Auxiliar 6

Texturas e Iluminación

Vicente González

Julieta Coloma

Contexto

Texturas

Usualmente un model necesita más de un color, para manejar cómodamente esto se usan texturas. Eso nos permite manipular con precisión el color de cada parte de nuestro modelo.

Mapping

Al trabajar con texturas se debe considerar el mapping de estas al modelo. Para ello se hace uso de una la función:

\[ f(x,y,z) \rightarrow (u,v) \]

• No suele ser sencillo tener un \(f\) definido.
• Es más conveniente escribir las coordenadas de texturas \((u,v)\) en cada vértice.
• Luego el valor se interpola antes de llegar al fragment shader.

Mapping

En OpenGL

Para crear texturas hacemos lo siguiente:

glGenTextures(1, &texture);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture); 
// que pasa si las coordenadas son mayores a 1
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT);   
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_REPEAT);
// como colorear o samplear si la imagen es más grande o más pequeña que la original
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
// cargar la imagen a la textura
unsigned char *data = image_load(...);
if (data) {
    glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, width, height, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, data);
    glGenerateMipmap(GL_TEXTURE_2D);
}
image_free(data);

Cada vez que queramos usarla debemos vincularla:

// indice de la textura (se pueden usar más de una a la vez)
glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture);  

En el curso

Para el curso tenemos la librería grafica o utils que contiene la clase Texture dentro de drawables.py:

class Texture():
    def __init__(self, path=None, image=None, sWrapMode=GL_CLAMP_TO_EDGE, 
                 tWrapMode=GL_CLAMP_TO_EDGE, minFilterMode=GL_LINEAR, 
                 maxFilterMode=GL_LINEAR, flip_top_bottom=True):
        ...

        texture = glGenTextures(1)
        glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture)

        # texture wrapping params
        glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, sWrapMode)
        glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, tWrapMode)

        # texture filtering params
        glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, minFilterMode)
        glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, maxFilterMode)

        # loading image
        ...

        glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, internalFormat, image.size[0],
                     image.size[1], 0, format, GL_UNSIGNED_BYTE, img_data)

Esta clase funciona automáticamente con el grafo de escena de la librería, no es necesario vincularla.

Otros usos

No es necesario guardar solamente los colores en las texturas, se pueden guardar:

• Normales
• Desplazamiento
• Altura
• Literalmente cualquier cosa

También se puede escribir a una textura, esto permite hacerle post-procesado a cada frame, las sombras se crean de esta forma.

Iluminación

La clave de una escena realista reside en la iluminación. Para modelarla existe la ecuación de rendering:

\[ L_{\text{o}}(\mathbf x, \omega_{\text{o}}, \lambda, t) = L_{\text{e}}(\mathbf x, \omega_{\text{o}}, \lambda, t) + L_{\text{r}}(\mathbf x, \omega_{\text{o}}, \lambda, t)\]

\[L_{\text{r}}(\mathbf x, \omega_{\text{o}}, \lambda, t) = \int_\Omega f_{\text{r}}(\mathbf x, \omega_{\text{i}}, \omega_{\text{o}}, \lambda, t) L_{\text{i}}(\mathbf x, \omega_{\text{i}}, \lambda, t) (\omega_{\text{i}}\cdot\mathbf n) \operatorname d \omega_{\text{i}}\]

Shading

Como es muy complejo resolver la ecuación, se usan aproximaciones:

• Flat shading
• Gourat shading
• Phong shading
• Deferred shading

Shading

En otra ocasión veremos en detalle el modelo de Phong

Problemas

P1 — Texturas

Parte A

Cargue a su escena un modelo externo que contenga multiples partes y texturas

Parte B

Añadamos un Billboard, para ello agregue a la escena un quad que le permita cargar cualquier textura. Luego aplique adecuadamente transformaciones para que el quad quede siempre mirando a la cámara.

P1 — Texturas

Parte C

Subamos el nivel con el uso de texturas, revise el archivo atlas.png, encuentre una forma de añadir a su escena un cubo capaz de cargar cualquier textura disponible en el atlas.

Para ello cree la función get_atalas_uv(x,y), que le retorne las coordenadas de texturas correspondiente al quad con coordenadas \((x,y)\) en el atlas.

P2 — Iluminación

Parte A

Añada iluminación realista a su escena, para ello modifique su shader para que soporte luces. Para un efecto adecuado, debe incluir las normales de sus modelos.

Parte B

Cree un nuevo pipeline para poder vincular su luz con un modelo en la escena. Esto se puede conseguir manteniendo un shader que no procesa iluminación y usándolo en el nuevo pipeline.

Parte C

Vincule la posición de la luz con la cámara y añada uniforms a su shader de iluminación para que pueda mover la iluminación en tiempo real. Puede agregar controles extras para mejorar la manipulación de la luz.

Fin

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