Übungsstunde 8 zu Computergrafik 1

Transkript

1 Institut für Computervisualistik Universität Koblenz 14. und 15. Januar 2013

2 Inhaltsverzeichnis 1 Wiederholung - Beleuchtung Gouraud-Shading Phong-Shading Flat-Shading Vergleich 2 - Idee in OpenGL Texturfilterung MipMaps

3 Gouraud-Shading Gouraud-Shading Interpolieren der Farben Farben der Eckpunkte werden durch entsprechenden Normalen an den Eckpunkten berechnet. Fehlende Farbwerte werden durch bi-lineare Interpolation bei der Scankonvertierung bestimmt.

4 Gouraud-Shading Gouraud-Shading Interpolieren der Farben Eckpunktnormale und Lichtvektor bestimmen Beleuchtung Nur die Eckpunkte werden wirklich korrekt beleuchtet, der Rest nur interpoliert

5 Phong-Shading Phong-Shading Interpolieren der Normalen Die Normalen der Eckpunkte werden komponentenweise interpoliert. Jedes Pixel wird mit seiner Normale beleuchtet. Nicht Standard OpenGL.

6 Phong-Shading Phong-Shading Interpolieren der Normalen Durch Interpolation der Normalen wird jedes Fragment einzeln beleuchtet. Korrekterer Eindruck (weniger flächigerer Eindruck)

7 Flat-Shading Flat-Shading Interpolieren der Normalen Nur Flächennormale wird benutzt

8 Vergleich Abbildung: Von links nach rechts: Flat-Shading, Gouraud-Shading, Phong-Shading Quelle: tec&fea=beautypixeldeep

9 Vergleich Abbildung: Von links nach rechts: Flat-Shading, Gouraud-Shading, Phong-Shading Quelle:

10 - Idee in OpenGL Idee Eine Textur ist ein Bild, welches die Beschaffenheit von Oberflächen beschreiben kann. Eine Textur soll während der Rasterisierung auf ein Polygon gemappt werden. Vorteile: Höherer Detaillierungsgrad möglich, Vereinfachung der Objekte. Möglich in 1D, 2D oder 3D.

11 - Idee Abbildung: Ohne und mit Textur

12 - Idee Beispiel Ziegelsteinwand Ohne Besteht aus: Vielen unterschiedlich farbigen Steinen und Fugen. Ohne müsste jeder Stein und die Fugen aus Polygonen erstellt werden. Jedem Stein müsste eine Farbe zugewisen werden. Ergebnis: Unnatürlich regelmäßige Wand und hoher Rechenaufwand.

13 - Idee Beispiel Ziegelsteinwand Mit Ein einziges Polygon mit den Ausmaßen der Ziegelsteinwand wird erzeugt. Das Bild einer Ziegelsteinwand wird als Textur auf das Polygon gemappt. Resultat: Natürlicher Eindruck und weniger Rechenaufwand, da nur ein einziges Objekt und eine Textur berechnet werden muss.

14 - Idee Abbildung: Ohne und mit Textur

15 - Idee Texturkoordinaten Texturmapping Ein Textur-Element, welches auf ein Pixel gemappt wird nennt man Texel (Texture Element), analog zu Pixel. Während der Rasterisierung wird das entsprechende Texel zum Pixel bestimmt. Das Textur-Bild wird in einem (s,t)-koordinatensystem angegeben. Für jedes Pixel auf dem Bildschirm wird ein Texture Look-Up durchgeführt, um die Farbe des Pixels zu bestimmen.

16 - Idee Abbildung: Texturkoordinaten

17 - Idee Wo in der Pipeline wird texturiert?

18 in OpenGL Textur anlegen Schritte 1 Texturdefinition

19 in OpenGL Texturdefinition laden Eine Textur kann entweder ein Bild sein, oder während der Laufzeit erzeugt werden. Mittels glteximage2d wird die Textur in den Video Memory geladen. Für externe muss der Image-Loder selbst geschrieben werden.

20 in OpenGL glteximage2d ( target, level, components, width, height, border, format, type, data ); target Art der Textur, bsp. GL TEXTURE 2D level Sofern kein MipMap angewandt wird, 0 components Anzahl der Komponenten der Textur, bsp. GL RGB oder 3 width, height Breite und Höhe der Textur border Breite des Randes format Format der Pixeldaten, bsp. GL RGB type Typ der Pixeldaten, bsp. GL UNSIGNED BYTE data Adresse der Daten im Hauptspeicher

21 in OpenGL glteximage2d ( target, level, components, width, height, border, format, type, data ); //Beispielaufruf glteximage2d ( GL_ TEXTURE_ 2D, 0, GL_RGB, imagewidth, imageheight, 0, GL_RGB, GL_ UNSIGNED_ BYTE, imagedata );

22 in OpenGL Textur Schritte 1 Texturdefinition 2 Texturkoordinaten Eckpunkten zuordnen

23 in OpenGL Texturkoordinaten Eckpunkten zuordnen Mittels gltexcoord muss jedem Eckpunkt eine Texturkoordinate zugeordnet werden gltexcoord2f (0.2, 0.8) ; glvertex3f (A); gltexcoord2f (0.4, 0.2) ; glvertex3f (B); gltexcoord2f (0.8, 0.4) ; glvertex3f (C);

24 in OpenGL Textur Schritte 1 Texturdefinition 2 Texturkoordinaten Eckpunkten zuordnen 3 Texturparameter

25 in OpenGL Texturparameter spezifizieren gltexparameteri(gl TEXTURE 2D, name, value) Den mit name assoziierten Parametern können Werte zugewiesen werden. Beispiel, siehe Programmierbeispiel Umgang mit Texturkoordinaten außerhalb des Intervalls [0,1] in s- und/oder t-richtung. name = bsp. GL TEXTURE WRAP T value = GL CLAMP, GL REPEAT

26 in OpenGL Textur Schritte 1 Texturdefinition 2 Texturkoordinaten Eckpunkten zuordnen 3 Texturparameter 4 Textur einschalten

27 in OpenGL Textur einschalten Textur einschalten glenable(gl TEXTURE 2D);

28 in OpenGL Beispiel zu Texturparameter Programmiereispiel

29 Texturfilterung Texturfilterung Regelung wie eine Textur auf ein Objekt gemappt wird Jede Textur hat eine feste Größe. Texturgröße und Objektgröße im Bild stimmen nicht unbedingt überein. Wenn eine Textur auf ein Objekt gerendert wird, muss sie entweder verkleinert oder vergrößert werden.

30 Texturfilterung Farbwertbestimmung Die Pixelgröße ist aber fast nie gleich der Texelgröße Pixel können größer oder kleiner als Texel sein (je nach Entfernung des Pixels zur Kamera) Also müssen wir uns überlegen, wie dies behandeln

31 Texturfilterung Texturfilterung Texturverkleinerung Wenn viele Texel auf ein Pixel abgebildet werden. Ein Pixel formt mehrere Texel. Perspektivisch im Hintergrund nötig. Texturvergrößerung Wenn ein Texel auf mehrere Pixel abgebildet wird. Mehrere Pixel formen ein Texel. Perspektivisch im Vordergrund nötig.

32 Texturfilterung Abbildung: Texelgröße!= Pixelgröße

33 Texturfilterung Texturverkleinerung und -vergrößerung Zuweisung über die Funktion gltexparameter. name = GL TEXTURE MIN FILTER, bzw. GL TEXTURE MAG FILTER value = GL NEAREST, Punktfilter value = GL LINEAR, Linearfilter

34 Texturfilterung Farbwertbestimmung Texturkoordinaten des aktuellen Pixels ergeben die Koordinaten des roten Punktes. Resultat für GL NEAREST: der Texel-Farbwert der geringsten Distanz gelb. Resultat für GL LINEAR: der interpolierte Farbwert der benachbarten Texel-Farbwerte.

35 MipMaps MipMaps Texturverkleinerung Mipmaps sind sortierte Mengen, die dasselbe Bild in unterschiedlichen Auflösungen bereit halten. Wenn bei Verkleinerungen mehrere Texel auf ein Pixel abgebildet werden müssen, stehen Mittelwerte schon bereit. Lösung für Echtzeitanwendungen. Niedrige Auflösungen ermöglichen schnellen Zugriff.

36 MipMaps Quelle:

37 MipMaps MipMaps gltexparameter Mittels level Parameter in glteximage kann bestimmt werden welche MipMap gesetzt wird. Nur relevant für Texturverkleinerung, da Vergrößerungen einfach zu lösen sind. Deswegen über gltexparameter mit name = GL TEXTURE MIN FILTER MipMaps setzen. value = GL NEAREST MIPMAP NEAREST, GL NEAREST MIPMAP LINEAR usw. Gibt an wie zwischen und innerhalb der MipMap-Level interpoliert werden soll.