo del file (in base all'estensione) e lo legge nel modo opportuno
   • eliminare dalla memoria il file corrente per caricarne un altro senza dover terminare e riavviare il sistema
   Nel caso in cui si preveda di poter modificare il terreno, deve essere data anche la possibilita' di salvare il terreno modificato sullo stesso file da cui era stato caricato oppure su un file nuovo.

   Strutture dati

   La struttura dati usata per triangolazioni dovra' essere tale da consentire la visita dei triangoli per adiacenze.

   Questo perche' in modalita' di visione "da dentro" e' necessario mantenere traccia del triangolo in cui cade il punto di vista al fine di confrontare la quota del triangolo con quella del punto di vista ed accertarsi che il punto di vista sia sopra al triangolo.

   Il modo piu' facile per mantenere il triangolo corrente e', ad ogni movimento su x,y, controllare se si attraversa un lato sconfinando in uno dei tre triangoli adiacenti.

   La stessa struttura si puo' usare per la triangolazione derivata da una griglia.

   Oppure, la struttura dati usata per griglie potra' essere una semplice matrice rettangolare di quote.
   Sia i triangoli che le loro relazioni di adiacenza si possono ottenere mediante manipolazione di indici. Per ogni coppia di indici i,j (0> i> M, e 0> j> N) ci sono due triangoli in una (fissata a piacere) delle due configurazioni:

   [i-1,j-1] --------- [i,j-1]         [i-1,j-1] --------- [i,j-1] 
            |       / |                         | \       | 
            |     /   |                         |   \     |
            |   /     |                         |     \   |
            | /       |                         |       \ |
     [i-1,j] --------- [i,j]             [i-1,j] --------- [i,j]