Detalhes de Superfícies. Introdução à Computação Gráfica Texturas. Propriedades Mapeáveis. Mapeamento de Textura

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1 Detalhe de Superfície Introdução à Computação Gráfica Textura Claudio Eperança Paulo Roma Cavalcanti Modelo de iluminação não ão apropriado para decrever toda a diferença de cor obervávei em uma uperfície w Superfície pintada com padrõe ou imagen A capa ou uma página de um livro w Superfície com padrõe de rugoidade Tecido ou uma parede de tijolo Em princípio é poível modelar ee detalhe com geometria e uando materiai de propriedade ótica ditinta Na prática, ee efeito ão modelado uando uma técnica chamada mapeamento de textura Mapeamento de Textura Propriedade Mapeávei A idéia é reproduzir obre a uperfície de algum objeto da cena a propriedade de alguma função ou mapa - bidimenional (cor, por exemplo) Quai parâmetro ou propriedade pode-e reproduzir a partir de mapa: w Cor (coeficiente de reflexão difua) w Coeficiente de reflexão epecular e difua Mapeamento de ambiente w Perturbação do vetor normal Bump Mapping w Perturbação da uperfície na direção da normal Diplacement Mapping w Tranparência / opacidade 1

2 Epaço de Textura Epaço de Textura Textura 2D ão funçõe T (, t) cujo domínio é um epaço bidimenional e o contradomínio pode er cor, opacidade, etc É comum ajutar a ecala da imagem de tal forma que a imagem toda e enquadre no intervalo 0, t 1 Normalmente a função em i é derivada de alguma imagem capturada w Se a imagem etá armazenada numa matriz Im [0..N 1, 0..M 1] w Então T (, t) = Im [ (1 t) N, M ] t Pode er vantajoo aumir que o padrão da imagem e repete fora dee intervalo T (, t) = Im [ (1 t) N mod N, M mod M ] A função de textura pode er também definida algebricamente: T 2 (, t) = ( 0.5) + ( t 0.5) 2 Função de Mapeamento Parametrização da Efera Retorna o ponto do objeto correpondente a cada ponto do epaço de textura (x, y, z) = F (, t) Correponde à forma com que a textura é uada para embrulhar (wrap) o objeto w Na verdade, na maioria do cao, preciamo de uma função que no permita deembrulhar (unwrap) a textura do objeto, ito é, a invera da função de mapeamento Se a uperfície do objeto pode er decrita em forma paramétrica eta pode ervir como bae para a função de mapeamento x θ z φ Função de mapeamento x( ϕ, θ ) = inϕ coθ y( ϕ, θ ) = inϕ inθ z( ϕ, θ ) = coϕ y Função de mapeamento invera ϕ = arcco z y θ = arctan x ϕ = π t θ = 2π arcco z t = π y arctan = x 2π 2

3 x Parametrização do Cilindro θ z Função de mapeamento x = coθ y = inθ z = z y θ = 2π z = t Função de mapeamento invera y θ θ = arctan = x 2π z = z t = z Parametrizando Objeto Genérico O que fazer quando o objeto não comporta uma parametrização natural? Uma ugetão é uar um mapeamento em 2 etágio [Bier e Sloan]: w Mapear textura obre uma uperfície imple como cilindro, efera, etc aproximadamente englobando o objeto w Mapear uperfície imple obre a uperfície do objeto. Pode er feito de divera maneira Raio paando pelo centróide do objeto Raio normai à uperfície do objeto Raio normai à uperfície imple Raio refletido (environment mapping) Exemplo Exemplo Parametrização cúbica uma efera um cilindro Parametrização cilíndrica uma efera um cubo 3

4 Exemplo Proceo de Mapeamento de Textura Parametrização eférica um cubo um cilindro Projeção do pixel obre a uperfície w Ponto da uperfície correpondente ao vértice do pixel Parametrização w Coordenada paramétrica do vértice do pixel projetado Mapeamento invero w Coordenada do vértice no epaço de textura Média w Cor média do Texel proporcional à àrea coberta pelo quadrilátero v u j i t Mapeamento de Textura em Polígono Polígono ão freqüentemente uado para repreentar fronteira de objeto Em OpenGL, além da coordenada do vértice e do vetor normal, é poível também epecificar coordenada de textura: glbegin (GL_POLYGON); glnormal3fv (N); gltexcoord2fv (T); glvertex3fv (V);... glend (); Mapeamento de Textura em Polígono A maneira mai imple e rápida: w Projetar o vértice do polígono na imagem w A cada vértice projetado P i correponde um ponto Q i no epaço de textura w Um pixel P do polígono na imagem é dado por uma combinação afim. Ex.: P = α 1 P 1 + α 2 P 2 + α 3 P 3 w Pixel P é pintado com a cor do texel obtido com a mema combinação afim. Ex.: Q = α 1 Q 1 + α 2 Q 2 + α 3 Q 3 4

5 Mapeamento de Textura em Polígono Problema da abordagem imple: w Aliaing Pixel < > Texel Soluçõe: Interpolação Mip-mapping w Deformação Combinaçõe afim não ão preervada em projeçõe perpectiva Soluçõe: Mai vértice Coordenada homogênea Mapeamento de Textura em OpenGL 1. Ligar o mapeamento de textura w glenable(gl_texture_2d); 2. Epecificar a textura w Uar glteximage2d que tem o formato w void glteximage2d (GLenum target, GLint level, GLint internalformat, GLizei width, GLizei height, GLint border, GLenum format, GLenum type, cont GLvoid *pixel); Exemplo: glteximage2d (GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGBA, 128, 128, 0, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, img); Mapeamento de Textura em OpenGL 3. Configurar divero parâmetro w Modo de filtragem Magnificação ou minificação Filtro mipmap de minificação w Modo de repetição de padrõe Cortar ou repetir w Funçõe de aplicação de textura Como miturar a cor do objeto com a da textura Miturar, modular ou ubtituir texel 4. Epecificar coordenada de textura w Por vértice gltexcoord* w Coordenada computada autometicamente gltexgen* Epecificando Poly. imagem de textura CPU DL Imagem de textura normalmente carregada a partir de um array de texel na memória principal w glteximage2d( target, level, component, w, h, border, format, type, *texel ); w Tamanho da imagem tem er potência de 2 Core do texel ão proceada pela parte do pipeline que procea pixel w Boa parte do repertório de operaçõe obre bitmap pode er uada Pixel Per Vertex Texture Rater Frag FB 5

6 Convertendo Imagem de Textura Se o tamanho da imagem não é uma potencia de 2 gluscaleimage( format, w_in, h_in, type_in, *data_in, w_out, h_out, type_out, *data_out ); w *_in = imagem original w *_out = imagem detino Imagem é interpolada e filtrada durante a ecala Outro método para epecificar textura Uar o frame buffer como fonte da imagem de textura glcopyteximage1d(...) glcopyteximage2d(...) Modificar parte de uma textura pré-definida gltexsubimage1d(...) gltexsubimage2d(...) gltexsubimage3d(...) Mapeando a Textura CPU Poly. DL Pixel Per Vertex Texture Rater Frag FB Gerando Coordenada de Textura Automaticamente Baeado em coordenada paramétrica de textura Chamar gltexcoord*() para cada vértice Epaço de Textura t 1, 1 0, 1 a b 0, 0 1, 0 c (0.4, 0.2) B Epaço do Objeto (, t) = (0.2, 0.8) A C (0.8, 0.4) Habilitar a geração automatica de coordenada de textura glenable (GL_TEXTURE_GEN_{STRQ}); Epecificar parâmetro void gltexgen{ifd} (GLenum coord, GLenum pname, TYPE param); void gltexgen{ifd}v (GLenum coord, GLenum pname, TYPE *param); w Qual coordenada de textura? Coord = GL_S / GL_T / GL_R / GL_Q w Plano de referência Pname = GL_OBJECT_PLANE / GL_EYE_PLANE Param = coeficiente A/B/C/D do plano w Modo de geração de coordenada Pname = GL_TEXTURE_GEN_MODE Param = GL_OBJECT_LINEAR / GL_EYE_LINEAR / GL_SPHERE_MAP 6

7 Geração Automática de Coordenada de Textura GL_EYE_LINEAR Geração Automática de Coordenada de Textura GL_OBJECT_LINEAR GL_TEXTURE_2D GL_TEXTURE_1D Filtragem GL_TEXTURE_MAG_FILTER GL_TEXTURE_MIN_FILTER GL_NEAREST GL_LINEAR GL_NEAREST_MIPMAP_NEAREST GL_NEAREST_MIPMAP_LINEAR GL_LINEAR_MIPMAP_NEAREST GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR Textura Mipmap Exemplo: gltexparameteri( target, type, mode ); Textura original Imagen minificada pré-filtrada Textura Polígono Magnificação Textura Polígono Minificação 7

8 Textura Mipmap Modo de Repetição Permite que textura de diferente nívei de reolução ejam aplicada de forma adaptativa Reduz aliaing devido a problema de interpolação O nível da textura na hierarquia mipmap é epecificada durante a definição da textura glteximage*d( GL_TEXTURE_*D, level, ) GLU poui rotina auxiliare para contruir textura mipmap com filtragem adequada glubuild*dmipmap( ) OpenGL 1.2 uporta facilidade mai ofiticada para nívei de detalhe (LOD) Exemplo: gltexparameteri( GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP ) gltexparameteri( GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_REPEAT ) t textura GL_REPEAT GL_CLAMP Modo de Aplicação de Textura Controla como a cor da textura afeta a cor do pixel gltexenv{fi}[v](gl_texture_env, prop, param ) Modo (prop = TEXTURE_ENV_MODE) w GL_MODULATE w GL_BLEND w GL_REPLACE Cor a er miturada (GL_BLEND) w Epecificada com prop = GL_TEXTURE_ENV_COLOR Correção Perpectiva Mapeamento de textura em polígono pode er feito: w Da forma imple e rápida (interpolação linear) w Uando interpolação em coordenada homogênea Comportamento do OpenGL é influenciado por dica ( hint ) glhint( GL_PERSPECTIVE_CORRECTION_HINT, hint ) onde hint pode er GL_DONT_CARE GL_NICEST GL_FASTEST O OpenGL não neceariamente obedece! 8

9 Outra Facilidade Objeto de Textura (Texture Object) w Permite mudar rapidamente de textura durante a renderização de divero objeto Controle de epaço na memória de textura w Textura reidente na placa ão mai rápida Multitextura (Extenõe OpenGL) w Placa + moderna (NVidia GeForce /ATI Radeon) w Mai de uma textura mapeada no memo objeto w Permite uma érie de efeito intereante Shadow mapping Bump mapping 9