Metodichka по компьютерной графике. Е. А. Снижко, Н. А. Флерова, А. В. Воронцов программирование компьютерной графики с использованием
 Скачать 1.31 Mb.
|
|
Параметры источника света. В аргументе param задается значение или значения, в которые следует установить характеристику pname. Если используется векторная версия команды, param представляет собой вектор величин, а если невекторная, то param – одно единственное значение. Невекторная версия команды может использоваться только для указания параметров, чье значение выражается одним числом. Значения параметров по умолчанию. 35 Имена параметров Значения по умолчанию Смысл GL_AMBIENT (0.0,0.0,0.0,1.0) Интенсивность фонового света GL_DIFFUSE (1.0,1.0,1.0,1.0) или (0.0,0.0,0.0,1.0) Интенсивность диффузного света (значение по умолчанию для 0-го источника - белый свет, для остальных - черный) GL_SPECULAR (1.0,1.0,1.0,1.0) или (0.0,0.0,0.0,1.0) Интенсивность зеркального света (значение по умолчанию для 0-го источника - белый свет, для остальных - черный) GL_POSITION (0.0,0.0,1.0,0.0) Положение источника света (x,y,z,w) GL_SPOT_DIRECTION (0.0,0.0,-1.0) Направление света прожектора (x,y,z) GL_SPOT_EXPONENT 0.0 Концентрация светового луча GL_SPOT_CUTOFF 180.0 Угловая ширина светового луча GL_CONSTANT_ATTENUATION 1.0 Постоянный фактор ослабления GL_LINEAR_ATTENUATION 0.0 Линейный фактор ослабления GL_QUADRATIC_ATTENUATION 0.0 Квадратичный фактор ослабления Значения по умолчанию для GL_DIFFUSEи GL_SPECULAR в таблице различаются для GL_LIGHT0 и других источников света (GL_LIGHT1, GL_LIGHT2, ...). Для параметров GL_DIFFUSEи GL_SPECULAR источника света GL_LIGHT0 значение по умолчанию – (1.0, 1.0, 1.0, 1.0). Для других источников света значение тех же параметров по умолчанию – (0.0, 0.0, 0.0, 1.0). Цвет. OpenGL позволяет ассоциировать с каждым источником света три различных параметра, связанных с цветом: GL_AMBIENT, GL_DIFFUSE и GL_SPECULAR. Параметр GL_AMBIENT задает RGBA интенсивность фонового света, который каждый отдельный источник света добавляет к сцене. Glfloat light_ambient[]={0.0,0.0,1.0,1.0}; glLightfv(GL_LIGHT0,GL_AMBIENT,light_ambient); Параметр GL_DIFFUSE наверное наиболее точно совпадает с тем, что вы привыкли называть «цветом света». Он определяет RGBA цвет диффузного света, который отдельный источник света добавляет к сцене. По умолчанию для GL_LIGHT0 параметр GL_DIFFUSE равен (1.0, 1.0, 1.0, 1.0), что соответствует яркому белому свету. Значение по умолчанию для всех остальных источников света (GL_LIGHT1, GL_LIGHT2, ..., GL_LIGHT7) равно (0.0, 0.0, 0.0, 0.0). Параметр GL_AMBIENT влияет на цвет зеркального блика на объекте. В реальном мире на объектах вроде стеклянной бутылки имеется зеркальный блик соответствующего освещению цвета (часто белого). Для создания эффекта реалистичности нужно установить 36 GL_SPECULAR в то же значение, что и GL_DIFFUSE. По умолчанию GL_SPECULAR равно (1.0, 1.0, 1.0, 1.0) для GL_LIGHT0 и (0.0, 0.0, 0.0, 0.0) для остальных источников. Позиция и ослабление. Можно выбрать, следует ли считать источник света расположенным бесконечно далеко от сцены или близко к ней. На источники света первого типа ссылаются как на направленные (directional): эффект от бесконечно далекого расположения источника заключается в том, что все лучи его света могут считаться параллельными к моменту достижения объекта. Примером реального направленного источника света может служить солнце. Источники второго типа называются позиционными (positional), поскольку их точное положение на сцене определяет их эффект и, в частности, направление из которого идут лучи. Примером позиционного источника света является настольная лампа. Направленный источник: Glfloat light_position[]={1.0,1.0,1.0,0.0}; glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, light_position); Как видно, для параметра GL_POSITION задается вектор из четырех величин (x, y, z, w). Если последняя величина w равна 0, соответствующий источник света считается направленным, и величины (x, y, z) определяют его направление. Это направление преобразуется видовой матрицей. По умолчанию параметру GL_POSITION соответствуют значения (0, 0, 1, 0), что задает свет, направленный вдоль отрицательного направления оси z. (Заметьте, что никто не запрещает вам создать свет, направленный в (0, 0, 0), однако такой свет не даст должного эффекта). Если значение w не равно 0, свет является позиционным, и величины (x, y, z) задают местоположение источника света в однородных объектных координатах. Это положение преобразуется видовой матрицей и сохраняется в видовых координатах. Кроме того, по умолчанию позиционный свет излучается во всех направлениях, но вы можете ограничить распространение света, создав конус излучения, определяющий прожектор. Задания лабораторной работе. Задание 1. Построить 2 сферы с координатами и радиусом, заданными в таблице 1 для каждого варианта. Задание 2. Задать фоновое освещение с параметрами, заданными в таблице 1 для каждого варианта. Задание 3. Задать параметры материала для сфер. Одна из сфер должна иметь свойство GL_DIFFUSE , а вторая GL_SHININESS. Цвет и степень блеска заданы в таблице 1. Задание 4. Создать источники света, количество которых различно для каждого варианта. Параметры источников света задаются произвольно, однако они должны быть различны для разных ламп. Варианты к заданию лабораторной работы. № Координаты центра сферы Радиус сферы Параметры фонового освещения Цвет, степень блеска Кол-во ламп 1 1,0,4 3 0.2,0.2,0.3,1 красный, 45 2 2 2,7,9 5 0.1,0.4,0.1,1 синий, 79 3 3 9,4,10 2.9 0.5,0.3,0.5,1 желтый, 93 1 4 -15,9,2.2 6 0.3,0.6,0.2,1 зеленый, 39 2 5 8,3.8,-1.7 3.4 0.2,0.7,0.1,1 розовый, 122 1 Дополнительные задания. 1. В установленном графическом окне построить куб, задать для различных его граней различные параметры материала: GL_AMBIENT, GL_DIFFUSE, 37 GL_SPECULAR, GL_EMISSION, GL_SHININESS, GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE. 2. Установить диффузный источник света, освещающий белую неблестящую сферу. По нажатию клавиши на клавиатуры лампа должна изменять свой цвет от красного до фиолетового в порядке следования цветов в спектре. 3. Установить диффузный источник света, освещающий белую неблестящую сферу. При нажатии клавиш курсора лампа должна передвигаться в указанном направлении. 4. Построить пирамиду, освещаемую двумя источниками света. Красным и зеленым. При нажатии клавиши “G” или “R” интенсивность соответственно зеленого или красного источника света увеличивается на 10%. При достижении интенсивности в 100%, она должна автоматически падать до 10%. 5. Построить куб, освещенный вращающимся вокруг него источником света. При нажатии клавиши «вправо» источник света начинает двигать с большей скоростью. При нажатии клавиши «влево», скорость движения лампы должна уменьшаться. Контрольные вопросы. 1. Какая модель освещения используется в OpenGL? 2. Какие виды освещения можно установить в программе OpenGL? 3. Чем определяется цвет поверхности объекта? 4. Какие команды используются для установки источника освещения? 5. Сколько источников освещения можно определить в программе OpenGL? 6. Как влияют свойства материала на видимый цвет объекта? 7. В чем заключаются различия между направленными и позиционными источниками освещения? 8. В чем заключается эффект ослабления? Лабораторная работа № 7. Текстуры: режимы фильтрации, режимы взаимодействия текстуры с накладываемым объектом, автоматическая генерация текстурных координат. Цель работы. Дать представление о возможностях наложения текстур на поверхности объектов средствами OpenGL. Необходимые теоретические сведения. Текстура – одномерное, двухмерное или трехмерное изображение, которое имеет множество ассоциированных с ним параметров, определяющих каким образом будет производиться наложение изображения на поверхность. Проще говоря, текстура – это изображение, накладываемое на поверхность. С физической точки зрения текстура - массив данных, например цветовых, световых или цветовых и альфа. Каждый элемент этого массива называется текселем. Текстурные координаты – координаты текселя, назначаемого вершине. Общепринятые имена для текстурных координат – s, t, r, q. Для использования текстур необходимо выполнить следующую последовательность действий:* 1. Подготовка изображения для использования в текстуре Загрузка изображения из файла. 2. Создание текстуры 1) Генерация уникального имени текстуры* 38 2) Выполнение операции первичного связывания* 3) Связывание изображения с текстурой* 4) Установка режимов фильтрации текстуры 5) Установка параметров взаимодействия объекта, с накладываемой текстурой. 6) Установка режима мозаичного наложения текстуры. 7) Автоматическая генерация текстурных координат, эффект отражения. 3. Использование текстуры 1) Выбор текстуры для использования (вторичное связывание). 2) Согласование геометрических и текстурных координат 3) Создание эффекта отражения с помощью текстур. * - Звездочкой обозначены обязательные пункты. Подготовка изображения для использования в текстуре. Первый этап выполняется при инициализации OpenGL. OpenGL имеет свой формат хранения изображений. Подготовительный этап заключается в том, что бы преобразовать изображение в формат OpenGL. В библиотеке GLAUX имеется функция, которая считывает изображение из DIB или BMP файла и автоматически преобразовывает его к формату OpenGL. AUX_RGBImageRec* auxDIBImageLoad(strFile); Функция возвращает указатель на структуру типа AUX_RGBImageRec, которая хранит само изображение и его основные параметры – ширину и высоту. struct AUX_RGBImageRec { unsigned char *data; // изображение GLint sizeX; // ширина изображения GLint sizeY; // высота изображения }; Передаваемое значение – путь к файлу с изображением. Пример использования функции auxDIBImageLoad – загрузка изображения из файла sky.bmp в объект структуры ImageSky. AUX_RGBImageRec *ImageSky; ImageSky = auxDIBImageLoad(“sky.bmp”); Создание текстуры Этот этап, как и подготовка изображения, обычно выполняется во время инициализации OpenGL. Для того, что бы разрешить текстуррирование используется функция glEnable(GL_TEXTURE_2D); Единственный параметр этой функции определяет тип текстур, используемых в программе. Обычно этот параметр принимает значение GL_TEXTURE_2D 1) Генерация уникального имени текстуры Каждая текстура, которая используется в OpenGL должна иметь свое уникальное имя – идентификатор типа GLuint. Для автоматической генерации этого идентификатора служит функция void glGenTextures(GLsizei n, GLLuint *textures); Передаваемые параметры: n количество генерируемых идентификаторов textures массив, куда будут записаны cгенерированые идентификаторы Пример генерации уникальных идентификаторов в первом случае для одной текстуры, во втором – для пяти текстур. GLuint SingleTex; 39 Gluint ArrayTex[5]; glGenTextures(1, &SingleTex);// Генерация одного идентификатора glGenTextures(5, &ArrayTex); // Генерация пяти идентификаторов 2) Первичное связывание Перед тем как задать конкретное изображение текстуре необходимо произвести операцию первичного связывания. При этом создается новый объект текстуры, и переданное имя текстуры ассоциируется с ним. Реализуется это посредством вызова функции void glBindTexture (GLenum target, GLuint texture) target задает целевой объект с которым связывается текстура, может принимать значения GL_TEXTURE_1D, GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_3D. texture идентификатор текстуры Пример первичного связывания создает текстурный объект и сопоставляет ему идентификатор SingleTex. glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, SingleTex); 3) Связывание изображения с текстурой Конкретное изображением ассоциирует с текстурой с помощью функции glTexImage2D . Для изображения, подготовленного функцией auxDIBImageLoad необходимо в качестве параметра target использовать значение GL_TEXTURE_2D. Изображение, которые вы используете должно иметь ширину и высоту кратную степень двойки, ширина границы текстуры тоже должна быть степенью двойки. Если вы не используете границу текстуры то в качестве параметра border следует указать 0. Формат цвета пикселя - GL_RGB. Внутренний формат – число 3. Количество уровней детализации – можно установить в 0. Ширина, высота и само изображение определяются из объекта типа AUX_RGBImageRec, подготовленного с помощью функции auxDIBImageLoad. void glTexImage2D( GLenum target, // GL_TEXTURE_2D GLint level, // Уровень детализации GLint internalformat, // Внутренний формат GLsizei width, // ширина изображения GLsizei height, // высота изображения GLint border, // ширина границы GLenum format, // формат цвета пикселя GLenum type, // тип данных в массиве pixels const GLvoid *pixels); // указатель на изображение Пример Создаем текстуру с идентификатором SingleTex и изображением ImageSky. glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, 3, ImageSky->sizeX, TypeGL_RGBImage->sizeY, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, TypeGL_RGBImage->data); 4) Режимы фильтрации. При различии размеров текстуры и размеров объекта, на который она накладывается, используются различные режимы фильтрации. Режим без сглаживания, линейная фильтрация, мип-мэп наложение. а) Использование режима без сглаживания позволяет добиться максимальной производительности, однако изображение при этом будет выглядеть неестественно. Этот режим рекомендовано применять только на очень слабых машинах. Для задания режимов фильтрации используется функция glTexParameteri void glTexParameteri(GLenum target, GLenum pname, GLint param); Первый параметр определяет тип текстуры (в нашем случае GL_TEXTURE_2D) Второй параметр - определяет устанавливаемые параметры 40 При установке параметров уменьшающего фильтра (размер текстуры больше размера поверхности на которую она накладывается) этот параметр принимает значение GL_TEXTURE_MIN_FILTER , а при установке параметров увеличивающего фильтра - GL_TEXTURE_MAX_FILTER. Последний параметр определяет значение параметра pname При использовании фильтра без сглаживания этот параметр принимает значение GL_NEAREST Пример задания уменьшающего и увеличивающего фильтра без сглаживания glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GL_NEAREST); glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GL_NEAREST); б) Использование линейной фильтрации позволяет заметно улучшить качество изображения, однако производительность при этом снижается, так как этот режим требует определенных вычислений. В этом режиме увеличения/уменьшения используется взвешенная сумма массива текселей 2х2, которые находятся ближе всего к отображаемому пикселю. Вызов функции glTexParameteri для установки режима фильтрации аналогичен режиму без сглаживания, за исключением последнего параметра – он принимает значение GL_LINEAR Пример задания уменьшающего и увеличивающего фильтра линейной фильтрации glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GL_LINEAR); glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GL_LINEAR); в) Мип-мэп наложение. При использовании этого метода OpenGL создает набор картинок разного размера (от исходного до размера в 1х1 тексель). Во время работы программы автоматически выбирается картинка наиболее подходящего размера. При использовании этого способа возможно несоблюдение условия того, что высота и ширина изображения должна быть степенью двойки. Так же существует различие в связывании изображения с текстурой (см. «3 Связывание изображения с текстурой» ). Этот способ фильтрации дает наилучшее изображение, однако является наиболее затратным с точки зрения производительности. Пример использования связывания изображения с текстурой с последующим включением режима фильтрации - мип-мап наложение. gluBuild2DMipmaps(GL_TEXTURE_2D, 3, TypeGL_RGBImage->sizeX, TypeGL_RGBImage->sizeY, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, TypeGL_RGBImage->data); glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR_MIPMAP_NEAREST); glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR); Параметры, передаваемые в функцию gluBuild2Dmipmaps аналогичны параметрам передаваемым в функцию glTexImage2D. 5) Установка параметров взаимодействия объекта, с накладываемой текстурой. В OpenGL существует возможность смешивать цвет накладываемой текстуры с исходным цветом объекта. Для этого необходимо вызвать функцию glTexEnv. void glTexEnv(Glenum target, Glenum pname, GLType param); taget первый параметр - определяет конфигурацию текстуры и должен быть равен GL_TEXTURE_ENV. pname - определяет символическое имя конфигурации текстуры. Должен быть равен GL_TEXTURE_ENV_MODE. param – символическая константа, для которой допустимы значения GL_MODULATE, GL_DECALL, GL_BLEND. 41 При использовании GL_MODULATE цвет текстуры как бы сливается с цветом объекта, при режиме DECALL, цвет объекта, соответствует цвету накладываемой текстуры. Пример. В первом случае результирующий цвет объекта складывается, из цвета объекта и цвета текстуры, во втором результирующий цвет – цвет текстуры. // Слияние цветов glTexEnvf(GL_TEXTURE_ENV, GL_TEXTURE_ENV_MODE, GL_MODUALTE); // Цвета текстуры glTexEnvf(GL_TEXTURE_ENV, GL_TEXTURE_ENV_MODE, GL_DECAL); 6) Установка режима мозаичного(тайлового) наложения текстуры. Иногда возникает необходимость в повторении текстуры, например при отрисовке кирпичной стены. OpenGL предоставляет такую возможность, достаточно только выполнить два условия: а) Разрешить режим повторения текстуры. Режим повторения задается отдельно для вертикальной и для горизонтальной оси: GlTexParametri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT); GlTexParametri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_REPEAT); Последний параметр определяет режим наложения текстуры при значении GL_REPEAT текстура будет повторятся, при наложении на объект. Если вместо последнего параметра – GL_REPEAT использовать GL_CLAMP, текстура будет растягиваться при наложении на накладываемую поверхность.При б) Задать координаты текстуры > 1.0, например 4.0 в этом случае текстура будет повторена на накладываемой поверхности 4 раза. 7) Автоматическая генерация текстурных координат, эффект отражения. С помощью текстурирования в OpenGL возможно реализовать эффект отражения окружающих предметов от блестящих поверхностей. Ниже приведен пример задания режима зеркального отражения. В двух строчках определяются параметры генерации текстурных координат – в данном случае текстурные координаты вычисляются в сфере вокруг позиции образа. При использовании автоматической генерации текстурных координат необходимо в качестве фильтра использовать мип-мапы. gluBuild2DMipmaps(GL_TEXTURE_2D, 3, TypeGL_RGBImage->sizeX, TypeGL_RGBImage->sizeY, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, TypeGL_RGBImage->data); glTexGeni(GL_S, GL_TEXTURE_GEN_MODE, GL_SPHERE_MAP); glTexGeni(GL_T, GL_TEXTURE_GEN_MODE, GL_SPHERE_MAP); |