Визуализация отражающих полупрозрачных объектов, трехмерных ландшафтов. Нефотореалистичный рендеринг Компьютерная графика. Лекция 8

В ИЗУАЛИЗАЦИЯ ЗЕРКАЛЬНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

Компьютерная графика. Лекция 8

О СОБЕННОСТИ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ЗЕРКАЛЬНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ Данные поверхности отражают окружающее их пространство Простейший пример – плоское зеркало При визуализация отражений на криволинейных поверхностях в реальном времени – более сложная задача При ее решении обычно прибегают к алгоритмическим упрощениям Кубические текстуры Компьютерная графика. Лекция 8

В ИЗУАЛИЗАЦИЯ ПЛОСКОГО ЗЕРКАЛА

П РИНЦИП ЗЕРКАЛЬНОГО ОТРАЖЕНИЯ Свет от источника света отражается от объекта во все стороны. При этом часть света достигает зеркальной поверхности Часть света отражается от зеркальной поверхности и достигает глаза наблюдателя по измененной траектории В итоге, наблюдатель видит мнимое изображение отраженного объекта за зеркалом P P r r n m Q v m Компьютерная графика. Лекция 8

Ч ТО ТАКОЕ ОТРАЖЕНИЕ ? В зеркале мы видим отражение - мнимый объект, визуально расположенный за зеркалом Хотя на самом деле за зеркалом объекта нет, необходимо нарисовать его так, как если бы он там находился Для визуализации сцены, содержащей плоское зеркало, необходимо нарисовать ее дважды – оригинал и отражение сцены Компьютерная графика. Лекция 8

С ВОЙСТВА ПЛОСКОГО ОТРАЖЕНИЯ

Каждая точка отражения получена путем отражения соответствующей точки оригинала от плоскости зеркала Отраженная полигональная сетка содержит столько же вершин и граней, что и оригинал Компьютерная графика. Лекция 8

Точки, расположенные за отражающей плоскостью зеркала, в нем не отражаются Лучи света не достигают глаза наблюдателя Отражается только та часть пространства, которая располагается по лицевую сторону зеркала Компьютерная графика. Лекция 8

Направление обхода вершин в гранях отраженного объекта противоположно обходу вершин граней оригинального объекта Компьютерная графика. Лекция 8

С ПОСОБЫ ПОСТРОЕНИЯ ОТРАЖЕНИЯ Построить отражение можно двумя способами: «Отразить» сцену относительно плоскости зеркала и нарисовать ее глядя «в зазеркалье» «Отразить» положение наблюдателя относительно плоскости зеркала, и нарисовать сцену, глядя на нее «из зазеркалья» Компьютерная графика. Лекция 8

С ПОСОБ 1 В ЗГЛЯД В З АЗЕРКАЛЬЕ Компьютерная графика. Лекция 8

О ТРАЖЕНИЕ ОБЪЕКТА Отражение полигональной сетки осуществляется путем отражения всех ее вершин Требует большого количества вычислений для каждой вершины Усложняется применение мировых преобразований к отраженному объекту Можно модифицировать матрицу мировых преобразований оригинального объекта так, чтобы переместить его за зеркало Уже лучше, но данную операцию необходимо проделать для каждой матрицы мировых преобразований объекта Компьютерная графика. Лекция 8

С ПОСОБ 2 В ЗГЛЯД ИЗ ЗАЗЕРКАЛЬЯ Компьютерная графика. Лекция 8

О ТРАЖЕНИЕ НАБЛЮДАТЕЛЯ Необходимо модифицировать матрицу камеры так, чтобы перенести точку наблюдения за плоскость зеркала, заставив наблюдателя смотреть из зеркала Все вычисления сводятся к отражению точки начала координат и трех координатных осей Данные вычисления выполняются всего раз для каждого зеркала Компьютерная графика. Лекция 8

П ОСТРОЕНИЕ МАТРИЦЫ ОТРАЖЕНИЯ НАБЛЮДАТЕЛЯ Извлекаем вектора координатных осей и точку начала координат из оригинальной матрицы Вычисляем вектор mirrorToOrigin направленный из точки на плоскости отражения к началу координат Вычитаем из координатных осей их удвоенную проекцию на вектор нормали Мнимый объект расположен за зеркалом на том же расстоянии, что и оригинал Смещаем точку начала координат на удвоенную проекцию вектора mirrorToOrigin на вектор нормали Сохраняем вектора в матрицу отражения Компьютерная графика. Лекция 8

void BuildMirrorMatrix( const float *sourceMatrix, const Vector3d &mirrorNormal, const Vector3d &mirrorPoint, float *destinationMatrix) { Vector3d xAxis(&sourceMatrix[0]); Vector3d yAxis(&sourceMatrix[4]); Vector3d zAxis(&sourceMatrix[8]); Vector3d origin(&sourceMatrix[12]); Vector3d mirrorToOrigin = origin - mirrorPoint; xAxis -= mirrorNormal.Project(xAxis) * 2; yAxis -= mirrorNormal.Project(yAxis) * 2; zAxis -= mirrorNormal.Project(zAxis) * 2; origin -= mirrorNormal.Project(mirrorToOrigin) * 2; xAxis.StoreVector(&destinationMatrix[0]); yAxis.StoreVector(&destinationMatrix[4]); zAxis.StoreVector(&destinationMatrix[8]); origin.StorePoint(&destinationMatrix[12]); } Компьютерная графика. Лекция 8

О ТСЕЧЕНИЕ ОБЪЕКТОВ ВЫХОДЯЩИХ ЗА ПЛОСКОСТЬ ЗЕРКАЛА Зеркало отражает лишь те объекты, которые расположены перед отражающей поверхностью При построении отражения рисуются все объекты сцены Объекты могут частично находиться за плоскостью зеркала, а частично перед ним При рисовании отражения необходимо отсекать часть сцены, находящуюся за зеркалом Несоблюдение данного правила может привести к визуальным артефактам Компьютерная графика. Лекция 8

П РИМЕНЕНИЕ ПЛОСКОСТЕЙ ОТСЕЧЕНИЯ O PEN GL OpenGL позволяет задать по крайней мере 6 пользовательских плоскостей отсечения Уравнения плоскостей отсечения задаются при помощи команды glClipPlane Плоскость отсечения включается/выключается при помощи команд glEnable/glDisable(GL_CLIP_PLANEi) OpenGL отсекает примитивы либо части примитивов, находящиеся по одну из сторон каждой из плоскостей отсечения Компьютерная графика. Лекция 8

К ОМАНДА GL C LIP P LANE Задает уравнение одной из плоскостей отсечения, заданное в виде: N x *x + N y *y + N z *z + D = 0 Отсекаются те точки примитивов, для которых выражение N x *x + N y *y + N z *z + D меньше нуля Синтаксис: glClipPlane(GLenum plane, const GLdouble *equation) plane – номер плоскости – GL_CLIP_PLANEi equation – адрес массива из 4-х чисел типа double, задающих коэффициенты уравнения плоскости Компьютерная графика. Лекция 8

К ОЭФФИЦИЕНТЫ УРАВНЕНИЯ ПЛОСКОСТИ n=(N x, N y, N z ) P O P1P1 P2P2 P0P0 a b Компьютерная графика. Лекция 8

П РИМЕР glEnable(GL_CLIP_PLANE0); double clipPlane[4] = {0, -1, 0, 0}; glClipPlane(GL_CLIP_PLANE0, clipPlane); Компьютерная графика. Лекция 8

О ТСЕЧЕНИЕ ПО ГРАНИЦАМ ЗЕРКАЛА Область отражения должна быть ограничена границами отражающей поверхности Сделать это можно, при помощи буфера трафарета Плоскость зеркала рисуется в буфере трафарета и используется в качестве области для рисования отражения Компьютерная графика. Лекция 8

Т РАФАРЕТ В O PEN GL Помимо буферов цвета и глубины, в OpenGL имеется буфер трафарета Двумерный массив целых чисел определенной разрядности Тест трафарета – один из серии тестов, которые проходит фрагмент на этапе растеризации. Выполняется перед тестом глубины Компьютерная графика. Лекция 8

К АК РАБОТАЕТ ТЕСТ ТРАФАРЕТА Тест трафарета состоит из двух последовательных действий, выполняемых над фрагментом Вычисление логической функции трафарета над значением в буфере трафарета Выполнение операции трафарета над значением в буфере трафарета исходя из результатов теста трафарета и теста глубины Компьютерная графика. Лекция 8

Ф УНКЦИЯ ТРАФАРЕТА Данная функция сравнивает значение в буфере трафарета с заданной величиной Результат данной функции определяет результат теста трафарета Фрагменты, прошедшие данный тест, допускаются до теста глубины Фрагменты, не прошедшие тест трафарета, исключаются из дальнейшей обработки Выбор функции трафарета осуществляется при помощи команды glStencilFunc Компьютерная графика. Лекция 8

К ОМАНДА GL S TENCIL F UNC Команда задает функцию сравнения и сравниваемое значение для теста трафарета void glStencilFunc( GLenum func, GLint ref, GLuint mask) Результат теста вычисляется по формуле: func (ref & mask, stencil & mask) Параметр func определяет условие положительного завершения теста трафарета: GL_NEVER, GL_LESS, GL_LEQUAL, GL_GREATER, GL_GEQUAL, GL_EQUAL, GL_NOTEQUAL, GL_ALWAYS Компьютерная графика. Лекция 8

О ПЕРАЦИЯ ТРАФАРЕТА Тест трафарета может закончиться либо успешно, либо неудачно В случае успешного выполнения теста трафарета выполняется тест глубины Операция трафарета модифицирует значение в буфере трафарета исходя из результатов теста трафарета и теста глубины Установка операции трафарета осуществляется при помощи команды glStencilOp Компьютерная графика. Лекция 8

Д ОПУСТИМЫЕ ОПЕРАЦИИ НАД БУФЕРОМ ТРАФАРЕТА Сохранить прежнее значение (GL_KEEP) Обнулить значение (GL_ZERO) Заменить значением параметра ref функции сравнения (GL_REPLACE) Увеличить на 1 (GL_INCR) Уменьшить на 1 (GL_DECR) Инвертировать биты (GL_INVERT) Компьютерная графика. Лекция 8

К ОМАНДА GL S TENCIL O P Команда задает операцию над буфером трафарета void glStencilOp( GLenum fail, GLenum zfail, GLenum zpass) Параметры определяют действия над буфером трафарета в различных ситуациях: fail – тест трафарета закончился неудачей zfail – тест глубины закончился неудачей zpass – тест глубины пройден Компьютерная графика. Лекция 8

Р ИСУЕМ ЗЕРКАЛО В БУФЕР ТРАФАРЕТА // рисуем зеркало в буфер трафарета (не модифицируя буферы цвета и глубины) if (g_useStencil) { glEnable(GL_STENCIL_TEST); glColorMask(GL_FALSE, GL_FALSE, GL_FALSE, GL_FALSE); glDepthMask(GL_FALSE); glStencilOp(GL_REPLACE, GL_REPLACE, GL_KEEP); glStencilFunc(GL_ALWAYS, 1, 255); DrawMirror(false); glColorMask(GL_TRUE, GL_TRUE, GL_TRUE, GL_TRUE); glDepthMask(GL_TRUE); glDisable(GL_STENCIL_TEST); } Компьютерная графика. Лекция 8

С ОДЕРЖИМОЕ БУФЕРА КАДРА Буфер цвета Буфер трафарета Компьютерная графика. Лекция 8

Р ИСУЕМ ОТРАЖЕНИЕ В ОБЛАСТЬ ЗЕРКАЛА glFrontFace(GL_CW); if (g_drawReflection) { glEnable(GL_STENCIL_TEST); glStencilFunc(GL_EQUAL, 1, 255); glStencilOp(GL_KEEP, GL_KEEP, GL_KEEP); glEnable(GL_CLIP_PLANE0); double clipPlane[4] = {0, -1, 0, 0}; glClipPlane(GL_CLIP_PLANE0, clipPlane); glLoadMatrixf(mirrorMatrix); SetLights(); AnimateCube(); DrawCube(); glDisable(GL_CLIP_PLANE0); glDisable(GL_STENCIL_TEST); } glFrontFace(GL_CCW); Компьютерная графика. Лекция 8

С ОДЕРЖИМОЕ БУФЕРА КАДРА Компьютерная графика. Лекция 8

Р ИСОВАНИЕ ОРИГИНАЛЬНОЙ ЧАСТИ СЦЕНЫ Рисуем плоскость зеркала Объекты сцены, вызывающие отражение, должны быть нарисованы в последнюю очередь Если нарисовать объекты до их отражений, то содержимое буфера глубины может быть испорчено объектами, расположенными позади зеркала, что вызовет некорректное построение отраженного изображения Компьютерная графика. Лекция 8

С ОДЕРЖИМОЕ БУФЕРА КАДРА Компьютерная графика. Лекция 8

В ИЗУАЛИЗАЦИЯ КРИВОЛИНЕЙНЫХ ОТРАЖАЮЩИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

З АДАЧА ВИЗУАЛИЗАЦИИ КРИВОЛИНЕЙНЫХ ОТРАЖАЮЩИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ «Честное» решение данной задачи требует достаточно сложных вычислений Необходимо найти точку пересечения отраженного от данной точки поверхности луча, исходящего из глаза наблюдателя, с некоторой точкой сцены Для визуализации сложных сцен в реальном времени данный способ не подходит из за низкого быстродействия Компьютерная графика. Лекция 8

Т РАССИРОВКА ЛУЧЕЙ Наблюдатель Отражающая поверхность Компьютерная графика. Лекция 8

В ИЗУАЛИЗАЦИЯ ЗЕРКАЛЬНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ Вместо самой сцены используется ее проекция на сферу или куб, построенная в центре зеркального объекта Изображение называется картой окружающей среды (Environment Map) При визуализации объекта необходимо найти пересечение отраженного луча со сферой или кубом и использовать цвет карты окружающей среды в данной точке Если размер сферы или куба во много раз превышает размеры объекта, значение будет играть лишь направление отраженного луча. Положением точки в пространстве можно будет пренебречь Компьютерная графика. Лекция 8

И СПОЛЬЗОВАНИЕ КУБИЧЕСКИХ ТЕКСТУР Кубическая текстура представляют собой развертку шести граней куба, каждая грань которого содержит текстуру Каждая из 6 текстур содержит изображение окружающей среды, которое видно из центра куба в одном из 6 направлений Компьютерная графика. Лекция 8

П РИНЦИП РЕАЛИЗАЦИИ ЭФФЕКТА ОТРАЖЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ GLSL Вершинный шейдер Трансформация вершины Трансформация вектора нормали и видового вектора в систему координат наблюдателя Фрагментный шейдер Нахождение отраженного вектора в данной точке поверхности Извлечение данных из кубической текстуры Компьютерная графика. Лекция 8

Н АХОЖДЕНИЕ ОТРАЖЕННОГО ВЕКТОРА n vr Компьютерная графика. Лекция 8

И СХОДНЫЙ КОД ШЕЙДЕРОВ, ВЫПОЛНЯЮЩИХ НАЛОЖЕНИЕ ТЕКСТУРЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ uniform samplerCube EnvironmentTexture; varying vec3 Normal; varying vec3 View; void main(void) { vec3 texCoord = reflect(View, Normal); gl_FragColor = textureCube(EnvironmentTexture, texCoord); } varying vec3 Normal; varying vec3 View; void main(void) { gl_Position = ftransform(); Normal = normalize(gl_NormalMatrix * gl_Normal); View = (gl_ModelViewMatrix * gl_Vertex).xyz; } Компьютерная графика. Лекция 8

Р ЕЗУЛЬТАТ РАБОТЫ Компьютерная графика. Лекция 8

В ИЗУАЛИЗАЦИЯ ПОЛУПРОЗРАЧНЫХ ОБЪЕКТОВ

В ЗАИМОДЕЙСТВИЕ СВЕТА С ПОЛУПРОЗРАЧНЫМИ ОБЪЕКТАМИ Рефракция - изменение направления распространения волн электромагнитного излучения, возникающее на границе раздела двух прозрачных для этих волн сред или в толще среды с непрерывно изменяющимися свойствами. Компьютерная графика. Лекция 8

П РИЧИНА ВОЗНИКНОВЕНИЯ РЕФРАКЦИИ Различие в скоростях электромагнитных волн контактирующих сред Компьютерная графика. Лекция 8

П РИНЦИП Г ЮЙГЕНСА -Ф РЕНЕЛЯ Каждый элемент волнового фронта можно рассматривать как центр вторичного возмущения, порождающего вторичные сферические волны, а результирующее световое поле в каждой точке пространства будет определяться интерференцией этих волн Компьютерная графика. Лекция 8

З АКОН С НЕЛЛА Угол падения света на поверхность связан с углом преломления соотношением Принцип Гюйгенса-Френеля Компьютерная графика. Лекция 8

В НУТРЕННЕЕ ОТРАЖЕНИЕ Явление отражения э/м волны от границы раздела двух сред при условии, что волна падает из среды с большим показателем преломления Компьютерная графика. Лекция 8

В ИЗУАЛИЗАЦИЯ ПРЕЛОМЛЯЮЩИХ СВЕТ ОБЪЕКТОВ Высокореалистичная визуализация объектов требует трассировки лучей и обработки всех преломлений на пути следования луча Компьютерная графика. Лекция 8

У ПРОЩЕНИЯ ДЛЯ ВИЗУАЛИЗАЦИИ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ Использование карт окружающей среды Расчет только первого преломления Компьютерная графика. Лекция 8

У ПРОЩЕННАЯ ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ПРЕЛОМЛЯЮЩИХ СВЕТ ОБЪЕКТОВ Кубическая текстура Компьютерная графика. Лекция 8

В ЕРШИННЫЙ ШЕЙДЕР uniform vec4 view_position; varying vec3 vNormal; // normal in model space varying vec3 vViewVec; // view direction void main(void) { gl_Position = ftransform(); vNormal = gl_Normal; vViewVec = view_position.xyz - gl_Vertex.xyz; } Компьютерная графика. Лекция 8

Ф РАГМЕНТНЫЙ ШЕЙДЕР (1) uniform samplerCube Environment; uniform float ambient; // ambient color uniform vec4 baseColor; uniform float refractionIndex; varying vec3 vNormal; // fragment normal varying vec3 vViewVec; // eye direction void main(void) { // normalize view and normal vectors vec3 n = normalize(vNormal); vec3 v = normalize(vViewVec); // Calculate refracted color vec4 refractedColor = baseColor * textureCube(Environment, refract(-v, n, refractionIndex)); gl_FragColor = refractedColor + ambient; } Компьютерная графика. Лекция 8

Р ЕЗУЛЬТАТ Компьютерная графика. Лекция 8

Д АЛЬНЕЙШИЕ УЛУЧШЕНИЯ Не учитывается отражаемый свет Чем больше угол падения, тем меньше света преломляется и тем меньше света отражается Компьютерная графика. Лекция 8

Ф РАГМЕНТНЫЙ ШЕЙДЕР ЧИСТОГО ОТРАЖЕНИЯ uniform samplerCube Environment; uniform float ambient; // ambient color uniform float refractionIndex; varying vec3 vNormal; // fragment normal varying vec3 vViewVec; // eye direction void main(void) { // normalize view and normal vectors vec3 n = normalize(vNormal); vec3 v = normalize(vViewVec); // Calculate reflected color vec4 reflectedColor = textureCube(Environment, reflect(-v, n)); gl_FragColor = reflectedColor + ambient; } Компьютерная графика. Лекция 8

Р ЕЗУЛЬТАТ Компьютерная графика. Лекция 8

К ОМБИНИРУЕМ ОТРАЖЕННЫЙ И ПРЕЛОМЛЕННЫЙ СВЕТ Коэффициенты преломленного и отраженного света скомбинируем в зависимости от синуса отраженного и преломленного света r n n1n1 n2n2 α β -v-v Компьютерная графика. Лекция 8

Ф РАГМЕНТНЫЙ ШЕЙДЕР uniform samplerCube Environment;// environment map uniform vec4 baseColor; uniform float ambient; // ambient color uniform float refractionIndex; varying vec3 vNormal; // fragment normal varying vec3 vViewVec; // eye direction void main(void) { vec3 n = normalize(vNormal); vec3 v = normalize(vViewVec); vec4 refractedColor = baseColor * textureCube(Environment, refract(-v, n, refractionIndex)); vec4 reflectedColor = textureCube(Environment, reflect(-v, n)); float cosine = dot(n, v); float sine = sqrt(1.0 - cosine * cosine); float sine2 = clamp(refractionIndex * sine, 0.0, 1.0); gl_FragColor = reflectedColor * sine + (1.0 - sine2) * refractedColor + ambient; } Компьютерная графика. Лекция 8

Р ЕЗУЛЬТАТ Компьютерная графика. Лекция 8

Д ИСПЕРСИЯ Явление зависимости абсолютного показателя преломления вещества от длины волны Обычно чем больше частота волны, тем больше показатель преломления среды и меньше ее скорость света в ней Аномальная дисперсия Компьютерная графика. Лекция 8

Э МУЛИРУЕМ ДИСПЕРСИЮ Создаем одномерную текстуру радужного спектра Степень дисперсии (координата в текстуре спектра) будет вычисляться по формуле: Цвет из спектра подмешивается к результирующему цвету s-коэффициент дисперсии (чем больше, тем заметнее дисперсионная картина). Подойдут значения от 0.1 до 3 Компьютерная графика. Лекция 8

Ф РАГМЕНТНЫЙ ШЕЙДЕР uniform samplerCube Environment;// environment map uniform vec4 baseColor; uniform float ambient; // ambient color uniform float refractionIndex; varying vec3 vNormal; // fragment normal varying vec3 vViewVec; // eye direction uniform sampler2D Rainbow; uniform float rainbowSpread; uniform float rainbowScale; void main(void) { … vec4 rainbow = texture2D(Rainbow, vec2( pow(cosine, rainbowSpread), 0.0)); vec4 rain = rainbowScale * rainbow * baseColor; // mix reflected and refracted colors gl_FragColor = reflectedColor * sine + ambient + mix(refractedColor, rain, sine2); } Компьютерная графика. Лекция 8

Р ЕЗУЛЬТАТ Компьютерная графика. Лекция 8

В ИЗУАЛИЗАЦИЯ ТРЕХМЕРНЫХ ЛАНДШАФТОВ

Трехмерный ландшафт – сцена, моделирующая некоторый участок земной поверхности Характерной особенностью являются большие объемы информации, затрачиваемые на представление обширных пространств как правило, повторяющихся элементов ландшафты не содержат Компьютерная графика. Лекция 8

С ПОСОБЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ В ПАМЯТИ ЭВМ Регулярной сетки высот Иррегулярной сетки вершин и связей обычная полигональная сетка В виде посегментной карты высот Компьютерная графика. Лекция 8

К АРТА ВЫСОТ Компьютерная графика. Лекция 8

Х АРАКТЕРИСТИКИ Простота представления и обработки данных можно использовать обычный графический редактор Игнорирование особенностей равнинных и холмистых участков ландшафта Избыток либо недостаток данных Невозможность представления пещер, впадин и т.п. Компьютерная графика. Лекция 8

И РРЕГУЛЯРНАЯ СЕТКА Компьютерная графика. Лекция 8

Х АРАКТЕРИСТИКИ Позволяет учитывать особенности участков ландшафта На представление равнинных участков требуется меньше вершин и полигонов Дает возможность представления впадин, пещер и т.п. Сложность обработки и визуализации Компьютерная графика. Лекция 8

П ОСЕГМЕНТНЫЕ КАРТЫ ВЫСОТ Ландшафт разбивается на сегменты определенного размера Каждый блок может быть представлен в виде регулярной или нерегулярной сетки высот Достоинства: Возможность представления огромных пространств Каждый блок может иметь по несколько вариантов сеток высот для разных уровней детализации Недостатки Усложнение стыковки блоков Усложнение редактирования Компьютерная графика. Лекция 8

П РИМЕР Компьютерная графика. Лекция 8

Н ЕФОТОРЕАЛИСТИЧНЫЙ РЕНДЕРИНГ

N ON - PHOTOREALISTIC RENDERING Область компьютерной графики, нацеленная на создание широкого спектра выразительных художественных стилей Рисование Черчение Технические иллюстрации Трехмерные мультифильмы Компьютерная графика. Лекция 8

H ATCHING ( ШТРИХОВКА )

Ш ТРИХОВКА Артистических прием, основанный на передаче света и тени при помощи близко расположенных параллельных линий Принцип создания в реальном времени Подготавливаются N текстур, задающих разные степени штриховки Вершинный шейдер вычисляет освещенность каждой вершины в диапазоне от 0 до 1 На основе цвета вершины вычисляются весовые коэффициенты смешивания текстур и передаются фрагментному шейдеру Фрагментный шейдер вычисляет цвет фрагмента как взвешенное значение цвета текстур Компьютерная графика. Лекция 8

Т ЕКСТУРЫ ШТРИХОВКИ Компьютерная графика. Лекция 8

В ЕРШИННЫЙ ШЕЙДЕР ( НАЧАЛО ) uniform vec4 lightDir; varying vec2 vTexCoord; varying vec3 vHatchWeights0; varying vec3 vHatchWeights1; void main(void) { gl_Position = ftransform(); vTexCoord = vec2(gl_MultiTexCoord0); vec3 normalW = normalize(gl_NormalMatrix * gl_Normal); float diffuse = clamp(dot(lightDir.xyz,normalW), 0.0, 1.0); diffuse = diffuse * diffuse; Компьютерная графика. Лекция 8

В ЕРШИННЫЙ ШЕЙДЕР ( ПРОДОЛЖЕНИЕ ) float hatchFactor = diffuse * 6.0; vec3 weight0 = vec3(0.0); vec3 weight1 = vec3(0.0); if (hatchFactor>5.0) { weight0.x = 1.0; } else if (hatchFactor>4.0) { weight0.x = (5.0 - hatchFactor); weight0.y = weight0.x; } else if (hatchFactor>3.0) { weight0.y = (4.0 - hatchFactor); weight0.z = weight0.y; } Компьютерная графика. Лекция 8

В ЕРШИННЫЙ ШЕЙДЕР ( ОКОНЧАНИЕ ) else if (hatchFactor>2.0) { weight0.z = (3.0 - hatchFactor); weight1.x = weight0.z; } else if (hatchFactor>1.0) { weight1.x = (2.0 - hatchFactor); weight1.y = weight1.x; } else if (hatchFactor>0.0) { weight1.y = (1.0 - hatchFactor); weight1.z = weight1.y; } vHatchWeights0 = weight0; vHatchWeights1 = weight1; } Компьютерная графика. Лекция 8

Ф РАГМЕНТНЫЙ ШЕЙДЕР uniform sampler2D Hatch0; uniform sampler2D Hatch1; uniform sampler2D Hatch2; uniform sampler2D Hatch3; uniform sampler2D Hatch4; uniform sampler2D Hatch5; varying vec2 vTexCoord; varying vec3 vHatchWeights0; varying vec3 vHatchWeights1; void main(void) { gl_FragColor = texture2D(Hatch0,vTexCoord) * vHatchWeights0.x + texture2D(Hatch1,vTexCoord) * vHatchWeights0.y + texture2D(Hatch2,vTexCoord) * vHatchWeights0.z + texture2D(Hatch3,vTexCoord) * vHatchWeights1.x + texture2D(Hatch4,vTexCoord) * vHatchWeights1.y + texture2D(Hatch5,vTexCoord) * vHatchWeights1.z; } Компьютерная графика. Лекция 8

Р ЕЗУЛЬТАТ Компьютерная графика. Лекция 8

M ETALLIC CARTOON

П РИНЦИП СОЗДАНИЯ ЭФФЕКТА METALLIC CARTOON Создается текстура, задающая плавный переход от света к тени Функция трансформации цвета Фрагментный шейдер выполняет трансформацию освещенности фрагмента на основе данной текстурной функции 1 01 Компьютерная графика. Лекция 8

В ЕРШИННЫЙ ШЕЙДЕР uniform vec4 view_position; uniform vec4 light0; uniform vec4 light1; uniform vec4 light2; varying vec3 vNormal; varying vec3 vLight1; varying vec3 vLight2; varying vec3 vLight3; varying vec3 vView; void main(void) { gl_Position = ftransform(); vNormal = gl_Normal ; vView = normalize( view_position.xyz - gl_Vertex.xyz ); vLight1 = normalize(light0.xyz - gl_Vertex.xyz); // Light 1 vLight2 = normalize(light1.xyz - gl_Vertex.xyz); // Light 2 vLight3 = normalize(light2.xyz - gl_Vertex.xyz); // Light 3 } Компьютерная графика. Лекция 8

Ф РАГМЕНТНЫЙ ШЕЙДЕР uniform sampler2D Outline; uniform vec4 Material; varying vec3 vNormal; varying vec3 vLight1; varying vec3 vLight2; varying vec3 vLight3; varying vec3 vView; void main(void) { vec3 norm = normalize (vNormal); vec2 texCoord = vec2(1.0 - dot (norm, normalize(vView)), 0.5); vec3 outline = texture2D(Outline, texCoord).xyz; float lighting = (dot (normalize (vLight1), norm) * ) + (dot (normalize (vLight2), norm) * ) + (dot (normalize (vLight3), norm) * ); gl_FragColor = vec4(outline,1.0) * vec4(lighting) * Material; } Компьютерная графика. Лекция 8

Р ЕЗУЛЬТАТ Компьютерная графика. Лекция 8

T OON SHADING

П РИНЦИП СОЗДАНИЯ ЭФФЕКТА T OON SHADING Создается одномерная ступенчатая текстура, задающая функцию преобразования освещенности Вершинный шейдер вычисляет диффузную составляющую освещенности вершины Фрагментный шейдер трансформирует диффузную освещенность с использованием функции преобразования 1 01 Компьютерная графика. Лекция 8

В ЕРШИННЫЙ ШЕЙДЕР uniform vec3 lightDir; varying vec2 vTexCoord; void main(void) { gl_Position = ftransform(); vec3 normalW = gl_NormalMatrix * gl_Normal; float diffuse = max(0.0,dot(lightDir,normalW)); vTexCoord.x = diffuse; vTexCoord.y = 0.0; } Компьютерная графика. Лекция 8

Ф РАГМЕНТНЫЙ ШЕЙДЕР uniform sampler2D ToonShaderTexture; varying vec2 vTexCoord; void main(void) { gl_FragColor = texture2D(ToonShaderTexture, vTexCoord); } Компьютерная графика. Лекция 8

Р ЕЗУЛЬТАТ Компьютерная графика. Лекция 8