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Wiederholung - Beleuchtung Texturen

Ubungsstunde 8 zu Computergrafik 1

Diana und Dominik

Institut fur ComputervisualistikUniversitat Koblenz

14. und 15. Januar 2013

Diana und Dominik Arbeitsgruppe Computergrafik

Ubungsstunde 8 zu Computergrafik 1

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Wiederholung - Beleuchtung Texturen

Inhaltsverzeichnis

1 Wiederholung - BeleuchtungGouraud-ShadingPhong-ShadingFlat-ShadingVergleich

2 TexturenTexturen - IdeeTexturen in OpenGLTexturfilterungMipMaps

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Wiederholung - Beleuchtung Texturen

Gouraud-Shading

Gouraud-Shading

Interpolieren der Farben

Farben der Eckpunkte werden durch entsprechenden Normalenan den Eckpunkten berechnet.

Fehlende Farbwerte werden durch bi-lineare Interpolation beider Scankonvertierung bestimmt.

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Wiederholung - Beleuchtung Texturen

Gouraud-Shading

Gouraud-Shading

Interpolieren der Farben

Eckpunktnormale und Lichtvektor bestimmen Beleuchtung

Nur die Eckpunkte werden wirklich korrekt beleuchtet, derRest nur interpoliert

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Phong-Shading

Phong-Shading

Interpolieren der Normalen

Die Normalen der Eckpunkte werden komponentenweiseinterpoliert.

Jedes Pixel wird mit seiner Normale beleuchtet.

Nicht Standard OpenGL.

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Wiederholung - Beleuchtung Texturen

Phong-Shading

Phong-Shading

Interpolieren der Normalen

Durch Interpolation der Normalen wird jedes Fragment einzelnbeleuchtet.

Korrekterer Eindruck (weniger flachigerer Eindruck)

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Flat-Shading

Flat-Shading

Interpolieren der Normalen

Nur Flachennormale wird benutzt

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Wiederholung - Beleuchtung Texturen

Vergleich

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

Quelle: http://www.ntsc-uk.com/feature.php?featuretype=tec&fea=BeautyPixelDeep

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Wiederholung - Beleuchtung Texturen

Vergleich

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

Quelle:http://www.hlc-games.de/forum/viewtopic.php?f=10&t=56

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Texturen - Idee

Texturen in OpenGL

Idee

Eine Textur ist ein Bild, welches die Beschaffenheit vonOberflachen beschreiben kann.

Eine Textur soll wahrend der Rasterisierung auf ein Polygongemappt werden.

Vorteile: Hoherer Detaillierungsgrad moglich, Vereinfachungder Objekte.

Moglich in 1D, 2D oder 3D.

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Texturen - Idee

Abbildung: Ohne und mit Textur

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Texturen - Idee

Beispiel Ziegelsteinwand

Ohne Texturen

Besteht aus: Vielen unterschiedlich farbigen Steinen undFugen.

Ohne Texturen musste jeder Stein und die Fugen ausPolygonen erstellt werden.

Jedem Stein musste eine Farbe zugewisen werden.

Ergebnis: Unnaturlich regelmaßige Wand und hoherRechenaufwand.

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Texturen - Idee

Beispiel Ziegelsteinwand

Mit Texturen

Ein einziges Polygon mit den Ausmaßen der Ziegelsteinwandwird erzeugt.

Das Bild einer Ziegelsteinwand wird als Textur auf dasPolygon gemappt.

Resultat: Naturlicher Eindruck und weniger Rechenaufwand,da nur ein einziges Objekt und eine Textur berechnet werdenmuss.

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Texturen - Idee

Abbildung: Ohne und mit Textur

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Texturen - Idee

Texturkoordinaten

Texturmapping

Ein Textur-Element, welches auf ein Pixel gemappt wird nenntman Texel (Texture Element), analog zu Pixel.

Wahrend der Rasterisierung wird das entsprechende Texel zumPixel bestimmt.

Das Textur-Bild wird in einem (s,t)-Koordinatensystemangegeben.

Fur jedes Pixel auf dem Bildschirm wird ein Texture Look-Updurchgefuhrt, um die Farbe des Pixels zu bestimmen.

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Texturen - Idee

Abbildung: Texturkoordinaten

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Texturen - Idee

Wo in der Pipeline wird texturiert?

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Texturen in OpenGL

Textur anlegen

Schritte

1 Texturdefinition

2 Texturkoordinaten Eckpunkten zuordnen

3 Texturparameter

4 Textur einschalten

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Texturen in OpenGL

Texturdefinition

Texturen laden

Eine Textur kann entweder ein Bild sein, oder wahrend derLaufzeit erzeugt werden.

Mittels glTexImage2D wird die Textur in den Video Memorygeladen.

Fur externe Texturen muss der Image-Loder selbst geschriebenwerden.

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Texturen 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 Hohe 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

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Texturen 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);

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Texturen in OpenGL

Textur

Schritte

1 Texturdefinition

2 Texturkoordinaten Eckpunkten zuordnen

3 Texturparameter

4 Textur einschalten

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Texturen in OpenGL

Texturkoordinaten Eckpunkten zuordnen

Mittels glTexCoord muss jedem Eckpunkt eineTexturkoordinate zugeordnet werden

glTexCoord2f (0.2, 0.8); glVertex3f(A);

glTexCoord2f (0.4, 0.2); glVertex3f(B);

glTexCoord2f (0.8, 0.4); glVertex3f(C);

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Texturen in OpenGL

Textur

Schritte

1 Texturdefinition

2 Texturkoordinaten Eckpunkten zuordnen

3 Texturparameter

4 Textur einschalten

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Texturen in OpenGL

Texturparameter

Texturen spezifizieren

glTexParameteri(GL TEXTURE 2D, name, value)

Den mit name assoziierten Parametern konnen Wertezugewiesen 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

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Texturen in OpenGL

Textur

Schritte

1 Texturdefinition

2 Texturkoordinaten Eckpunkten zuordnen

3 Texturparameter

4 Textur einschalten

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Texturen in OpenGL

Textur einschalten

Textur einschalten

glEnable(GL TEXTURE 2D);

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Texturen in OpenGL

Beispiel zu Texturparameter

Programmiereispiel

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Texturfilterung

Texturfilterung

Regelung wie eine Textur auf ein Objekt gemappt wird

Jede Textur hat eine feste Große.

Texturgroße und Objektgroße im Bild stimmen nichtunbedingt uberein.

Wenn eine Textur auf ein Objekt gerendert wird, muss sieentweder verkleinert oder vergroßert werden.

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Texturfilterung

Farbwertbestimmung

Die Pixelgroße ist aber fast nie gleich der Texelgroße

Pixel konnen großer oder kleiner als Texel sein (je nachEntfernung des Pixels zur Kamera)

Also mussen wir uns uberlegen, wie dies behandeln

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Texturfilterung

Texturfilterung

Texturverkleinerung

Wenn viele Texel auf ein Pixel abgebildet werden.

Ein Pixel formt mehrere Texel.

Perspektivisch im Hintergrund notig.

Texturvergroßerung

Wenn ein Texel auf mehrere Pixel abgebildet wird.

Mehrere Pixel formen ein Texel.

Perspektivisch im Vordergrund notig.

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Texturfilterung

Abbildung: Texelgroße != Pixelgroße

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Texturfilterung

Texturverkleinerung und -vergroßerung

Zuweisung uber die Funktion glTexParameter.

name = GL TEXTURE MIN FILTER, bzw.GL TEXTURE MAG FILTER

value = GL NEAREST, Punktfilter

value = GL LINEAR, Linearfilter

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Texturfilterung

Farbwertbestimmung

Texturkoordinaten des aktuellen Pixels ergeben dieKoordinaten des roten Punktes.

Resultat fur GL NEAREST: der Texel-Farbwert der geringstenDistanz → gelb.

Resultat fur GL LINEAR: der interpolierte Farbwert derbenachbarten Texel-Farbwerte.

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MipMaps

MipMaps

Texturverkleinerung

Mipmaps sind sortierte Mengen, die dasselbe Bild inunterschiedlichen Auflosungen bereit halten.

Wenn bei Verkleinerungen mehrere Texel auf ein Pixelabgebildet werden mussen, stehen Mittelwerte schon bereit.

Losung fur Echtzeitanwendungen.

Niedrige Auflosungen ermoglichen schnellen Zugriff.

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MipMaps

Quelle: http://en.wikipedia.org/wiki/Mipmap

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MipMaps

MipMaps

glTexParameter

Mittels level Parameter in glTexImage kann bestimmt werdenwelche MipMap gesetzt wird.

Nur relevant fur Texturverkleinerung, da Vergroßerungeneinfach zu losen sind.

Deswegen uber 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-Levelinterpoliert werden soll.

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