Юта чайник , первоначально созданный Мартин Ньюэллы, является удобным объектом для тестирования графических программ 3D.

Задача состоит в том, чтобы создать каркасное изображение чайника в перспективной проекции. Чтобы поддержать идею приложения с исходным кодом , просмотр и управление камерой могут быть изолированы и исключены из подсчета. Это значит, что параметры и входной файл могут быть изменены, а код повторно использован для генерации разнородных изображений, но нет необходимости создавать полноценную утилиту, которая принимает сложные аргументы командной строки или тому подобное. Требуется «хакерский» баланс.

ссылка StackOverflow: Как работают патчи Безье в чайнике в Юте?

Итак, здесь есть три подзадачи:

• считывать данные чайника в исходном формате .
• подразделите данные патча, используя расщепление де Кастельхау или другой метод. Другие методы используют базисные матрицы Безье и оценивают полиномы (стандартные ссылки, такие как Фоли и Ван Дам, Ньюманн и Спроулл) или базисные методы Бернштейна (которые все еще находятся за пределами моего понимания ).
• спроецируйте точки в 2D (если язык не поддерживает 3D изначально) и нарисуйте контур каждого небольшого патча, если смотреть с точки глаза, вид которой центрирован на точке LookAt, а вертикальная ось совмещена с вертикальной осью чайника. (т. е. нарисовать его «в вертикальном положении» с хорошей точки зрения).

Если предположить, что чтение текстовых данных, ориентированных на строки, из файла представляет собой небольшую проблему, эта задача действительно заключается в том, чтобы получить практические данные с использованием патча Bi-Cubic Bezier.

Поскольку простого обычного теста для отбраковки задней поверхности недостаточно (все участки не ориентированы наружу), удаление скрытой линии или -surface не требуется. Как каркас, он должен выглядеть очень хорошо с видимой спиной. Внешний вид может быть улучшен путем настройки ширины линии в зависимости от расстояния от глаза, но это не является строго необходимым (мои собственные программы не делают этого).

Это и код-гольф, и розеттский камень . Ответы, участвующие в гольфе, должны включать в себя нормальный результат. Но материалы на необычных языках очень поощряются, даже если они не очень короткие.

Для энтузиастов сложности Колмогорова существует более сжатый набор данных, где полный набор может быть реконструирован путем добавления поворотов и зеркального отражения патчей. А в книге Джима Блинна « Путешествие по графическому конвейеру» есть еще более лаконичный метод генерации, использующий тот факт, что отдельные патчи имеют вращательную или другую симметрию. Все тело (или крышка) можно описать одной кривой Безье, которая вращается вокруг оси y. Излив и ручки можно описать двумя кривыми их профиля, а затем выбрать промежуточные контрольные точки для аппроксимации круговой экструзии.

Обработка (Java), 314 (237 без управления камерой)

Не включая определения массива:

void setup(){size(640,480,P3D);}void draw(){background(0);noFill();stroke(255);translate(width/2,height/2,70);scale(30);rotateX(map(mouseX,0,width,0,TWO_PI));rotateY(map(mouseY,0,height,0,TWO_PI));for(int[] p:patches){beginShape();for(int pt:p){vertex(data[pt-1][0],data[pt-1][1],data[pt-1][2]);}endShape(CLOSE);}}

Определения массива данных:

float [][] data = {{1.4,0.0,2.4},
{1.4,-0.784,2.4},
{0.784,-1.4,2.4},
{0.0,-1.4,2.4},
{1.3375,0.0,2.53125},
{1.3375,-0.749,2.53125},
{0.749,-1.3375,2.53125},
{0.0,-1.3375,2.53125},
{1.4375,0.0,2.53125},
{1.4375,-0.805,2.53125},
{0.805,-1.4375,2.53125},
{0.0,-1.4375,2.53125},
{1.5,0.0,2.4},
{1.5,-0.84,2.4},
{0.84,-1.5,2.4},
{0.0,-1.5,2.4},
{-0.784,-1.4,2.4},
{-1.4,-0.784,2.4},
{-1.4,0.0,2.4},
{-0.749,-1.3375,2.53125},
{-1.3375,-0.749,2.53125},
{-1.3375,0.0,2.53125},
{-0.805,-1.4375,2.53125},
{-1.4375,-0.805,2.53125},
{-1.4375,0.0,2.53125},
{-0.84,-1.5,2.4},
{-1.5,-0.84,2.4},
{-1.5,0.0,2.4},
{-1.4,0.784,2.4},
{-0.784,1.4,2.4},
{0.0,1.4,2.4},
{-1.3375,0.749,2.53125},
{-0.749,1.3375,2.53125},
{0.0,1.3375,2.53125},
{-1.4375,0.805,2.53125},
{-0.805,1.4375,2.53125},
{0.0,1.4375,2.53125},
{-1.5,0.84,2.4},
{-0.84,1.5,2.4},
{0.0,1.5,2.4},
{0.784,1.4,2.4},
{1.4,0.784,2.4},
{0.749,1.3375,2.53125},
{1.3375,0.749,2.53125},
{0.805,1.4375,2.53125},
{1.4375,0.805,2.53125},
{0.84,1.5,2.4},
{1.5,0.84,2.4},
{1.75,0.0,1.875},
{1.75,-0.98,1.875},
{0.98,-1.75,1.875},
{0.0,-1.75,1.875},
{2.0,0.0,1.35},
{2.0,-1.12,1.35},
{1.12,-2.0,1.35},
{0.0,-2.0,1.35},
{2.0,0.0,0.9},
{2.0,-1.12,0.9},
{1.12,-2.0,0.9},
{0.0,-2.0,0.9},
{-0.98,-1.75,1.875},
{-1.75,-0.98,1.875},
{-1.75,0.0,1.875},
{-1.12,-2.0,1.35},
{-2.0,-1.12,1.35},
{-2.0,0.0,1.35},
{-1.12,-2.0,0.9},
{-2.0,-1.12,0.9},
{-2.0,0.0,0.9},
{-1.75,0.98,1.875},
{-0.98,1.75,1.875},
{0.0,1.75,1.875},
{-2.0,1.12,1.35},
{-1.12,2.0,1.35},
{0.0,2.0,1.35},
{-2.0,1.12,0.9},
{-1.12,2.0,0.9},
{0.0,2.0,0.9},
{0.98,1.75,1.875},
{1.75,0.98,1.875},
{1.12,2.0,1.35},
{2.0,1.12,1.35},
{1.12,2.0,0.9},
{2.0,1.12,0.9},
{2.0,0.0,0.45},
{2.0,-1.12,0.45},
{1.12,-2.0,0.45},
{0.0,-2.0,0.45},
{1.5,0.0,0.225},
{1.5,-0.84,0.225},
{0.84,-1.5,0.225},
{0.0,-1.5,0.225},
{1.5,0.0,0.15},
{1.5,-0.84,0.15},
{0.84,-1.5,0.15},
{0.0,-1.5,0.15},
{-1.12,-2.0,0.45},
{-2.0,-1.12,0.45},
{-2.0,0.0,0.45},
{-0.84,-1.5,0.225},
{-1.5,-0.84,0.225},
{-1.5,0.0,0.225},
{-0.84,-1.5,0.15},
{-1.5,-0.84,0.15},
{-1.5,0.0,0.15},
{-2.0,1.12,0.45},
{-1.12,2.0,0.45},
{0.0,2.0,0.45},
{-1.5,0.84,0.225},
{-0.84,1.5,0.225},
{0.0,1.5,0.225},
{-1.5,0.84,0.15},
{-0.84,1.5,0.15},
{0.0,1.5,0.15},
{1.12,2.0,0.45},
{2.0,1.12,0.45},
{0.84,1.5,0.225},
{1.5,0.84,0.225},
{0.84,1.5,0.15},
{1.5,0.84,0.15},
{-1.6,0.0,2.025},
{-1.6,-0.3,2.025},
{-1.5,-0.3,2.25},
{-1.5,0.0,2.25},
{-2.3,0.0,2.025},
{-2.3,-0.3,2.025},
{-2.5,-0.3,2.25},
{-2.5,0.0,2.25},
{-2.7,0.0,2.025},
{-2.7,-0.3,2.025},
{-3.0,-0.3,2.25},
{-3.0,0.0,2.25},
{-2.7,0.0,1.8},
{-2.7,-0.3,1.8},
{-3.0,-0.3,1.8},
{-3.0,0.0,1.8},
{-1.5,0.3,2.25},
{-1.6,0.3,2.025},
{-2.5,0.3,2.25},
{-2.3,0.3,2.025},
{-3.0,0.3,2.25},
{-2.7,0.3,2.025},
{-3.0,0.3,1.8},
{-2.7,0.3,1.8},
{-2.7,0.0,1.575},
{-2.7,-0.3,1.575},
{-3.0,-0.3,1.35},
{-3.0,0.0,1.35},
{-2.5,0.0,1.125},
{-2.5,-0.3,1.125},
{-2.65,-0.3,0.9375},
{-2.65,0.0,0.9375},
{-2.0,-0.3,0.9},
{-1.9,-0.3,0.6},
{-1.9,0.0,0.6},
{-3.0,0.3,1.35},
{-2.7,0.3,1.575},
{-2.65,0.3,0.9375},
{-2.5,0.3,1.125},
{-1.9,0.3,0.6},
{-2.0,0.3,0.9},
{1.7,0.0,1.425},
{1.7,-0.66,1.425},
{1.7,-0.66,0.6},
{1.7,0.0,0.6},
{2.6,0.0,1.425},
{2.6,-0.66,1.425},
{3.1,-0.66,0.825},
{3.1,0.0,0.825},
{2.3,0.0,2.1},
{2.3,-0.25,2.1},
{2.4,-0.25,2.025},
{2.4,0.0,2.025},
{2.7,0.0,2.4},
{2.7,-0.25,2.4},
{3.3,-0.25,2.4},
{3.3,0.0,2.4},
{1.7,0.66,0.6},
{1.7,0.66,1.425},
{3.1,0.66,0.825},
{2.6,0.66,1.425},
{2.4,0.25,2.025},
{2.3,0.25,2.1},
{3.3,0.25,2.4},
{2.7,0.25,2.4},
{2.8,0.0,2.475},
{2.8,-0.25,2.475},
{3.525,-0.25,2.49375},
{3.525,0.0,2.49375},
{2.9,0.0,2.475},
{2.9,-0.15,2.475},
{3.45,-0.15,2.5125},
{3.45,0.0,2.5125},
{2.8,0.0,2.4},
{2.8,-0.15,2.4},
{3.2,-0.15,2.4},
{3.2,0.0,2.4},
{3.525,0.25,2.49375},
{2.8,0.25,2.475},
{3.45,0.15,2.5125},
{2.9,0.15,2.475},
{3.2,0.15,2.4},
{2.8,0.15,2.4},
{0.0,0.0,3.15},
{0.0,-0.002,3.15},
{0.002,0.0,3.15},
{0.8,0.0,3.15},
{0.8,-0.45,3.15},
{0.45,-0.8,3.15},
{0.0,-0.8,3.15},
{0.0,0.0,2.85},
{0.2,0.0,2.7},
{0.2,-0.112,2.7},
{0.112,-0.2,2.7},
{0.0,-0.2,2.7},
{-0.002,0.0,3.15},
{-0.45,-0.8,3.15},
{-0.8,-0.45,3.15},
{-0.8,0.0,3.15},
{-0.112,-0.2,2.7},
{-0.2,-0.112,2.7},
{-0.2,0.0,2.7},
{0.0,0.002,3.15},
{-0.8,0.45,3.15},
{-0.45,0.8,3.15},
{0.0,0.8,3.15},
{-0.2,0.112,2.7},
{-0.112,0.2,2.7},
{0.0,0.2,2.7},
{0.45,0.8,3.15},
{0.8,0.45,3.15},
{0.112,0.2,2.7},
{0.2,0.112,2.7},
{0.4,0.0,2.55},
{0.4,-0.224,2.55},
{0.224,-0.4,2.55},
{0.0,-0.4,2.55},
{1.3,0.0,2.55},
{1.3,-0.728,2.55},
{0.728,-1.3,2.55},
{0.0,-1.3,2.55},
{1.3,0.0,2.4},
{1.3,-0.728,2.4},
{0.728,-1.3,2.4},
{0.0,-1.3,2.4},
{-0.224,-0.4,2.55},
{-0.4,-0.224,2.55},
{-0.4,0.0,2.55},
{-0.728,-1.3,2.55},
{-1.3,-0.728,2.55},
{-1.3,0.0,2.55},
{-0.728,-1.3,2.4},
{-1.3,-0.728,2.4},
{-1.3,0.0,2.4},
{-0.4,0.224,2.55},
{-0.224,0.4,2.55},
{0.0,0.4,2.55},
{-1.3,0.728,2.55},
{-0.728,1.3,2.55},
{0.0,1.3,2.55},
{-1.3,0.728,2.4},
{-0.728,1.3,2.4},
{0.0,1.3,2.4},
{0.224,0.4,2.55},
{0.4,0.224,2.55},
{0.728,1.3,2.55},
{1.3,0.728,2.55},
{0.728,1.3,2.4},
{1.3,0.728,2.4},
{0.0,0.0,0.0},
{1.5,0.0,0.15},
{1.5,0.84,0.15},
{0.84,1.5,0.15},
{0.0,1.5,0.15},
{1.5,0.0,0.075},
{1.5,0.84,0.075},
{0.84,1.5,0.075},
{0.0,1.5,0.075},
{1.425,0.0,0.0},
{1.425,0.798,0.0},
{0.798,1.425,0.0},
{0.0,1.425,0.0},
{-0.84,1.5,0.15},
{-1.5,0.84,0.15},
{-1.5,0.0,0.15},
{-0.84,1.5,0.075},
{-1.5,0.84,0.075},
{-1.5,0.0,0.075},
{-0.798,1.425,0.0},
{-1.425,0.798,0.0},
{-1.425,0.0,0.0},
{-1.5,-0.84,0.15},
{-0.84,-1.5,0.15},
{0.0,-1.5,0.15},
{-1.5,-0.84,0.075},
{-0.84,-1.5,0.075},
{0.0,-1.5,0.075},
{-1.425,-0.798,0.0},
{-0.798,-1.425,0.0},
{0.0,-1.425,0.0},
{0.84,-1.5,0.15},
{1.5,-0.84,0.15},
{0.84,-1.5,0.075},
{1.5,-0.84,0.075},
{0.798,-1.425,0.0},
{1.425,-0.798,0.0}
};

int [][] patches = {
    {32},
{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16},
{4,17,18,19,8,20,21,22,12,23,24,25,16,26,27,28},
{19,29,30,31,22,32,33,34,25,35,36,37,28,38,39,40},
{31,41,42,1,34,43,44,5,37,45,46,9,40,47,48,13},
{13,14,15,16,49,50,51,52,53,54,55,56,57,58,59,60},
{16,26,27,28,52,61,62,63,56,64,65,66,60,67,68,69},
{28,38,39,40,63,70,71,72,66,73,74,75,69,76,77,78},
{40,47,48,13,72,79,80,49,75,81,82,53,78,83,84,57},
{57,58,59,60,85,86,87,88,89,90,91,92,93,94,95,96},
{60,67,68,69,88,97,98,99,92,100,101,102,96,103,104,105},
{69,76,77,78,99,106,107,108,102,109,110,111,105,112,113,114},
{78,83,84,57,108,115,116,85,111,117,118,89,114,119,120,93},
{121,122,123,124,125,126,127,128,129,130,131,132,133,134,135,136},
{124,137,138,121,128,139,140,125,132,141,142,129,136,143,144,133},
{133,134,135,136,145,146,147,148,149,150,151,152,69,153,154,155},
{136,143,144,133,148,156,157,145,152,158,159,149,155,160,161,69},
{162,163,164,165,166,167,168,169,170,171,172,173,174,175,176,177},
{165,178,179,162,169,180,181,166,173,182,183,170,177,184,185,174},
{174,175,176,177,186,187,188,189,190,191,192,193,194,195,196,197},
{177,184,185,174,189,198,199,186,193,200,201,190,197,202,203,194},
{204,204,204,204,207,208,209,210,211,211,211,211,212,213,214,215},
{204,204,204,204,210,217,218,219,211,211,211,211,215,220,221,222},
{204,204,204,204,219,224,225,226,211,211,211,211,222,227,228,229},
{204,204,204,204,226,230,231,207,211,211,211,211,229,232,233,212},
{212,213,214,215,234,235,236,237,238,239,240,241,242,243,244,245},
{215,220,221,222,237,246,247,248,241,249,250,251,245,252,253,254},
{222,227,228,229,248,255,256,257,251,258,259,260,254,261,262,263},
{229,232,233,212,257,264,265,234,260,266,267,238,263,268,269,242},
{270,270,270,270,279,280,281,282,275,276,277,278,271,272,273,274},
{270,270,270,270,282,289,290,291,278,286,287,288,274,283,284,285},
{270,270,270,270,291,298,299,300,288,295,296,297,285,292,293,294},
{270,270,270,270,300,305,306,279,297,303,304,275,294,301,302,271},
{306}
};

Более читаемая версия:

void setup() {
  size(640,480,P3D);
}

void draw() {
  background(0);
  noFill();
  stroke(255);
  translate(width/2,height/2,70);
  scale(30);
  rotateX(map(mouseX,0,width,0,TWO_PI));
  rotateY(map(mouseY,0,height,0,TWO_PI));
  for (int[] p:patches) {
    beginShape();
    for (int pt:p) {
      vertex(data[pt-1][0],data[pt-1][2],data[pt-1][2]);
    }
    endShape(CLOSE); 
  }
}

И некоторые фото:

Еще одна версия с некоторыми интересными эффектами:

void setup(){size(640,480,P3D);}
void draw(){
  background(0);noFill();stroke(255);
  translate(width/2,height/2,70);scale(30);
  rotateX(map(mouseX,0,width,0,TWO_PI));rotateY(map(mouseY,0,height,0,TWO_PI));
  for(int[] p:patches){
    //beginShape(QUADS);
    for(int pt:p){
      for(int pu:p){
        //vertex(data[pu-1][0],data[pu-1][4],data[pu-1][2]);
        line(data[pt-1][0],data[pt-1][5],data[pt-1][2],data[pu-1][0],data[pu-1][6],data[pu-1][2]);
    }}
    //endShape(CLOSE);
  }
}

постскриптум

Не полностью игра в гольф, но это иллюстрирует иной подход, чем подразделение де Кастеляу: оценка базисного полинома. Пользы mat.ps .

(mat.ps)run[    % load matrix library, begin dictionary construction

/N 17
/C [ 0 7 4 ]   % Cam
/E [ 0 0 40 ] % Eye
/R 0 roty 120 rotx 90 rotz   % Rot: pan tilt twist
          matmul   matmul

/f(teapot)(r)file
/t{token pop exch pop}      % parse a number or other ps token
/s{(,){search not{t exit}if t 3 1 roll}loop}  % parse a comma-separated list
/r{token pop{[f 99 string readline pop s]}repeat}>>begin   % parse a count-prefixed paragraph of csv numbers
[/P[f r]/V[f r]/v{1 sub V exch get}        % Patches and Vertices and vert lookup shortcut
/B[[-1 3 -3 1][3 -6 3 0][-3 3 0 0][1 0 0 0]]              % Bezier basis matrix
/A{dup dup mul exch 2 copy mul 3 1 roll 1 4 array astore} % x->[x^3 x^2 x 1]
/M{[1 index 0 4 getinterval 2 index 4 4 getinterval       % flattened matrix->rowXcolumn matrix
3 index 8 4 getinterval 4 index 12 4 getinterval]exch pop}
/J{ C{sub}vop R matmul 0 get                              % perspective proJection  [x y z]->[X Y]
    aload pop E aload pop
    4 3 roll div exch neg
    4 3 roll add 1 index mul 4 1 roll
    3 1 roll sub mul}
>>begin

300 400 translate
1 14 dup dup scale div currentlinewidth mul setlinewidth  % global scale
/newline { /line {moveto /line {lineto} store} store } def
newline
P{
    8 dict begin
        [exch{v J 2 array astore}forall]/p exch def   % load patch vertices and project to 2D
        /X[p{0 get}forall] M B exch matmul B matmul def  % multiply control points by Bezier basis
        /Y[p{1 get}forall] M B exch matmul B matmul def

        0 1 N div 1 1 index .2 mul add{A/U exch def   % interpolate the polynomial over (u,v)/(N)
            /UX U X matmul def
            /UY U Y matmul def
            0 1 N div 1 1 index .2 mul add{A/V exch 1 array astore transpose def
                /UXV UX V matmul def
                /UYV UY V matmul def
                UXV 0 get 0 get
                UYV 0 get 0 get line
            }for
            newline
        }for

        0 1 N div 1 1 index .2 mul add{A/V exch def   % interpolate the polynomial over (u,v)/(N)
            /V [V] transpose def
            /XV X V matmul def
            /YV Y V matmul def
            0 1 N div 1 1 index .2 mul add{A/U exch 1 array astore transpose def
                /UXV U XV matmul def
                /UYV U YV matmul def
                UXV 0 get 0 get
                UYV 0 get 0 get line
            }for
            newline
        }for

    end

    %exit
}forall
stroke

1112

Удаление вертикальных линий и дисконтирование параметров дает эту версию 1112 символов. Пользы mat.ps .

(mat.ps)run[    % 12

/N 17
/C [ 0 7 4 ]   % Cam 
/E [ 0 0 40 ] % Eye 
/R 0 roty 120 rotx 90 rotz   % Rot: pan tilt twist
          matmul   matmul

/f(teapot)(r)file/t{token pop exch pop}/s{(,){search not{t exit}if t   % 1100
3 1 roll}loop}/r{token pop{[f 99 string readline pop 
s]}repeat}>>begin[/P[f r]/V[f r]/v{1 sub 
V exch get}/B[[-1 3 -3 1][3 -6 3 0][-3 3 0 0][1 0 0 0]]/A{dup dup mul exch
2 copy mul 3 1 roll 1 4 array astore}/M{[1 index 0 4 getinterval 2 index 4 4 getinterval    
3 index 8 4 getinterval 4 index 12 4 getinterval]exch pop}/J{C{sub}vop R matmul 0 get    
aload pop E aload pop 4 3 roll div exch neg 4 3 roll add 1 index mul 4 1 roll
3 1 roll sub mul}>>begin 300 400 translate
1 14 dup dup scale div currentlinewidth mul setlinewidth  
/newline{/line{moveto/line{lineto}store}store}def newline
P{8 dict begin[exch{v J 2 array astore}forall]/p
exch def/X[p{0 get}forall] M B exch matmul B matmul
def/Y[p{1 get}forall] M B exch matmul B matmul def 
0 1 N div 1 1 index .2 mul add{A/U exch def/UX U X matmul def/UY U Y matmul def 
0 1 N div 1 1 index .2 mul add{A/V exch 1 array astore transpose
def/UXV UX V matmul def/UYV UY V matmul def UXV 0 get 0 get UYV 0 get 0 get line}for
newline}for end}forall stroke