TD 3 - Lumière, Matières et Ombres

Rappel / Partie 1 : Le modèle d'éclairement d'openGL

1. énergie ambiante : lorsque la lumière interagit avec un grand nombre d'objets et de matières, openGL consière qu'elle n'a plus de direction de propagation observable et que l'on peut représenter son effet sur l'aspect des objets par une constante. Cette énergie est diffusée dans toutes les directions de la même manière.
   
   
2. énergie diffusée : lorsque la lumière provient d'une direction particulière, son effet sur l'aspect des objets diminue lorsque l'angle d'incidence augmente. Par exemple, la portion de sol directement sous un plafonnier est plus éclairée qu'une dalle placée à l'autre extrémité de la pièce. C'est l'angle entre la normale du sol et la direction vers la source de lumière qui détermine l'effet observable. Cette énergie est diffusée dans toutes les directions de la même manière.
   
   
3. énergie spéculaire : lorsque la lumière provient d'une direction particulière, elle se réfléchit principalement vers une direction privilégiée, généralement symétrique par rapport à la normale de l'objet. Par exemple, un miroir réfléchit presque toute la lumière incidente dans une seule direction.
   
   
4. énergie emise : certaines matières émettent de l'énergie, les sources de lumières.

    Les composants ambiant, diffus et spéculaire des sources de lumières sont différents selon la contribution de la source à l'éclairement de la scène. Par exemple, une source de lumière blanche dans une pièce avec des mûrs rouges aura une composante ambiante rouge et une composante diffuse blanche.
    De la même manière, les propriétés des matières sont décrits par la quantité d'énergie réfléchie pour chaque composante idéale et chaque canal (rouge vert et bleu). Ces valeurs sont comprises entre 0 et 1.

    openGL permet de décrire plusieurs sources de lumière et de les activer séparement les unes des autres.

Partie 2 : Spécifier les propriétés des matières et des sources de lumière

1. la normale de chaque sommet des polygones à dessiner. Ces normales permettent de déterminer l'orientation d'un élément de surface par rapport à la source de lumière et de calculer la lumière réfléchie vers l'observateur.
   
   
2. créer, positionner et activer la ou les sources de lumières
   
   
3. créer et activer un modèle d'éclairement. L'énergie ambiante globale (en plus de celle associée aux sources de lumière) doit également être décrite. Plus important la position, de l'observateur ou de la camera doit être spécifiée.
   
   
4. spécifier des matières et les associer aux primitives à dessiner.
   

Partie 3 : et les ombres ?

présentation GDC 2002 - nvidia

Méthode

présentation GDC 2002 - nvidia

• si n est nul : le rayon n'intersecte pas l'ombre, le pixel est éclairé
• si n est pair : le rayon entre et sort du volume d'ombre, le pixel est éclairé
• si n est impair : le rayon entre dans le volume, le pixel est à l'ombre.

présentation GDC 2002 - nvidia

présentation GDC 2002 - nvidia

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Affichage complet

1.     fixer les paramètres de l'éclairage ambient (la lumière présente dans les ombres)
2.     dessiner la scène (éclairée par l'ambient)
   
3.     constuire le volume d'ombre  
   
4.     tracer les faces arrières (non orientées vers la camera) du volume d'ombre et compter les intersections pour chaque pixel (construction du masque)
5.     tracer les faces avant (orientées vers la camera) du volume d'ombre et compter les intersections pour chaque pixel (construction du masque)
6.     fixer les paramètres de la source de lumière
7.     dessiner la scène (éclairé par la source) et activer le masque (pour éviter de modifier les parties à l'ombre)
   

void objet_affiche_ombres(MODEL *m)
{
	// store current OpenGL state
	glPushAttrib(GL_DEPTH_BUFFER_BIT | GL_LIGHTING_BIT | GL_STENCIL_BUFFER_BIT);

	/* draw the model without lighting
	 */
	glDisable(GL_LIGHT0);
	glCullFace(GL_BACK);

	affiche_modele(m);

	// store current OpenGL state
	glPushAttrib(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT | GL_POLYGON_BIT | GL_STENCIL_BUFFER_BIT);

	glColorMask(GL_FALSE, GL_FALSE, GL_FALSE, GL_FALSE); 	// do not write to the color buffer
	glDepthMask(GL_FALSE); 		// do not write to the depth buffer

	glEnable(GL_CULL_FACE); 	// enable culling
	glEnable(GL_STENCIL_TEST); 	// enable stencil testing
	glStencilFunc(GL_ALWAYS, 0, ~0);
	glStencilOp(GL_KEEP, GL_INCR, GL_KEEP);

	/* draw only the back faces of the shadow volume
	 */
	glCullFace(GL_FRONT);
	affiche_volumes_ombres(m);

	/* draw only the front faces of the shadow volume
	 */
	glStencilOp(GL_KEEP, GL_DECR, GL_KEEP);
	glCullFace(GL_BACK);
	
	affiche_volumes_ombres(m);

	/* re-draw the model with the light enabled only where it has previously been drawn
	 */
	// restore OpenGL state
	glPopAttrib();
	glDepthFunc(GL_LEQUAL);	// GL_LEQUAL cf. ATI hyper-z, optimized rendering

	// update the color only where the stencil value is 0
	glEnable(GL_STENCIL_TEST);
	glStencilFunc(GL_EQUAL, 0, ~0);
	glStencilOp(GL_KEEP, GL_KEEP, GL_KEEP);

	// affiche le modele eclaire par la source 0
	glEnable(GL_CULL_FACE);
	glCullFace(GL_BACK);
	glEnable(GL_LIGHT0);
	
	affiche_modele(m);

	// restore OpenGL state
	glPopAttrib();
}

Partie 6 : Améliorations

Annexe : Documents

Annexe : Affichage des volumes infinis, modification de la matrice de projection.

    GLfloat projmatrix[16];

    glMatrixMode(GL_PROJECTION);
    glLoadIdentity();

    // fixe une projection perspective "standard"
    gluPerspective(50., 1., 1., 1000.);

    /*
	Change the Projection matrix to have the far plane at infinity.
	In a standard Projection matrix P, the Near and Far plane distances appear only in 
	entry (2,2) as -(Far+Near)/(Far-Near) and in entry (2,3) as -2*Far*Near/(Far-Near). 
	As Far goes to infinity, these entries become -1 and, respectively, -2*Near
     */

    glGetFloatv(GL_PROJECTION_MATRIX, projmatrix);

    projmatrix[10]= -1.;
    projmatrix[14]= -2.; // -2.*near, 
	/*
	   near==1 dans ce cas, cf l'appel a gluPerspective ci-dessus
	 */

    // recharge la matrice de projection modifiee
    glLoadMatrixf(projmatrix);