Exploración de superficies cuádricas como primitivas de renderizado

Samatán Alastuey, Adrián
Muñoz Orbañanos, Adolfo (dir.)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2020
Departamento de Informática e Ingeniería de Sistemas, Área de Lenguajes y Sistemas Informáticos

Graduado en Ingeniería Informática

Resumen: La malla de triángulos es la estructura de datos más utilizada para representar geometrías arbitrarias en informática gráfica, ya que es muy sencilla y
además cuenta con algoritmos sofisticados y soporte hardware.
Sin embargo, no está exenta de problemas, ya que al ser una discretización de la geometría real, si no se utilizan suficientes triángulos es posible apreciar
el contorno de éstos en las figuras renderizadas y en las sombras de las mismas. No obstante, su principal limitación es que cada triángulo,
por ser una superficie plana, tiene una única normal a todos los puntos de su superficie,
y dado que el cálculo para generar la apariencia de la figura depende de esa dirección normal,
aparecen discontinuidades de iluminación entre triángulos contiguos con diferente normal.
Para evitar esto, se utilizan normales de shading,
calculadas mediante interpolación entre normales asignadas a cada uno de los vértices de los triángulos.
De esta manera se consigue una apariencia suave, más realista y ajustada a lo que la malla de triángulos estaría representando. Al no ser esta normal
de shading la normal geométrica real de la figura, pueden aparecer artefactos en ángulos rasantes (grazing angles) en
la superficie. Esto sucede al utilizar una normal distinta a la normal geométrica para
calcular la apariencia de una figura utilizando técnicas basadas en el algoritmo de trazado de rayos
(ray tracing), pudiendo los rayos entrar
en la geometría y causar artefactos.
En este trabajo se presentan tres métodos para sustituir los triángulos presentes en una malla de triángulos por una nueva primitiva de renderizado,
los triángulos cuádricos. Éstos están modelados como superficies de segundo grado, por lo que la normal varía en toda su superficie sin necesidad de
interpolar. En su construcción se garantiza mantener la estructura original de la malla de triángulos, consiguiendo también generar una superficie
con una normal geométrica proporcional a las normales de shading utilizadas en el triángulo original. De esta manera se eliminan artefactos causados
por el uso de una normal de shading distinta a la geométrica real de las figuras, consiguiendo un contorno suave por utilizar superficies de segundo grado
y manteniendo la apariencia otorgada a la malla de triángulos por las normales de shading.

Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Grado