WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA

GRAFIKA KOMPUTEROWA

SPRAWOZDANIE

Z

ZADANIA LABORATORYJNEGO

MODELOWANIE OŚWIETLENIA

Grupa szkoleniowa: I7X6S1

Sprawozdanie wykonał : Michał Małek

Prowadzący ćwiczenie: dr inż. Marek Salamon

1. Treść zadania.

Wykorzystując biblioteki OpenGL i GLUT napisać program przedstawiający perspektywiczny obraz obiektu o następujących parametrach:

1. Typ obiektu: sfera o zmiennej parzystej liczbie podziałów pionowych i poziomych,

2. Właściwości materiału nr 1: zielony matowy (widziany w białym świetle),

3. Właściwości materiału nr 2: fioletowy błyszczący (widziany w białym świetle),

Sposób przyporządkowania materiałów do obiektu zgodnie ze wzorem : szachownica z uwzględnieniem podziałów poziomych i pionowych.

Obiekt należy oświetlić dwoma źródłami światła o następujących parametrach:

Źródło nr 1:

typ: reflektor (ang. spot),

kolor: żółty,

natężenie: 1,

kąt odcięcia: 45^o,

położenie: zmienne po orbicie kołowej o środku w punkcie S(0,0,0) z możliwością interaktywnej zmiany następujących parametrów:

- promienia orbity,

- kąta nachylenia orbity do osi OX,

- kąta nachylenia orbity do osi OZ,

kierunek świecenia: na obiekt.

Źródło nr 2:

typ: kierunkowe,

kolor: czerwony,

natężenie: 0.8,

położenie: stałe w punkcie P(10,10, 10) układu współrzędnych sceny.

kierunek świecenia: na obiekt.

Program powinien umożliwiać:

1. interaktywne, niezależne włączanie i wyłączanie źródeł światła,

2. Interaktywną zmianę liczby podziałów pionowych i poziomych bryły,

3. interaktywną zmianę położenia obserwatora poprzez podanie następujących parametrów :

- odległości obserwatora od środka układu współrzędnych sceny,

- kąta obrotu wokół osi OY w zakresie [0 ^o,360 ^o] z krokiem 1 ^o.

Oświetlony obiekt powinien zawsze znajdować się w centralnej części okna.

1. Wykonanie zadania

Pierwszym etapem wykonania zadania było zamodelowanie kuli. Ze względu na sposób przyporządkowania materiałów nie mogłem wykorzystać gotowych prymitywów. Zastosowałem tryb GL_QUADS i obliczyłem poszczególne współrzędne punktów należących do sfery. Zmienne odpowiadające za kąty są iterowane przy użyciu pętli, a promień i liczba podziałów zmieniane z klawiatury. Kod rysujący sferę :

//Sfera

for(i=0; i < poziom; i++) {

if (i%2 == 0) licznik=1;

else licznik=0;

for (j=0; j < pion; j++){

if (licznik%2 == 0)

{Material1();licznik=1;}

else {Material2();licznik=0;}

glBegin(GL_QUADS);

x = R*cos(-pi/2+(pi*j/pion))*cos(2*pi*i/poziom);

y = R*sin(-pi/2+(pi*j/pion));

z = R*cos(-pi/2+(pi*j/pion))*sin(2*pi*i/poziom);

glVertex3f(x,y,z);

temp_y = y;

temp_x = x;

temp_z = z;

x = R*cos(-pi/2+(pi*(j+1)/pion))*cos(2*pi*i/poziom);

y = R*sin(-pi/2+(pi*(j+1)/pion));

z = R*cos(-pi/2+(pi*(j+1)/pion))*sin(2*pi*i/poziom);

glVertex3f(x,y,z);

wektor1[0]= x - temp_x;

wektor1[1]= y - temp_y;

wektor1[2]= z - temp_z;

x = R*cos(-pi/2+(pi*(j+1)/pion))*cos(2*pi*(i+1)/poziom);

y = R*sin(-pi/2+(pi*(j+1)/pion));

z = R*cos(-pi/2+(pi*(j+1)/pion))*sin(2*pi*(i+1)/poziom);

glVertex3f(x,y,z);

x = R*cos(-pi/2+(pi*j/pion))*cos(2*pi*(i+1)/poziom);

y = R*sin(-pi/2+(pi*j/pion));

z = R*cos(-pi/2+(pi*j/pion))*sin(2*pi*(i+1)/poziom);

glVertex3f(x,y,z);

wektor2[0]= x - temp_x;

wektor2[1]= y - temp_y;

wektor2[2]= z - temp_z;

IloczynWektorowy();

glNormal3f(wektor3[0],wektor3[1],wektor3[2]);

glEnd();

}

}

glPopMatrix();

Mając zamodelowaną kulę i obliczone jej wektory normalne przystąpiłem do pracy nad materiałami z jakich powinien być zbudowany rysowany obiekt. Parametry obu materiałów :

//zielony matowy

const GLfloat ambient_m1[4] = {0,1,0,1};

const GLfloat diffuse_m1[4] = {0,1,0,1};

GLfloat specular_m1[4] = {0,0.1,0,0.1};

// filetowy polysk

const GLfloat ambient_m2[4] = {0.8,0,0.8,1};

const GLfloat diffuse_m2[4] = {0.5,0,0.5,1};

GLfloat specular_m2[4] = {1,0,1,1};

Następnym etapem było przygotowanie tablic opisujących źródła światła:

//reflektor

GLfloat ambient_s1[4] = {1,1,0,1};

GLfloat diffuse_s1[4] = {1,1,0,1};

GLfloat specular_s1[4] = {1,1,0,1};

GLfloat position_s1[] = {0,0,0,1};

GLfloat direction_s1[] = {0,-1,0};

// kierunkowe

GLfloat ambient_s2[4] = {0.8,0,0,1};

GLfloat diffuse_s2[4] = {0.8,0,0,1};

GLfloat specular_s2[4] = {0.8,0,0,1};

GLfloat position_s2[] = {-10,10,10,0};

GLfloat direction_s2[] = {0,-1,0};

1. Efekt działania programu

1. Wnioski z przeprowadzonego ćwiczenia

Celem zadań laboratoryjnych było zamodelowanie obiektu składającego się z dwóch różniących się materiałów, oświetlenie sceny dwoma odmiennymi źródłami światła, a następnie zaobserwowaniu relacji łączących te elementy i ich wpływ na otrzymywane efekty wizualne. Napisany program, doskonale ukazuje zasady powstawania barwy, oraz jej związek z właściwościami materiału tworzącego przedmiot, oraz światła na niego padającego. Zatem możemy stwierdzić, że cele zajęć zostały osiągnięte.

1. Wydruk kodu programu

2. #include <GL/glut.h>

3. #include <math.h>

6. // Definicja stalych

7. #define DLUGOSC_BOKU 5.0

8. float OBSERWATOR_ODLEGLOSC = 50.0;

9. float OBSERWATOR_OBROT_X = 20.0;

10. float OBSERWATOR_OBROT_Y = 20.0;

11. float OBSERWATOR_FOV_Y = 30.0;

12. float OBSERWATOR_WYSOKOSC = 10;

14. //PI

15. float pi = 3.1415;

17. //Podzial pion i poziom

18. int poziom = 40;

19. int pion = 40;

21. //Macierze definiujace materialy

22. //zielony matowy

23. const GLfloat ambient_m1[4] = {0,1,0,1};

24. const GLfloat diffuse_m1[4] = {0,1,0,1};

25. GLfloat specular_m1[4] = {0,0.1,0,0.1};

26. // filetowy polysk

27. const GLfloat ambient_m2[4] = {0.8,0,0.8,1};

28. const GLfloat diffuse_m2[4] = {0.5,0,0.5,1};

29. GLfloat specular_m2[4] = {1,0,1,1};

33. //Macierze definiujace swiatla

34. //reflektor

35. GLfloat ambient_s1[4] = {1,1,0,1};

36. GLfloat diffuse_s1[4] = {1,1,0,1};

37. GLfloat specular_s1[4] = {1,1,0,1};

38. GLfloat position_s1[] = {0,0,0,1};

39. GLfloat direction_s1[] = {0,-1,0};

41. // kierunkowe

42. GLfloat ambient_s2[4] = {0.8,0,0,1};

43. GLfloat diffuse_s2[4] = {0.8,0,0,1};

44. GLfloat specular_s2[4] = {0.8,0,0,1};

45. GLfloat position_s2[] = {-10,10,10,0};

46. GLfloat direction_s2[] = {0,-1,0};

49. float kat_x = 0, kat_z = 0, R_L1 = 45;

52. //Tablice wektorow

53. float wektor1[3], wektor2[3], wektor3[3];

55. // Zmienne globalne

56. double bok = DLUGOSC_BOKU; // srednica

57. int szerokoscOkna = 800;

58. int wysokoscOkna = 600;

61. void RysujSfere(double a);

62. void UstawParametryWidoku(int szer, int wys);

63. void WyswietlObraz(void);

64. void ObslugaKlawiatury(unsigned char klawisz, int x, int y);

67. void Material1() {

68. glMaterialfv(GL_FRONT, GL_AMBIENT, ambient_m1);

69. glMaterialfv(GL_FRONT, GL_DIFFUSE, diffuse_m1);

70. glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR, specular_m1);

71. glMaterialf (GL_FRONT, GL_SHININESS, 128);

72. }

74. void Material2() {

75. glMaterialfv(GL_FRONT, GL_AMBIENT, ambient_m2);

76. glMaterialfv(GL_FRONT, GL_DIFFUSE, diffuse_m2);

77. glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR, specular_m2);

78. }

80. void Swiatlo1() {

81. glPushMatrix();

82. glRotatef(kat_x,1,0,0);

83. glRotatef(kat_z,0,0,1);

84. glTranslatef(0,R_L1,0);

85. glPushMatrix();

86. //glutWireSphere(1,10,10);

87. glPopMatrix();

89. glLightfv(GL_LIGHT1, GL_DIFFUSE, diffuse_s1);

90. glLightfv(GL_LIGHT1, GL_SPECULAR, specular_s1);

91. glLightfv(GL_LIGHT1, GL_POSITION, position_s1);

92. glLightf (GL_LIGHT1, GL_SPOT_CUTOFF, 30.0);

93. glLightfv(GL_LIGHT1, GL_SPOT_DIRECTION,direction_s1);

94. glLightf (GL_LIGHT1, GL_SPOT_EXPONENT, 1);

95. glPopMatrix();

98. }

100. void Swiatlo2() {

101. glLightfv(GL_LIGHT2, GL_DIFFUSE, diffuse_s2);

102. glLightfv(GL_LIGHT2, GL_SPECULAR, specular_s2);

103. glLightfv(GL_LIGHT2, GL_POSITION, position_s2);

105. }

107. void IloczynWektorowy() {

108. wektor3[0] = wektor1[1]*wektor2[2] - wektor2[1]*wektor1[2];

109. wektor3[1] = wektor1[2]*wektor2[0] - wektor2[2]*wektor1[0];

110. wektor3[2] = wektor1[0]*wektor2[1] - wektor2[0]*wektor1[1];

111. }

114. void RysujSfere(double a)

115. {

116. float alfa = 0, teta = 0, x, y, z;

117. float R = 6, temp_y=0, temp_x=0, temp_z=0;

118. int licznik = 0, i=0, j=0;

121. //Sfera

122. for(i=0; i < poziom; i++)

123. {

124. if (i%2 == 0)

125. {licznik=1;}

126. else licznik=0;

128. for (j=0; j < pion; j++)

129. {

130. if (licznik%2 == 0)

131. {Material1();licznik=1;}

132. else {Material2();licznik=0;}

134. glBegin(GL_QUADS);

136. x = R*cos(-pi/2+(pi*j/pion))*cos(2*pi*i/poziom);

137. y = R*sin(-pi/2+(pi*j/pion));

138. z = R*cos(-pi/2+(pi*j/pion))*sin(2*pi*i/poziom);

139. glVertex3f(x,y,z);

141. temp_y = y;

142. temp_x = x;

143. temp_z = z;

145. x = R*cos(-pi/2+(pi*(j+1)/pion))*cos(2*pi*i/poziom);

146. y = R*sin(-pi/2+(pi*(j+1)/pion));

147. z = R*cos(-pi/2+(pi*(j+1)/pion))*sin(2*pi*i/poziom);

148. glVertex3f(x,y,z);

150. wektor1[0]= x - temp_x;

151. wektor1[1]= y - temp_y;

152. wektor1[2]= z - temp_z;

154. x = R*cos(-pi/2+(pi*(j+1)/pion))*cos(2*pi*(i+1)/poziom);

155. y = R*sin(-pi/2+(pi*(j+1)/pion));

156. z = R*cos(-pi/2+(pi*(j+1)/pion))*sin(2*pi*(i+1)/poziom);

157. glVertex3f(x,y,z);

160. x = R*cos(-pi/2+(pi*j/pion))*cos(2*pi*(i+1)/poziom);

161. y = R*sin(-pi/2+(pi*j/pion));

162. z = R*cos(-pi/2+(pi*j/pion))*sin(2*pi*(i+1)/poziom);

163. glVertex3f(x,y,z);

165. wektor2[0]= x - temp_x;

166. wektor2[1]= y - temp_y;

167. wektor2[2]= z - temp_z;

169. IloczynWektorowy();

170. glNormal3f(wektor3[0],wektor3[1],wektor3[2]);

172. glEnd();

174. }

175. }

176. glPopMatrix();

178. Swiatlo1();

179. Swiatlo2();

181. }

183. void UstawParametryWidoku(int szer, int wys)

184. {

185. // Zapamietanie wielkosci widoku

186. szerokoscOkna = szer;

187. wysokoscOkna = wys;

189. // Ustawienie parametrow viewportu

190. glViewport(0, 0, szerokoscOkna, wysokoscOkna);

192. // Przejscie w tryb modyfikacji macierzy rzutowania

193. glMatrixMode(GL_PROJECTION);

194. glLoadIdentity();

195. gluPerspective(OBSERWATOR_FOV_Y, (float)szerokoscOkna/(float)wysokoscOkna, 1.0, 1000.0);

197. glMatrixMode(GL_MODELVIEW);

198. glLoadIdentity();

202. glEnable(GL_NORMALIZE);

203. glEnable(GL_LIGHTING);

204. glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_FILL);

206. }

208. void WyswietlObraz(void)

209. {

210. // Wyczyszczenie bufora koloru i bufora glebokosci

211. glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

213. // Przejscie w tryb modyfikacji macierzy przeksztalcen geometrycznych

214. glMatrixMode(GL_MODELVIEW);

216. // Zastapienie aktywnej macierzy macierza jednostkowa

217. glLoadIdentity();

219. // Ustalenie polozenia obserwatora

221. glTranslatef(0, 0, -OBSERWATOR_ODLEGLOSC);

222. glRotatef(atan(OBSERWATOR_WYSOKOSC/OBSERWATOR_ODLEGLOSC) * 180/pi,1,0,0);

223. glRotatef(OBSERWATOR_OBROT_Y, 0, 1, 0);

225. // Narysowanie szescianu

226. RysujSfere(bok);

228. // Przelaczenie buforow ramki

229. glutSwapBuffers();

230. }

233. void ObslugaKlawiatury(unsigned char klawisz, int x, int y)

234. {

235. switch(klawisz){

236. case ';' : OBSERWATOR_ODLEGLOSC++;break;

237. case '.' : OBSERWATOR_ODLEGLOSC--;break;

238. case 'l' : OBSERWATOR_WYSOKOSC++;break;

239. case ',' : OBSERWATOR_WYSOKOSC--;break;

240. case 'k' : OBSERWATOR_OBROT_Y++;break;

241. case 'm' : OBSERWATOR_OBROT_Y--;break;

243. //PODZIAL - rownolezniki i poludniki

244. case '1' : poziom+=2;break;

245. case '2' : poziom-=2;break;

246. case '3' : pion+=2;break;

247. case '4' : pion-=2;break;

249. //Swiatlo

250. case 'q' : glEnable(GL_LIGHT0);break;

251. case 'w' : glDisable(GL_LIGHT0);break;

252. case 'e' : glEnable(GL_LIGHT1);break;

253. case 'r' : glDisable(GL_LIGHT1);break;

254. case 't' : glEnable(GL_LIGHT2);break;

255. case 'y' : glDisable(GL_LIGHT2);break;

257. //Regulowanie orbity L1

258. case 'a' : R_L1+=1;break;

259. case 'z' : R_L1-=1;break;

260. case 's' : kat_x++;break;

261. case 'x' : kat_x--;break;

262. case 'd' : kat_z++;break;

263. case 'c' : kat_z--;break;

266. case 27 : exit(0);break;

268. }

270. }

272. int main(int argc, char **argv)

273. {

274. glutInit(&argc, argv);

276. glutInitDisplayMode (GLUT_DOUBLE|GLUT_RGB|GLUT_DEPTH);

278. glutInitWindowPosition(100, 100);

280. glutInitWindowSize(szerokoscOkna, wysokoscOkna);

282. glutCreateWindow("Modelowanie oświetlenia");

284. glEnable(GL_DEPTH_TEST);

286. glClearDepth(1000.0);

288. glClearColor (0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f);

290. glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_LINE);

292. glutDisplayFunc(WyswietlObraz);

294. glutReshapeFunc(UstawParametryWidoku);

296. glutIdleFunc(WyswietlObraz);

298. glutKeyboardFunc(ObslugaKlawiatury);

300. glutMainLoop();

302. return 0;

303. }