Ю.М. Баяковский, А.В. Игнатенко - Начальный курс OpenGL (DOC) (1124366), страница 11

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 11)

/* Делаем тени полупрозрачными с использованием

смешивания цветов(blending) */ glEnable (GL_BLEND) ;

glBlendFunc (GL_SRC_ALPHA,GL_ONE_MNUS_SRC_ALPHA); glDisable (GL_LIGHTING); glColor4f(0.0, 0.0, 0.0, 0.5); glPushMatrix ();

/* Проецируем тень */

glMultMatrixf ((GLfloat *) floorShadow);

/* Визуализируем сцену в проекции */

106 Глава 8. Графические алгоритмы на основе OFENGL

RenderGeometry (); glPopMatrix (); glEnable (GL_LIGHTING); glDisable(GL_BLEND);

Матрица floorShadow может быть получена из уравнения 8.1 с помощью следующей функции:

/* параметры:

plane — коэффициенты уравнения плоскости lightpos — координаты источника света возвращает: matrix — результирующая матрица

*/

void shadowmatrix( GLfloat matrix [4] [4] ,

GLfloat plane [4] , GLfloat lightpos [4])

{

GLfloat dot ;

dot = plane [0] * lightpos [0] +

plane[l] * lightpos [1] +

plane[2] * lightpos [2] +

plane [3] * lightpos [3];

0] = dot

0] = O.f

0] = O.f

01 = O.f

] = O.f dot O.f O.f

O.f O.f dot O.f

lightpos lightpos lightpos lightpos

lightpos lightpos lightpos lightpos

lightpos lightpos lightpos lightpos

8.2. Построение теней

107

matrix [0][3] = O.f - lightpos [3] * plane[0]

matrix[l][3] = O.f - lightpos [3] * plane [1]

matrix [2][3] = O.f - lightpos [3] * plane[2]

}

matrix [3][3] = dot - lightpos [3] * plane [3]

Заметим, что тени, построенные таким образом, имеют ряд недостатков:

• Описанный алгоритм предполагает, что плоскости беско­нечны, и не отрезает тени по границе. Например, если неко­торый объект отбрасывает тень на стол, она не будет отсе­каться по границе, и, тем более, «заворачиваться» на боко­вую поверхность стола.

• В некоторых местах теней может наблюдаться эффект «двойного смешивания» (rcblcnding), т.е. темные пятна в тех участках, где спроецированные треугольники перекры­вают друг друга.

• С увеличением числа поверхностей сложность алгоритма резко увеличивается, т.к. для каждой поверхности нужно заново строить всю сцену, даже если проблема отсечения теней по границе будет решена.

• Тени обычно имеют размытые границы, а в приведенном алгоритме они всегда имеют резкие края. Частично избе­жать этого позволяет расчет теней из нескольких источни­ков света, расположенных рядом и последующее смешива­ние результатов.

Имеется решение первой и второй проблемы. Для этого ис­пользуется буфер маски (см. п. 7.2).

Итак, задача — отсечь вывод геометрии (тени) по границе некоторой произвольной области и избежать «двойного смеши-

108 Глава 8. Графические алгоритмы на основе OFENGL

вания». Общий алгоритм решения с использованием буфера мас­ки таков:

1. очищаем буфер маски значением 0;

2. отображаем заданную область отсечения, устанавливая значения в буфере маски в 1;

3. рисуем тени в тех областях, где в буфере маски установ­лены значения; если тест проходит, устанавливаем в эти области значение 2.

Теперь рассмотрим эти этапы более подробно. 1.

/* очищаем буфер маски*/

glClearStencil(OxO)

glClear (GL_STENCIL_BUFFER_BIT);

/* включаем тест */

gl En able (GL_STENCIL_TEST);

2.

/* условие всегда выполнено и

значение в буфере будет равно 1*/ glStencilFunc (GL_ALWAYS, Oxl, Oxffffffff);

/* в любом случае заменяем значение в буфере, маски*/ glStencilOp (GL_REPLACE, GL_REPLACE, GL_REPLACE);

/* выводим геометрию, по которой

затем будет отсечена тень*/ RenderPlane();

3.

/* условие выполнено и тест дает истину только если значение в буфере маски равно 1 */

8.3. Зеркальные отражения

109

glStencilFunc (GL_EQUAL, 0x1, Oxffffffff);

/* значение в буфере равно 2, если тень уже выведена */ glStencilOp (GL_KEEP, GL_KEEP, GL_INCR);

/* выводим тени */ RenderShadow ();

Строго говоря, даже при применении маскирования остают­ся некоторые проблемы, связанные с работой z-буфера. В част­ности, некоторые участки теней могут стать невидимыми. Для решения этой проблемы можно немного приподнять тени над плоскостью с помощью модификации уравнения, описывающего плоскость. Описание других методов выходит за рамки данного пособия.

8.3. Зеркальные отражения

В этом разделе мы рассмотрим алгоритм построения отра­жений от плоских объектов. Такие отражения придают боль­шую достоверность построенному изображению и их относитель­но легко реализовать.

Алгоритм использует интуитивное представление полной сце­ны с зеркалом как составленной из двух: «настоящей» и «вир­туальной»— находящейся за зеркалом. Следовательно, процесс рисования отражений состоит из двух частей: 1) визуализации обычной сцены и 2) построения и визуализации виртуальной. Для каждого объекта «настоящей» сцены строится его отражен­ный двойник, который наблюдатель и увидит в зеркале.

Для иллюстрации рассмотрим комнату с зеркалом на стене. Комната и объекты, находящиеся в ней, выглядят в зеркале так, как если бы зеркало было окном, а за ним была бы еще одна та­кая же комната с тем же объектами, но симметрично отражен­ными относительно плоскости, проведенной через поверхность

110 Глава 8. Графические алгоритмы на основе OFENGL

Рис. 8.1. Зеркальное отражение

зеркала.

Упрощенный вариант алгоритма создания плоского отраже­ния состоит из следующих шагов:

1. Рисуем сцену как обычно, но без объектов-зеркал.

2. Используя буфер маски, ограничиваем дальнейший вывод проекцией зеркала на экран.

3. Визуализируем сцену, отраженную относительно плоскости зеркала. При этом буфер маски позволит ограничить вывод формой проекции объекта-зеркала.

Эта последовательность действий позволит получить убеди­тельный эффект отражения.

Рассмотрим этапы более подробно.

Сначала необходимо нарисовать сцену как обычно. Не бу­дем останавливаться на этом этапе подробно. Заметим только, что, очищая буферы OpenGL непосредственно перед рисовани­ем, нужно не забыть очистить буфер маски:

8.3. Зеркальные отражения

111

g 1С1 е а г (GL_COLOR_BUFFER_BEr | GL_DEPTH_BUFF^TER_BrT | GL_STENCIL_BUFFER_Brr);

Во время визуализации сцены лучше не рисовать объекты, которые затем станут зеркальными.

На втором этапе необходимо ограничить дальнейший вывод проекцией зеркального объекта на экран.

Для этого настраиваем буфер маски и рисуем зеркало

glEnable (GL_STENCIL_TEST) ;

/* условие всегда выполнено и значение в буфере

будет равно 1*/ glStencilFunc(GL_ALWAYS, 1, 0); glStencilOp(GL_KEEP, GL_KEEP, GL_REPLACE);

Render Mirror Object ();

В результате мы получили:

• в буфере кадра — корректно нарисованная сцена, за исклю­чением области зеркала;

• в области зеркала (там, где мы хотим видеть отражение) значение буфера маски равно 1.

На третьем этапе нужно нарисовать сцену, отраженную от­носительно плоскости зеркального объекта.

Сначала настраиваем матрицу отражения. Матрица отраже­ния должна зеркально отражать всю геометрию относительно плоскости, в которой лежит объект-зеркало. Ее можно получить, например, с помощью такой функции (попробуйте получить эту матрицу самостоятельно в качестве упражнения):

void reflectionmatrix ( GLfloat reflection_matrix [4] [4] ,

GLfloat plane_point [3] , Glfloat plane_normal [3])

{

GLfloat* p;

112 Глава 8. Графические алгоритмы на основе OFENGL

GLfloat* v; float pv;

GLfloat* p = ( Glfloat *) plane_point ; Glfloat* v = ( Glfloat *) plane_normal; float pv = p[0]*v[0] + p[l]*v[l] + p[2]*v[2];

reflect reflect reflect reflect

reflect reflect reflect reflect

reflect reflect reflect reflect

on _mat r on _mat r on _mat r on _mat r

on _mat r on _mat r on _mat r on _mat r

on _mat r on _mat r on _mat r on matr

= 1 -= - 2

= - 2 * v[0

2 * v[0] * v[0] * v[0] * v[l];

* v

:2];

= 2 * pv * v [0] ;

= - 2 * v[0] * v[l];
= 1- 2 * v[l] * v[l];

= - 2 * v[l] * v[2];

= 2 * pv * v [ 1 ] ;

= - 2 * v[0] * v[2];

= - 2 * v[l] * v[2];

= 1 - 2 * v[2] * v[2] ;

= 2 * pv * v [ 2 ] ;

reflection _ matrix reflection _ matrix reflection _ matrix reflection matrix

= 0

= 0

= 0

= 1

}

Настраиваем буфер маски на рисование только в областях, где значение буфера равно 1:

/* условие выполнено и тест дает истину

только если значение в буфере маски равно 1 */ glStencilFunc (GL_EQUAL, Oxl, Oxffffffff);

/* ничего не. меняем в буфере */ glStencilOp (GL_KEEP, GL_KEEP, GL_KEEP);

и рисуем сцену еще раз (без зеркальных объектов)

8J_h. Контрольные вопросы

113

glPushMatrix ();

glMultMatrixf (( float *) reflection_matrix ) ;

RenderScene ();

glPopMatrix () ;

Наконец, отключаем маскирование: g 1D i s a b 1 e (GL_STENCIL_TEST);

После этого можно опционально еще раз вывести зеркальный объект, например, с альфа-смешением — для создания эффекта замутнения зеркала и т.д.

Обратите внимание, что описанный метод корректно рабо­тает, только если за зеркальным объектом нет других объектов сцены. Поэтому существует несколько модификаций этого ал­горитма, отличающихся последовательностью действий и имею­щих разные ограничения на геометрию.

8.4. Контрольные вопросы

• В результате чего возникает эффект ступенчатости изоб­ражения? Опишите алгоритм устранения ступенчатости.

• Почему в OpenGL нет встроенной поддержки построения теней?

• Кратко опишите предложенный метод визуализации зер­кальных объектов. Почему он не работает, если за зеркалом находятся другие объекты сцены? Что будет отражаться в этом случае? Подумайте, как обойти это ограничение?

Глава 9.

_{Оптимизация программ}

9.1. Организация приложения

На первый взгляд может показаться, что производительность графических приложений, основанных на OpenGL, определяется в первую очередь производительностью реализации самой биб­лиотеки. Это верно, однако организация всего приложения так­же очень важна.

Характеристики

Список файлов книги