I Oświetlenie Phonga

I.0. (Jeżeli nie zrobiłeś poprzednich zadań związanych z shaderami)

Obejrzyj pliki shader_4_1.vert i shader_4_1.frag. Zwróć uwagę w szczególności na zmienną interpNormal, przy uzyciu ktorej wektory normalne są przesyłane z vertex shaderze do fragment shadera. Pliki shader_4_2.vert i shader_4_2.frag na razie nie będą wykorzystywane

I.1. Oblicz we fragment shaderze oświetlenie obiektu przy użyciu modelu Phonga dla światła rozproszonego (diffuse):

1. Przekaż źródło światła. Na razie przyjmiemy kierunkowy model oświetlenia, dlatego źródło będzie opisane jako wektor kierunkowy:

• Prześlij do fragment shadera zmienna typu uniform vec3 (nazwij ją np. lightDir), w której będzie się znajdować wektor kierunkowy:

• Należy to zrobić podobnie do tego, jak przesyłana jest zmienna objectColor. Jedyna różnica będzie taka, ze kierunek padania światła nie zależy od obiektu, wiec wywołanie glUniform3f powinno pojawić się tylko raz, przed rysowaniem wszystkich obiektów.Wywołaj glUseProgram(program) przed przesłaniem zmiennej.

• Jako kierunek światła wybierz dowolny wektor jednostkowy. (Możesz wziąć dowolny niezerowy wektor następnie go znormalizować)

2. Oblicz natężenie w shaderze fragmentów:

• znormalizuj wektor normalny przed użyciem go w obliczeniach (uśrednianie wektorów normalnych wierzchołków może spowodować, ze przestaje one być jednostkowe).

• Natężenie to iloczyn skalarny wektora normalnego powierzchni i odwrotnego wektora kierunku padania światła. Skorzystaj z funkcji dot.

• Natężenie nie może być ujemne. Przytnij natężenie do zera przy użyciu: x = max(x, 0.0)

3. Zastosuj obliczone natężenie aby zmodyfikować kolor obiektu:

• Przemnóż kolor RGB fragmentu przez obliczone natężenie.

I.2. Dlaczego oświetlenie statku nie zmienia się podczas jego obracania?

(Wektory normalne są w układzie lokalnym modelu, a wektor padania światła w układzie świata)

Należy wykonać transformacje wektorów normalnych do przestrzeni świata:

• Prześlij macierz modelu rysowanego obiektu (model Matrix) jako osobna zmienna do vertex shadera (uniform mat4).

• Przemnóż przez te macierz wektor normalny wierzchołka przed przeslaniem go do fragment shadera.

• Współrzędna w dopisana do wektora przed mnożeniem przez macierz powinna być ustawiona na 0. Wynika to z tego, ze w przypadku transformacji wektorów reprezentujących kierunki w przestrzeni, nie chcemy dokonywać translacji - np. wektor normalny do powierzchni zależy od orientacji obiektu, ale nie od jego pozycji (przesunięcia) w przestrzeni świata.

I.3. Uzupełnił model o czynnik światła odbitego (specular). W tym celu:

1. Potrzebny będzie wektor od rysowanego fragmentu do pozycji kamery:

• Wyślij pozycje kamery (cameraPos) jako kolejna zmienna do fragment shadera.

• Podobnie jak wektory normalne prześlij z vertex do fragment shadera pozycje wierzchołków (vertexPosition) w przestrzeni świata (czyli pomnożone przez macierz modelMatrix). Pamiętaj, ze tym razem wektory reprezentują punkty, a nie kierunki - współrzędna w przed mnożeniem musi być ustawiona na 1. W wyniku rasteryzacji otrzymamy w shaderze fragmentu jego pozycję (nazywaną pozycją fragmentu)

• Oblicz wektor V (view direction) jako znormalizowaną różnice pozycji kamery i pozycji fragmentu.

2. Oblicz natężenie światła odbitego we fragment shaderze:

• Oblicz wektor kierunku odbicia światła R przy użyciu funkcji reflect. Pamiętaj, żeby przesłać do funkcji odwrócony wektor kierunku światła.

• Oblicz natężenie: iloczyn skalarny V i R, przycięty do zera ( max(...,0.0) ), a następnie podniesiony do wysokiej potęgi (np. 8, 50, 1000), która jest miara połyskliwości powierzchni

3. Ustal ostateczny kolor piksela na objectColor * diffuse + vec3(1.0) * specular. Oznacza to najprostszy przypadek, gdy kolor światła odbitego jest biały.

I.4. Stwórz układ planetarny - jedna nieruchoma kule na środku (Słonce) i kilka orbitujących wokół niej planet.

Niech przynajmniej jedna planeta ma księżyce.

I.5. W układzie planetarnym obiektem oświetlającym powinno być słońce, dlatego zamień oświetlenie kierunkowe na punktowe:

• Zamiast przesyłać (w lightDir) kierunek światła, prześlij pozycję słońca do fragment shadera (taką jak ustawiłeś w punkcie powyżej) jako uniform vec3 (nazwij go lightPos).

• Oblicz kierunek światła odejmując od pozycji fragmentu pozycję światła, znormalizuj wynik. Zapisz wynik w zmiennej lightDir.

• Słońce będzie czarne, nie martw się tym, tylko spójrz na punkt następny

I.6. Źródło światła znajduje się wewnątrz kuli, która reprezentuje słońce, dlatego jest czarna. By to naprawić utwórz osobny shader, który będzie odpowiadać za renderowanie słońca.

Celem tego zadania jest stworzenie shadera (shader_4_sun.vert_ i shader_4_sun.frag), który będzie odpowiadał wyłącznie za rysowanie słońca. Poprzednie shadery (shader_4_1.vert_ i shader_4_1.frag) nadal mają rysować pozostałe obiekty. a) zainicjalizuj program (shadery): - Pliki shader_4_sun.vert i shader_4_sun.frag są identyczne jak 4_1 przed zmianami, będą punktem wyjścia dla shadera słońca.

• Utwórz zmienną globalną GLuint programSun na adres shadera słońca. Stwórz program za pomocą shaderLoader.CreateProgram analogicznie jak tworzy się program z shader_4_1.vert i shader_4_1.frag (parametry wejściowe to ścieżka do shadera wierzchołków i fragmentów shader_4_sun.vert i shader_4_sun.frag).

2. W skomplikowanym projekcie różne typy obiektów rysuje się przy użyciu różnych shaderów, zate potrzebna jest w programie architektura, która na to pozwala. Ustaw odpowiedni program (shadery) do rysowania słońca:

• funkcja drawObject korzysta z globalnej zmiennej program, żeby wskazywać shadery do rysowania. Dodaj argument do funkcji, który będziesz przekazywać adres programu, który ma być wykorzystany do rysowania.
• dodaj odpowiedni program w wywołaniach drawObject

I.7.* Zmień shader słońca na bardziej realistyczny.

Na poniższym obrazku jest zdjęcie słońca. jest ono ciemniejsze na brzegach spróbuj uzyskać podobny efekt. Przydadzą się wektory z poprzednich punktów, jak wektor normalny i wektor V.