1 Smoothing Daniele Marini

2 Calcoli sui vettori Vettore normale equazione del piano: ax+by+cz+d=0; si può anche scrivere come luogo: e p è un qualunque punto nel piano; il vettore n è dato da:

3 In generale possiamo partire da tre punti non allineati: p 0, p 1, p 2 con i quali determiniamo il piano (superfici approssimate con poliedri triangolarizzati). Le differenze p 2 - p 0 e p 1 - p 0 sono coplanari e il loro prodotto dà la normale: n = (p 2 - p 0 ) x (p 1 - p 0 ) L’ordine è rilevante

4 Per il calcolo di normali di superfici curve dipende da come la superficie è rappresentata, ma in generale si stima un gradiente. Es. sfera - equazione f(x,y,z): x 2 + y 2 + z 2 -1=0 In forma vettoriale: f(p): p.p -1 = 0 Il vettore gradiente è dato da:

5 Se la sfera è rappresentata in forma parametrica il metodo di calcolo cambia: La normale si può ricavare dal piano tangente in p:

6 Individuano due vettori tangenti il cui prodotto vettore individua la normale - poiché ci interessa solo la direzione si può dividere per cos(u) ottenendo un vettore unitario

7 Quando calcolare le normali? L’architettura a pipe line dei sistemi di rendering prevede che la normale di una faccia sia nota a priori (viene elaborato un vertice per volta e non tutta l’informazione è disponibile) in generale è compito del programma applicativo calcolare la normale. OpenGL permette di associare a ogni vertice una normale (che dobbiamo calcolare noi nell’applicativo): glNormal3f(nx,ny,nz); glNormal3fv(pointer_to_normal);

8 Shading di poligoni (flat shading) N, V ed L variano su ogni poligono se si assume osservatore “distante” e sorgente di luce distante ( in OGL si setta a falso il flag near_viewer ) V e L sono costanti anche N è quindi costante sull’intero poligono Il calcolo di shading viene fatto per l’intero poligono una sola volta

9 OGL e flat shading glShadeModel(GL_FLAT); La normale che OGL utilizza è quella associata al primo vertice del poligono Per i triangle strip OGL usa la normale del terzo vertice per il primo triangolo, la normale del quarto per il secondo e così via Per altre primitive valgono regole simili (vedi manuali)

10 Triangle strip

11 Flat vs Smooth Flat shading Smooth shading

12 Effetti di flat shading Bande di mach

13 Smooth shading (interpolato) Interpolazione di Gouraud glShadeModel(GL_SMOOTH) Interpolazione di Phong

14 Gouraud Le normali ai vertici di un poliedro vengono interpolate: Gouraud usa interpolazione bilineare per calcolare il colore dei pixel lungo i singoli poligoni, quindi: -prima calcola colore ai vertici -poi interpola colore

15 Interpolazione bilineare descriviamo i lati in forma parametrica,  è il parametro interpoliamo lungo una linea di scansione

16 Dipende dall’orientamento

17 Phong Smoothing Basato sull’interpolazione delle normali il colore si calcola alla fine sul singolo pixel

18 Gouraud vs. Phong shading hardware veloce continuo fino al I ordine effetti lucentezza limitati (migliorano se si aumenta la triangolazione) software lento continuo fino al II ordine si può applicare modello di Phong per lucentezza

19 Sorgenti di luce in OGL glLightfv(source, parameter, pointer_to_array) glLightf(source, parameter, value) I parametri sono: Posizione (direzione) della sorgente Livelli di Ambiente Diffusa Speculare Associati alla sorgente

20 GLFloat light0_pos[]={1.0, 2.0, 3.0, 1.0} Se si pone quarta componente a 0 la sorgente è all’infinito e definita come “direzione” GLFloat light0_dir[]={1.0, 2.0, 3.0, 0.0} GLFloat diffuse0[]={1.0, 0.0, 0.0, 1.0} GLFloat ambient0[]={1.0, 0.0, 0.0, 1.0} GLFloat specular0[]={1.0, 0.0, 0.0, 1.0} Sorgente bianca con componenti di tutti e tre i tipi:

21 glEnable{GL_LIGHTING}; glEnable{GL_LIGHT0}; glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, light0_pos); glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, ambient0); glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, diffuse0); glLightfv(GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, specular0); Se vogliamo comunque un contributo ambiente indipendente: GLFloat global_ambient[]={0.1, 0.1, 0.1, 1.0}; glLightModelfv(GL_LIGHT_MODEL_AMBIENT, global_ambient);

22 Se vogliamo inserire un termine di attenuazione glLightf(GL_LIGHT0, GL_CONSTANT_ATTENUATION, a); glLightf(GL_LIGHT0, GL_LINEAR_ATTENUATION, b); glLightf(GL_LIGHT0, GL_QUADRATIC_ATTENUATION, c); Si può convertire la sorgente da puntiforme a spot, specificando: direzione GL_SPOT_DIRECTION esponente GL_SPOT_EXPONENT angolo di soglia GL_SPOT_CUTOFF Si usa sempre la glLightf o glLightfv

23 OGL assume sempre l’osservatore a distanza infinita, in modo da considerare costante la direzione del viewer da ogni punto della scena Per forzare l’osservatore a condizioni di distanza non infinita si usa la: glLightModel(GL_LIGHT_MODEL_LOCAL_VIEWER, GL_TRUE)

24 OGL non si preoccupa di fare shading delle facce nascoste; se si desidera vedere facce nascoste si può forzare con: glLightModel(GL_LIGHT_MODEL_TWO_SIDED,GL_TRUE)

25 OGL e i materiali GLFloat diffuse1[]={1.0, 0.8, 0.0, 1.0} GLFloat ambient1[]={0.2, 0.2, 0.2, 1.0} GLFloat specular1[]={1.0, 1.0, 1.0, 1.0} glMaterialf(face, value) glMaterialfv(face, type, pointer_to_array) glMaterialfv(GL_FRONT_AND_BACK, GL_AMBIENT, ambient1); glMaterialfv(GL_FRONT_AND_BACK, GL_DIFFUSE, diffuse1); glMaterialfv(GL_FRONT_AND_BACK, GL_SPECULAR, specular1);

26 Con GL_FRONT e GL_BACK si specificano proprietà differente per le facce frontali e nascoste L’esponente nella componente speculare si specifica con: GL_SHININESS OGL permette di definire oggetti con componente emissiva: GLFloat emission[]={0.0, 0.3, 0.3, 1.0}; glMaterialfv(GL_FRONT_AND_BACK, GL_EMISSION, emission)