Кіріспе
Иілген бет, қалың көпбұрышты тордан туындаған. 3D компьютерлік графика саласында, бөліну беті (әдетте SubD беті немесе Subsurf деп қысқартылады) – бұл қалың көпбұрышты тордың сипаттамасы арқылы бейнеленген және рекурсивті алгоритмдік әдіспен жасалған иілген бет. Иілген бет, негізгі ішкі тор, «бақылау қақпағы» немесе сыртқы тор деп белгілі қалың тордан есептеледі, әрбір көпбұрышты бетті кішірек беттерге бөлудің қайталама процесінің функционалдық лимиті ретінде, олар соңғы негізгі иілген бетке жақынрақ келеді. Көбінесе, қарапайым алгоритм торға геометрия қосу үшін қолданылады, беттерді кішірек бөліктерге бөлу арқылы, пішінін немесе көлемін өзгертпей. Керісінше, көпбұрыштарды азайту немесе бөлуді кері қайтару.
In the field of 3D computer graphics, a subdivision surface (commonly shortened to SubD surface or Subsurf) is a curved surface represented by the specification of a coarser polygon mesh and produced by a recursive algorithmic method. The curved surface, the underlying inner mesh, can be calculated from the coarse mesh, known as the control cage or outer mesh, as the functional limit of an iterative process of subdividing each polygonal face into smaller faces that better approximate the final underlying curved surface. Less commonly, a simple algorithm is used to add geometry to a mesh by subdividing the faces into smaller ones without changing the overall shape or volume. The opposite is reducing polygons or un subdividing.
Шолу
Субдивизия бетінің алгоритмі рекурсивті болып келеді. Процесс негізгі деңгейдегі көпбұрышты тордан басталады. Содан кейін осы торға жетілдіру схемасы қолданылады. Бұл процесс торды алып, оны бөліп, жаңа төбелер мен жаңа жақтар құрайды. Жаңа төбелердің орналасуы жақын орналасқан ескі төбелердің, қабырғалардың және/немесе жақтардың орналасуына сүйеніп есептеледі. Көптеген жетілдіру схемаларында ескі төбелердің орналасуы да өзгереді (мүмкін, жаңа төбелердің орналасуына байланысты). Бұл процесс бастапқы тордан гөрі тығыз торды тудырады, ол көбірек көпбұрышты жақтарды қамтиды (көбінесе 4 есеге артық). Нәтижесінде алынған торды бірнеше рет бірдей жетілдіру схемасынан өткізуге болады, осылайша одан да жетілдірілген торлар жасалады. Әрбір итерация көбінесе бөлініс деңгейі деп аталады, ол нөлден басталады (ешқандай жетілдіру жасалмағанға дейін). Шектік субдивизия беті – бұл процесс шексіз көп рет қайталап қолданылған кезде пайда болатын бет. Бірақ практикалық қолданыста бұл алгоритм тек шектеулі және салыстырмалы түрде аз рет қолданылады. Математикалық тұрғыдан алғанда, субдивизия бетінің ерекше төбесінің (квадторлар үшін 4-валентті емес түйін) маңы сплин болып табылады, онда параметрлік ерекше нүкте бар.
Тазарту схемалары
Бөлшек беттерді тазарту схемаларын екі негізгі санатқа бөлуге болады: интерполяциялық және жуықтау. Интерполяциялық схемалар бастапқы тордың бастапқы төбелерінің орналасуымен сәйкес келуі керек. Жуықтау схемалары мұндай талапқа ие емес; олар қажет болған жағдайда осы орналасуларды өзгерте алады. Әдетте, жуықтау схемалары жоғарырақ тегістікке ие, бірақ пайдаланушының нәтижеге толық бақылауы төмендеу. Бұл сплайн беттері мен қисықтарына ұқсас, онда Безиер қисықтары белгілі бір бақылау нүктелерін интерполяциялауы тиіс, ал B-сплайндары оны қажет етпейді (және олар көбірек жуықтау болып табылады). Бөлшек беттерді тазарту схемаларын олар қолданылатын көпбұрыштар түріне қарай да жіктеуге болады: кейбіреулері төртбұрыштармен (квадтармен) жақсы жұмыс істейді, ал басқалары негізінен үшбұрыштармен (тристермен) жұмыс істейді.
Ұқсастыратын схемалар
Шамалау дегеніміз – шекті беттер бастапқы торларға жуықтап келеді, ал бөлінгеннен кейін жаңадан пайда болған бақылау нүктелері шекті беттерде орналаспайды. Бес шамамен бөлінетін схема бар: Catmull and Clark (1978), Quads – екі кубикалық біркелкі B-сплайн түйінін енгізуді жалпылайды. Кез келген бастапқы тор үшін бұл схема барлық жерде C2 үздіксіздігі бар шекті беттерді жасайды, бірақ ерекше төбелерде C1 үздіксіздігі бар (Peters and Reif 1998). Doo-Sabin (1978), Quads – Doo және Sabin екінші бөлініс схемасын жасады, олар Чайкиннің бұрыш кесу әдісін (George Chaikin, 1974) қисықтардан беттерге сәтті кеңейтті. Олар екі квадраттық біркелкі B-сплайн бетінің аналитикалық өрнегін пайдаланып, кез келген бастапқы торлар үшін кез келген топологиясы бар C1 үздіксіздігі бар шекті беттерді жасау үшін бөлініс процедурасын құрды. Қосымша нүкте Doo-Sabin бөлінісінің пішінін жақсарта алады. Бөлінгеннен кейін барлық төбелердің валенттігі 4-ке тең болады. Loop (1987), Triangles – Loop өзінің бөлініс схемасын алты бағытты векторлардың төртінші дәрежелі қораптық сплайнына негіздеп ұсынды, бұл схема барлық жерде C2 үздіксіздігі бар шекті беттерді, ерекше төбелерде C1 үздіксіздігімен қамтамасыз ету ережесін ұсынады (Zorin 1997). Орта шетке бөліну схемасы (1997–1999) – Орта шетке бөліну схемасын Peters және Reif (1997) және Habib және Warren (1999) тәуелсіз түрде ұсынды. Біріншісі жаңа торды құру үшін әр қабырғаның орта нүктесін пайдаланды. Екіншісі схеманы құру үшін төрт бағытты қораптық сплайнды пайдаланды. Бұл схема кез келген топологиясы бар бастапқы торларда C1 үздіксіздігі бар шекті беттерді жасайды. (Екі қадам қашықтықты екіге бөлетіндіктен, "√2 бөлінісі" деп аталатын орта шетке бөлінуді ең баяу деп санауға болады.) √3 бөлініс схемасы (2000), Triangles – Бұл схеманы Kobbelt жасады және бірнеше қызықты ерекшеліктерді ұсынады: ол кез келген үшбұрышты торларды өңдейді, ерекше төбелерді қоспағанда барлық жерде C2 үздіксіздігі бар, және қажет болған жағдайда табиғи бейімделуге қабілетті. Оның кемінде екі ерекшелігі бар: ол үшбұрышты торлар үшін қос схема және бастапқы схемаларға қарағанда баяурақ тазарту жылдамдығына ие.
Catmull and Clark (1978), Quads – generalizes bi cubic uniform B spline knot insertion. For arbitrary initial meshes, this scheme generates limit surfaces that are C2 continuous everywhere except at extraordinary vertices where they are C1 continuous (Peters and Reif 1998). Doo Sabin (1978), Quads – The second subdivision scheme was developed by Doo and Sabin, who successfully extended Chaikin's corner cutting method (George Chaikin, 1974) for curves to surfaces. They used the analytical expression of bi quadratic uniform B spline surface to generate their subdivision procedure to produce C1 limit surfaces with arbitrary topology for arbitrary initial meshes. An auxiliary point can improve the shape of Doo Sabin subdivision. After a subdivision, all vertices have valence 4. Loop (1987), Triangles – Loop proposed his subdivision scheme based on a quartic box spline of six direction vectors to provide a rule to generate C2 continuous limit surfaces everywhere except at extraordinary vertices where they are C1 continuous (Zorin 1997). Mid Edge subdivision scheme (1997–1999) – The mid edge subdivision scheme was proposed independently by Peters Reif (1997) and Habib Warren (1999). The former used the mid point of each edge to build the new mesh. The latter used a four directional box spline to build the scheme. This scheme generates C1 continuous limit surfaces on initial meshes with arbitrary topology. (Mid Edge subdivision, which could be called "√2 subdivision" since two steps halve distances, could be considered the slowest.) √3 subdivision scheme (2000), Triangles – This scheme was developed by Kobbelt and offers several interesting features: it handles arbitrary triangular meshes, it is C2 continuous everywhere except at extraordinary vertices where it is C1 continuous and it offers a natural adaptive refinement when required. It exhibits at least two specificities: it is a Dual scheme for triangle meshes and it has a slower refinement rate than primal ones.
Негізгі өзгерістер
1978 ж. Эдвин Кэтмюлл мен Джим Кларк (Кэтмюлл-Кларк субдивизия бетіне қараңыз) және Дэниел Ду мен Малком Сэбин (Ду-Сэбин субдивизия бетіне қараңыз) субдивизия беттерін сипаттады. 1995 ж. Ульрих Рейф ерекше төбелер маңындағы субдивизия беттерінің қалай өзгеретінін анықтады. 1998 ж. Джос Стам кез келген параметрлерде Кэтмюлл-Кларк субдивизия бетін нақты есептеу әдісін ұсынды.