Motivação - Cenas mais realistas

Mapeamento de Texturas

Motivação - Cenas mais realistas

● Imagine que você precisa

criar um ambiente com uma parede como a

representada pela imagem ao lado

● Solução 1: Dividir a cena

em polígonos

suficientemente pequenos para representar os

detalhes

● Problema: Difícil de

Sumário

●

Hoje veremos como utilizar a técnica de

mapeamento de textura para adicionar

detalhes aos objetos em sistemas de CG

●

Discutiremos seu sistema de coordenadas e

Motivação - Cenas mais realistas

●

A principal motivação de utilizarmos texturas

é adicionar realismo com o menor custo

computacional possível

●

Objetos renderizados com os modelos de

reflexão vistos anteriormente fornecem uma

aparência pouco realista

Noção de Textura

Uma

textura

pode ser

uma imagem com

componentes RGB e

alpha.

●

O

mapeamento de

textura

é um método

para criar complexidade

numa imagem sem o

ônus de construir

Definições

●

Técnica foi desenvolvida por Catmull (1974),

Blinn e Newell (1976) e outros pesquisadores

●

Em mapeamento de texturas, o pixel é

chamado de texel (abreviatura de

texture

element

)

●

Uma textura de resolução 128 x 128 possui

Propriedades Mapeáveis

● Quais parâmetros ou propriedades pode-se reproduzir a partir de

mapas de textura?

● Cor (coeficientes de reflexão

Propriedades Mapeáveis

● Quais parâmetros ou propriedades pode-se reproduzir a partir de

mapas de textura?

● Cor (coeficientes de reflexão

difusa)

● Coeficientes de reflexão especular

e difusa

Propriedades Mapeáveis

● Quais parâmetros ou propriedades pode-se reproduzir a partir de

mapas de textura?

● Cor (coeficientes de reflexão

difusa)

● Coeficientes de reflexão especular

e difusa

● Mapeamento de ambiente

● Perturbação do vetor normal

Propriedades Mapeáveis

● Quais parâmetros ou propriedades pode-se reproduzir a partir de

mapas de textura?

● Cor (coeficientes de reflexão

difusa)

● Coeficientes de reflexão especular

e difusa

● Mapeamento de ambiente

● Perturbação do vetor normal

● Bump Mapping

● Perturbação da superfície na

direção da normal

Propriedades Mapeáveis

● Quais parâmetros ou propriedades pode-se reproduzir a partir de

mapas de textura?

● Cor (coeficientes de reflexão

difusa)

● Coeficientes de reflexão especular

e difusa

● Mapeamento de ambiente

● Perturbação do vetor normal

● Bump Mapping

● Perturbação da superfície na

direção da normal

● Displacement Mapping

Mapeamento de textura

● Texturas 2D são funções T (s, t) cujo domínio é um

espaço bidimensional e o contradomínio pode ser cor, opacidade, etc

● É comum ajustar a escala da imagem de tal forma que a

imagem toda se enquadre no intervalo 0 ≤ s, t ≤ 1

t

s

1

1 0

Mapeamento de Textura

● Problema: Que ponto da textura será utilizado

em um dado ponto da superfície?

● A textura é simplesmente uma imagem com um

sistema de coordenadas 2D (s,t)

● Define-se o mapeamento de (x,y,z) do domínio

da cena para o domínio da textura (s,t) ● Para determinar a cor em (x,y,z) usa-se o

correspondente (s,t) da textura nesse ponto

● Com polígonos, especifica-se (s,t) nos vértices e

Mapeamento de Textura

● O problema básico está em encontrar a função

(mapping) que mapeia a textura para a superfície

● Dada uma posição (s,t) da textura, qual é a

posição (x,y,z) na superfície?

● Este problema requer 3 funções paramétricas:

● x = X(s, t)

● y = Y(s, t)

● z = Z(s, t)

● No caso da superfície já estar formulada

Mapeamento de texturas em polígonos

●

Especificamos explicitamente as

coordenadas (

u, v

) nos vértices do polígono,

ou seja, afixamos a textura nos vértices

●

Faz-se então a interpolação dentro do

polígono durante o processo de rasterização,

de forma semelhante ao que é feito no

Função de Mapeamento

● Uma função de mapeamento retorna o ponto do

objeto correspondente a cada ponto do espaço de textura

(x, y, z) = F (s, t)

● Corresponde à forma com que a textura é usada

para “embrulhar” (wrap) o objeto

● Na maioria dos casos precisamos de uma função que

nos permita “desembrulhar” (unwrap) a textura do objeto, isto é, a inversa da função de mapeamento (mesmo vale para o próprio modelo)

● Se a superfície do objeto puder ser descrita em

Função de mapeamento

●

Algumas formas paramétricas que podem ser

utilizadas em mapeamento de textura são:

Parametrização cúbica

Parametrização

Parametrização Cilíndrica

Parametrização cilíndrica

Projetada em um cubo

Parametrização esférica

Parametrização

Parametrizando Objetos Genéricos

● O que fazer quando o objeto não

comporta uma parametrização natural?

● Uma sugestão é usar um mapeamento

em 2 estágios [Bier e Sloan]:

● Mapear textura sobre uma superfície

simples como cilindro, esfera, etc aproximadamente englobando o objeto

● Mapear superfície simples sobre a

superfície do objeto. Pode ser feito de diversas maneiras

● Raios passando pelo centróide do objeto ● Raios normais à superfície do objeto

● Raios normais à superfície simples

UV Mapping

●

Outra técnica muito utilizada em

aplicações 3D é fazer o processo inverso

– mapear o modelo sobre a textura plana

●

Para tal, é necessário “planificar” a malha

poligonal (também conhecido como

UV

Unwrapping)

●

A textura será projetada diretamente sobre

UV

Map

pin

g -

Exemp

lo

UV

Map

pin

g -

Exemp

lo

UV

Map

pin

g -

Exemp

lo

UV

Map

pin

g -

Exemp

lo

Mapeamento de Texturas em OpenGL

●

Como já discutido, polígonos são

frequentemente usados para representar

fronteiras de objetos

●

Em OpenGL, além das coordenadas dos

vértices e do vetor normal, é possível

também especificar coordenadas de textura:

glBegin (GL_POLYGON);

glNormal3fv (N); glTexCoord2fv (T); glVertex3fv (V); ...

Mapeamento de Texturas em OpenGL

●

Ligar o mapeamento de texturas

glEnable(GL_TEXTURE_2D);

●

Especificar a textura

→ Usar o comando glTexImage2D que tem o formato

void glTexImage2D (GLenum target, GLint mipMapLevel,

GLint internalFormat, GLsizei width, GLsizei height, GLint borderWidth, GLenum format, GLenum type,

const GLvoid *pixels);

→ Exemplo de utilização:

glTexImage2D (GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGBA, 128, 128, 0, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, img);

→ Detalhes sobre este comando aqui

● As cores dos texels são processadas pela parte do

● Baseado em coordenadas paramétricas de textura ● Chamar glTexCoord*() para cada vértice

s t

1, 1 0, 1

0, 0 1, 0

(s, t) = (0.2, 0.8)

(0.4, 0.2) (0.8, 0.4) A

B C

a

b

c

Espaço de Textura _{Espaço do Objeto}

Modos de aplicação de Textura

● Ao utilizarmos texturas temos várias opções que

alterarão a forma como ela será aplicada. Entre elas abordaremos:

● Modificação da cor dos objetos com textura

● Wrapping Modes

Modificação da cor dos objetos

● Veja abaixo as principais opções de mistura entre

a cor de uma determinada superfície e a textura a ser aplicada:

● modulate: multiplica a cor da superfície pela

cor da textura (apropriado para sistemas com efeitos de iluminação);

● replace: substitui cor da superfície pela cor da

textura (ignora efeitos de iluminação);

● blend: semelhante à modulate, mas a mistura é

Modificação da cor dos objetos

●

O comando abaixo será utilizado para alterar a

cor dos objetos com aplicação de textura

glTexEnv{fi}[v](GL_TEXTURE_ENV, prop, param )

onde se

pode

assumir os valores:

● GL_MODULATE (modo default) ● GL_REPLACE

● GL_BLEND (para este modo a cor a ser misturada é

definida pelo comando glTexEnv com

Modificação da cor dos objetos

GL_REPLACE GL_MODULATE GL_BLEND

Wrapping Modes

●

Para definir como as texturas se comportarão

fora da área definida entre [0,1] (para

s

e

t

)

podemos definir os seguintes

Wrapping Modes:

● Repeat – repete a textura

● Clamp – Estende a borda da textura

● Exemplos:

Wrapping Modes

Filtragem

glTexParameteri( target, type, mode );

GL_TEXTURE_2D

GL_TEXTURE_1D GL_TEXTURE_MAG_FILTER_{GL_TEXTURE_MIN_FILTER}

Filtro de minificação

● Usado quando um pixel é mapeado para muitos texels ● Comum em cenas com perspectiva

Perspectiva (foreshortening) e

Filtro de magnificação

● Quando um pixel é mapeado para uma pequena

porção de um texel, o resultado é que muitos pixels são mapeados para o mesmo texel

● Sem um método de filtragem surge o fenômeno de

aliasing

● O filtro de magnificação suaviza a transição entre os

pixels

Texturas Mipmap

● Permite que texturas de diferentes níveis de resolução sejam

aplicadas de forma adaptativa

● Reduz problemas de aliasing gerados por erros de

interpolação

● O nível (level) da textura na hierarquia mipmap é

especificada durante a definição da textura

glTexImage*D( GL_TEXTURE_*D, level, … )

● GLU possui rotinas auxiliares para construir texturas mipmap

com filtragem adequada

gluBuild*DMipmaps( … )

● OpenGL suporta facilidades mais sofisticadas para níveis de

Texturas Mipmap

Algumas Facilidades do OpenGL

● Objetos de Textura (Texture Objects)

● Permite mudar rapidamente de texturas durante a

renderização de diversos objetos

● Controle de espaço na memória de texturas

● Texturas residentes na placa são mais rápidas

● Multitexturas (Extensões OpenGL)

● Suportado por placas da NVidia e ATI

● Mais de uma textura mapeada no mesmo objeto ● Permite uma série de efeitos interessantes

Saiba mais!

● Computação Gráfica - Teoria e

Prática.

● Capítulo 7

Na Seção 7.4 deste capítulo há um detalhamento das técnicas de

Saiba mais!

● OpenGL Programming Guide

Seventh Edition

● Capítulo 9

Neste capítulo há um enfoque

Saiba mais!

● Computer Graphics, C Version

● Capítulo 14

Na seção 14.9 os principais métodos de mapeamento de

Saiba mais!

● Learn OpenGL

● Capítulo 7

A forma como texturas são

trabalhadas com shaders é

bastante semelhante à feita

pelo OpenGL tradicional,

porém, possui novos

recursos. Neste capítulo

Resumo

●

Vimos nesta aula como podemos aumentar o

detalhamento de objetos 3D através do

mapeamento de texturas

●

Um dos principais problemas no processo de

mapear uma textura em um objeto é

encontrar uma função que faça o

mapeamento dos vértices que compõem um

polígono sobre as coordenadas de textura

●

Finalmente vimos que o OpenGL fornece

Prática 1

● Execute o tutorial “Texture” do Nate Robins

(arquivo tutors.zip) para entender o

Prática 2

● Abra o projeto Texture Mapping

● Analise o funcionamento do sistema de texturas

Prática 3

● Abra o projeto

Textured OBJ Files

● Verifique no código como

é feito o carregamento dos objetos via arquivo e as texturas com um leitor externo de arquivos PNG

Exercício 1

● Faça modificações no

arquivo original (Projeto

Texture Mapping) para

criar um cubo com texturas como a figura ao lado

● Para isso, não utilize o

cubo disponível no

OpenGL. Crie um cubo manualmente, com as coordenadas de textura

corretas e centro na origem

Exercício 2

● A ideia do exercício é criar

um cilindro texturizado

● Para tal, siga os seguintes

passos:

● Utilize as texturas "wood.png" e "woodtop.png" disponíveis na pasta "data"

● Pesquise (ou formule) formas de parametrizar um cilindro para que a textura seja