INFORMATICA GRAFICA. 28 Aprile Trasformazioni - Illuminazione. Michele Antolini

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1 Knowledge Aided Engineering Manufacturing and Related Technologies INFORMATICA GRAFICA 28 Aprile Trasformazioni - Illuminazione michele.antolini@mail.polimi.it

2 Trasformazioni Durante il ridisegno della scena, può essere necessario trasformare il sistema di riferimento corrente Traslazione: gltranslatef( float x, float y, float z ) gltranslated( double x, double y, double z ) Rotazione glrotatef( float x, float y, float z ) glrotated( double angle, double x, double y, doublez ) Scalatura glrotatef( float x, float y, float z ) glrotated( double x, double y, double z )

3 Matrix stack Le matrici di trasformazione di coordinate (omogenee, quindi 4x4) vengono organizzate secondo una pila (stack)

4 Push/Pop Lo stack di matrici serve a mantenere in memoria una sequenza di matrici di trasformazione T_s = T4*T3*T2*T1*T0 La chiamata glpushmatrix()permette di salvare nello stack la matrice di trasformazione T tale che T*T_s sia uguale alla matrice corrente Per ritornare a T_s è sufficiente chiamare glpopmatrix()

5 Projection matrix stack La pila delle matrici di proiezione (projection matrix stack) ha dimensione 2 Utile per disegnare scena 3D con zona 2D in proiezione ortografica glmatrixmode(gl_projection); glpushmatrix(); /* proiezione corrente in stack */ glloadidentity(); /* si parte da matrice identità */ glortho2d(...); /* impostazione proiezione 2D */ draw_2d(); /* visualizzazione scena 2D */ glpopmatrix();

6 Modelview matrix stack Utilizzo di trasformazioni innestate senza la necessità di applicare le trasformazioni inverse prima di procedere con il disegno della scena draw_wheel_and_bolts() { } int i; draw_wheel(); for(i=0;i<5;i++){ glpushmatrix(); } glrotatef(72.0*i, 0.0, 0.0, 1.0); gltranslatef(3.0, 0.0, 0.0); draw_bolt(); glpopmatrix();

7 Modelview matrix stack draw_body_and_wheel_and_bolts() { } draw_car_body(); glpushmatrix(); gltranslatef(40, 0, 30); /*move to first wheel position*/ draw_wheel_and_bolts(); glpopmatrix(); glpushmatrix(); gltranslatef(40, 0, -30); /*move to 2nd wheel position*/ draw_wheel_and_bolts(); glpopmatrix();... /*draw last two wheels similarly*/

8 Illuminazione Una scena 3D non illuminata è invisibile In OpenGL la luce predefinita è omnidirezionale (quindi: non ci sono ombre) Utilizzando l illuminazione, il colore dipende da vari fattori: normali alla superficie (sui vertici) tipo, numero, posizione, colore, etc delle sorgenti luminose proprietà del materiale degli oggetti

9 Illuminazione

10 Illuminazione Prima di disegnare la scena chiamare: glenable( GL_LIGHTING ); per abilitare il modello di illuminazione glenable( GL_LIGHT0); per abilitare la luce 0. E possibile abilitare fino a 8 luci (quindi, fino a GL_LIGHT7) Per disabilitare tutto ciò che si abilita con glenable(), chiamare gldisable() con lo stesso argomento. Abilitando il lighting, tutte la chiamate glcolor* non avranno più effetto!

11 Illuminazione

12 Proprietà delle luci Proprietà delle sorgenti di luce: gllightfv( light_num, property, parameters) Dove light_num è GL_LIGHT0... GL_LIGHT7 property può valere GL_AMBIENT : colore della luce ambientale GL_DIFFUSE : colore della luce (RGBA) GL_SPECULAR : colore riflesso (di solito, uguale a GL_DIFFUSE) GL_POSITION : posizione della sorgente, vettore xyzw. Se w=0 è una luce a distanza infinita (DIRECTIONAL), altrimenti è uno SPOT GL_SPOT_DIRECTION : direzione spotlight GL_SPOT_CUTOFF : semiangolo di apertura della luce dello spot GL_SPOT_EXPONENT : esponente della funzione exp che determina la distribuzione della luce nel cono GL_CONSTANT_ATTENUATION, GL_LINEAR_ATTENUATION, GL_QUADRATIC_ATTENUATION: fattori di attenuazione

13 Proprietà dei materiali Le proprietà dei materiali vengono definite per ogni faccia glmaterialfv( face, property, parameters) face può valere: GL_FRONT, GL_BACK, GL_FRONT_AND_BACK property: GL_AMBIENT, GL_DIFFUSE oppure GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE determinano la percentuale riflessa delle componenti luminose ambiente e diffusa GL_SPECULAR : percentuale riflessa della componente luminosa speculare GL_EMISSION : colore della luce emessa GL_SHININESS: lucentezza del materiale, range (0, 128)

14 Illuminazione

15 Proprietà luci e materiali Il tutorial lightmaterial per mette di sperimentare i parametri di illuminazione e dei materiali

16 Depth buffer Tutti i poligoni sono disegnati di default nell ordine in cui vengono chiamate le relative funzioni Per tenere conto delle sovrapposizioni bisogna abilitare il depth buffer. glutinitdisplaymode (... GLUT_DEPTH ); glutenable( GL_DEPTH_TEST );

17 Normali La riflessione della luce viene calcolata sulla base dei vettori normali alla superficie y L N R -z x

18 Normali Per ottenere un illuminazione corretta bisogna specificare la normale per ogni vertice Le funzioni per le primitive (sfera, cono, cilindro, torus) contengono già le definizioni delle normali glnormal*() Deve avere modulo unitario! Si può chiedere di normalizzare tutti i vettori normali chiamando glenable( GL_NORMALIZE) ma richiede più calcoli da parte della GPU

19 Normali... GLfloat n[3] = { 0.0, 1.0, 0.0 }; GLfloat v1[3] = { 0.0, 0.0, 6.0 }; GLfloat v2[3] = { 3.0, 0.0, -3.0 }; GLfloat v3[3] = { -3.0, 0.0, -3.0 };... glbegin(gl_triangles); glnormal3fv( n ); glvertex3fv( v1 ); glvertex3fv( v2 ); glvertex3fv( v3 ); glend();

20 Tipo di ombreggiatura (shading) glshademodel( mode ) GL_FLAT: ogni poligono ha un colore GL_SMOOTH: ogni punto della superficie del poligono ha un ombreggiatura derivata dall interpolazione delle normali ai vertici

21 Poligoni Disegnando un poligono, si può scegliere tra varie modalità di visualizzazione glpolygonmode( face, mode ) face : GL_FRONT, GL_BACK, GL_FRONT_AND_BACK modalità di visualizzazione della faccia FRONT, BACK o entrambe mode : GL_POINT: la faccia verrà visualizzata sotto forma di punti GL_LINES: la faccia verrà visualizzata come insieme di linee GL_FILL: l area della faccia sarà riempita

22 Poligoni Si può attivare l antialiasing per linee e punti chiamando glenable con argomento GL_POINT_SMOOTH o GL_LINE_SMOOTH Si può impostare la dimensione di un punto con il comando glpointsize( float size ) default: 1.0 Si può impostare lo spessore di una linea con il comando gllinewidth( float size ) default: 1.0