Jednym z zastosowań Cubemapy jest wyświetlanie skyboxa, czyli dalekiego tła dla sceny. Może to być na przykład rozgwieżdżone niebo z górami na horyzoncie albo obraz dalekiej galaktyki.W tej części będziemy dalej modyfikować shadery shader_5_tex poprzez implementację normal mappingu.
+Obliczenia dla map normalnych należy wykonywać w przestrzeni stycznych. Przestrzeń styczna jest wyliczana dla każdego punktu w obiekcie. Jej celem jest takie przekształcenie przestrzeni, żeby wektor normalny był wektorem jednostkowym (0,1,0).
+Do wyliczenia przestrzeni stycznej potrzebujemy dla każdego wierzchołka oprócz wektora normalnego wektor styczny i bistyczny (tangent i bitangent). Są one wyliczane przez bibliotekę Assimp.
Oblicz macierz TBN.
+Macierz TBN to macierz 3x3 wyznaczana przez wektory tangent, bitangent i normal, służy do przenoszenia wektorów z przestrzeni świata do przestrzeni stycznej.
+vertexNormal, vertexTangent i vertexBitangent do przestrzeni świata (przemnóż macierz modelu przez te wektory, tak jak to robiliśmy wcześniej z wektorem normalnym, z uwzględnieniem zmiennej w=0) i zapisz wyniki odpowiednio w zmiennych normal, tangent i bitangent.
+Musimy przekształcić wektor światła (L) i wektor widoku (V) do przestrzeni stycznych. Zrobimy to w vertex shaderze. W tym celu przenieś potrzebne dane dotyczące światła i kamery (uniformy lightPos i cameraPos) z fragment shadera do vertex shadera.
Oblicz wektor viewDir jako znormalizowana różnice cameraPos i worldPos (tu jeszcze działamy w przestrzeni świata). Analogicznie oblicz lightDir jako różnicę lightPos i worldPos
Przekształć wektory viewDir i lightDir do przestrzeni stycznej mnożąc je przez macierz TBN. Wynik zapisz w zmiennych viewDirTS i lightDirTS odpowiednio.
Przekaż viewDirTS i lightDirTS do fragment shadera. (zadeklaruj je jako zmienne out)
+(Sufiks TS oznacza tangent space. Ważne jest, aby oznaczać (np. dopisując coś do nazwy zmiennej) w jakiej przestrzeni znajdują się używane wektory, tak aby poprawnie wykonywać obliczenia. Trzeba zawsze zwracać uwagę na to, w jakiej przestrzeni działamy.)
+
lightDir powinniśmy użyć wektora lightDirTS (należy go dodatkowo znormalizować), a jako wektor widoku V powinniśmy użyć wektora viewDirTS (również należy go znormalizować). Jako wektora N użyj na razie wektora vec3(0,0,1).Efekt finalny powinien wyglądać tak samo, jak przed jakąkolwiek zmianą. Następnym krokiem będzie wykorzystanie map normalnych.
+normalSampler. Pobierz z niego wektor normalny analogicznie, jak czytamy kolor zwykłej tekstury z samplera textureSampler i zapisz go w zmiennej N.
+Core::LoadTexture mapy normalnych dla wszystkich modeli. Maja one taką samą nazwę jak zwykle tekstury, tyle że z suffiksem "_normals".drawObjectTexture. Dodaj do niej nowy argument GLuint normalmapId, który będzie służył do przekazywania id tekstury zawierającej mapę normalnych. Przy użyciu funkcji Core::SetActiveTexture załaduj normalmapId jako normalSampler i ustaw jednostkę teksturowania nr 1. Argument odpowiadający za normalne w miejscach wywołania funkcji drawObjectTexture.Ustaw mapy normalne do statku planety i księżyca (lub przynajmniej 3 obiektów, jeżeli rysujesz swoją scenę). Wykorzystaj multitexturing na statku, musisz w takim wypadku mieszać zarówno tekstury koloru i normalanych.
+Cubemapy są specjalnym rodzajem tekstur. Zawieją one 6 tekstur, każda z niej odpowiada za inną ścianę sześcianu. Nie służy ona do teksturowania zwykłego sześcianu, pozwala ona bowiem próbkować po wektorze kierunku. To znaczy, możemy o tym myśleć jak o kostce, w której środku się znaleźliśmy, co obrazuje poniższy rysunek. W przeciwieństwie do zwykłych tekstur samplujemy ją nie za pomocą dwuwymiarowych współrzędnych UV, ale za pomocą wektora trójwymiarowego, który odpowiada kierunkowi promienia. Jednym z zastosowań Cubemapy jest wyświetlanie skyboxa, czyli dalekiego tła dla sceny. Może to być na przykład rozgwieżdżone niebo z górami na horyzoncie albo obraz dalekiej galaktyki.
Cubemapę generujemy podobnie jak inne tekstury, ale przy bindowaniu należy podać GL_TEXTURE_CUBE_MAP.
glGenTextures(1, &textureID);
+glBindTexture(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, textureID);Skoro składa się ona z 6 tekstur, to należy każdą z nich załadować za pomocą void glTexImage2D( GLenum target, ...) taget wskazuje którą z tekstur ładujemy. Możliwe wartości rozpisane są w tabeli poniżej |Layer number|Texture target | Orientation| |—-|——————–:|———–:| |0|GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_X | Right | |1|GL_TEXTURE_CUBE_MAP_NEGATIVE_X|Left| |2|GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_Y|Top| |3|GL_TEXTURE_CUBE_MAP_NEGATIVE_Y|Bottom| |4|GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_Z|Back| |5|GL_TEXTURE_CUBE_MAP_NEGATIVE_Z|Front|
Możemy je ładować w pętli biorąc za kolejne targety GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_X+i, ale należy pamiętać o powyższej kolejności. Poniższy kod ładuje do wszystkich 6 ścian tę samą teksturę, która znajduje się pod filepath.
+int w, h;
+for(unsigned int i = 0; i < 6; i++)
+{
+ unsigned char* image = SOIL_load_image(filepath, &w, &h, 0, SOIL_LOAD_RGBA);
+ glTexImage2D(
+ GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_X + i,
+ 0, GL_RGBA, w, h, 0, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, image
+ );
+}Na koniec pozostaje ustawić parametry opisujące zachowanie tekstury:
+glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
+glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
+glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP_TO_EDGE);
+glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_CLAMP_TO_EDGE);
+glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_WRAP_R, GL_CLAMP_TO_EDGE); Napisz funkcję, która będzie ładować cubmapę bazującą na tablicy 6 stringów i załaduj do niej tekstury z foldera skybox.
Skybox jest sześcianem, wewnątrz którego zamieszamy naszą scenę, przedstawia on dalekie tło, dzięki temu dostajemy iluzję głębi i przestrzeni. Do tego potrzebujemy narysować sześcian i narysować go odpowiednim shaderem. Rysowanie jest bardzo proste, polega wyłącznie na wyświetleniu koloru tekstury. Aby próbkować, teksturę potrzebujemy przesłać pozycję w przestrzeni modelu do shadera fragmentów.
+#version 430 core
+
+layout(location = 0) in vec3 vertexPosition;
+
+uniform mat4 transformation;
+
+out vec3 texCoord;
+
+void main()
+{
+ texCoord = vertexPosition;
+ gl_Position = transformation * vec4(vertexPosition, 1.0);
+}++shader_skybox.vert
+
W shaderze fragmentów wystarczy odebrać pozycję i próbkować za jej pomocą teksturę.
+#version 430 core
+
+uniform samplerCube skybox;
+
+in vec3 texCoord;
+
+out vec4 out_color;
+
+void main()
+{
+ out_color = texture(skybox,texCoord);
+}++shader_skybox.frag
+
W modelach znajduje się cube.obj, załaduj go i narysuj shaderami shader_skybox.vert i shader_skybox.vert. Pamiętaj o przesłaniu macierzy transformacji i tekstury skyboxa. Aktywujemy ją za pomocą instrukcji:
glBindTexture(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, cubemapTexture);Skybox potencjalnie zasłania pewne obiekty, które są umieszczone trochę dalej. Wynika to z tego, że renderowanie go nadpisuje bufor głębokości. Dlatego narysuj cubemapę z wyłączonym testem głębokości na samym początku. Następnie włącz test głębokości dla reszty sceny. Dezaktywację wykonasz za pomocą instrukcji glDisable(GL_DEPTH_TEST);, natomiast aktywację za pomocąglEnable(GL_DEPTH_TEST);.
Skybox reprezentuje obiekty, które są bardzo daleko. Tę iluzję możemy utracić, gdy kamera przysunie się zbyt blisko do skyboxa. Aby tego uniknąć, musimy tak umieścić skybox, by kamera zawsze była w jego środku. Przesuń skybox do pozycji kamery z użyciem macierzy translacji.
+ + diff --git a/grk/cw 6/Zadania 7.md b/grk/cw 6/Zadania 7.md new file mode 100644 index 0000000..ab3846d --- /dev/null +++ b/grk/cw 6/Zadania 7.md @@ -0,0 +1,148 @@ +# Normal Mapping + +W tej części będziemy dalej modyfikować shadery **shader_5_tex** poprzez implementację normal mappingu. + +Obliczenia dla map normalnych należy wykonywać w przestrzeni stycznych. Przestrzeń styczna jest wyliczana dla każdego punktu w obiekcie. Jej celem jest takie przekształcenie przestrzeni, żeby wektor normalny był wektorem jednostkowym (0,1,0). + +Do wyliczenia przestrzeni stycznej potrzebujemy dla każdego wierzchołka oprócz wektora normalnego wektor styczny i bistyczny (*tangent* i *bitangent*). Są one wyliczane przez bibliotekę `Assimp`. + +### Wykonaj kopię shaderów shader_4_tex.vert shader_4_tex.frag + +### Przenieś obliczenia światła do przestrzeni stycznej. + +1) Oblicz macierz **TBN**. + + Macierz **TBN** to macierz 3x3 wyznaczana przez wektory *tangent*, *bitangent* i *normal*, służy do przenoszenia wektorów z przestrzeni świata do przestrzeni stycznej. + + 1. W **vertex shaderze** przekrztałć wektory `vertexNormal`, `vertexTangent` i `vertexBitangent` do przestrzeni świata (przemnóż macierz modelu przez te wektory, tak jak to robiliśmy wcześniej z wektorem normalnym, z uwzględnieniem zmiennej w=0) i zapisz wyniki odpowiednio w zmiennych `normal`, `tangent` i `bitangent`. + 1. Stwórz macierz 3x3 TBN jako transpose(mat3(tangent, bitangent, normal)). Macierz transponujemy, aby szybko uzyskać jej odwrotność (możemy tak zrobić przy założeniu, ze jest ortogonalna). + +2. Przenieś wektor światła i wektor widoku do przestrzeni stycznych + 1. Musimy przekształcić wektor światła (L) i wektor widoku (V) do przestrzeni stycznych. Zrobimy to w vertex shaderze. W tym celu przenieś potrzebne dane dotyczące światła i kamery (uniformy `lightPos` i `cameraPos`) z **fragment shadera** do **vertex shadera.** + + 2. Oblicz wektor `viewDir` jako znormalizowana różnice `cameraPos` i `fragPos` (tu jeszcze działamy w przestrzeni świata). Analogicznie oblicz `lightDir` jako różnicę `lightPos` i `fragPos` + + 3. Przekształć wektory `viewDir` i `lightDir` do przestrzeni stycznej mnożąc je przez macierz **TBN**. Wynik zapisz w zmiennych`viewDirTS` i `lightDirTS` odpowiednio. + + 4. Przekaż `viewDirTS` i `lightDirTS` do fragment shadera. (zadeklaruj je jako zmienne `out`) + + > (Sufiks TS oznacza tangent space. Ważne jest, aby oznaczać (np. dopisując coś do nazwy zmiennej) w jakiej przestrzeni znajdują się używane wektory, tak aby poprawnie wykonywać obliczenia. Trzeba zawsze zwracać uwagę na to, w jakiej przestrzeni działamy.) + +3. Przekształć **fragment shader**, by obsługiwał **tangent space** + 1. Nie potrzebujemy już we **fragment shaderze** informacji na temat pozycji fragmentu i wektora normalnego geometrii, skasuj wiec zmienne przekazujące te wektory pomiędzy shaderami. + 2. wektora `lightDir` powinniśmy użyć wektora `lightDirTS` (należy go dodatkowo znormalizować), a jako wektor widoku V powinniśmy użyć wektora `viewDirTS` (również należy go znormalizować). Jako wektora N użyj na razie wektora vec3(0,0,1). + +Efekt finalny powinien wyglądać tak samo, jak przed jakąkolwiek zmianą. Następnym krokiem będzie wykorzystanie map normalnych. + +### Wykorzystaj normalmapy + +1. Chcemy wczytywać normalne z tekstury, w tym celu dodaj we **fragment shaderze** dodatkowy sampler do czytania map normalnych, nazwij go `normalSampler`. Pobierz z niego wektor normalny analogicznie, jak czytamy kolor zwykłej tekstury z samplera `textureSampler` i zapisz go w zmiennej `N`. + 2. Ponieważ w teksturze wartości są w przedziale $[0,1]$, musimy jeszcze przekształcić je do przedziału $[-1,1]$. W tym celu przemnóż wektor N przez 2 i odejmij 1. + Na koniec warto jeszcze znormalizować wektor normalny, aby uniknąć błędów związanych z precyzja lub kompresja tekstury. + 3. Wczytaj pliki zawierające mapy normalnych w kodzie C++ W tym celu załaduj przy użyciu funkcji `Core::LoadTexture` mapy normalnych dla wszystkich modeli. Maja one taką samą nazwę jak zwykle tekstury, tyle że z suffiksem "_normals". + 4. Zmodyfikuj na koniec funkcje `drawObjectTexture`. Dodaj do niej nowy argument `GLuint normalmapId`, który będzie służył do przekazywania id tekstury zawierającej mapę normalnych. Przy użyciu funkcji `Core::SetActiveTexture` załaduj `normalmapId` jako `normalSampler` i ustaw jednostkę teksturowania nr 1. + Argument odpowiadający za normalne w miejscach wywołania funkcji `drawObjectTexture`. + + +### Zadanie* +Ustaw mapy normalne do statku planety i księżyca (lub przynajmniej 3 obiektów, jeżeli rysujesz swoją scenę). Wykorzystaj multitexturing na statku, musisz w takim wypadku mieszać zarówno tekstury koloru i normalanych. + +## SkyBox +Cubemapy są specjalnym rodzajem tekstur. Zawieją one 6 tekstur, każda z niej odpowiada za inną ścianę sześcianu. Nie służy ona do teksturowania zwykłego sześcianu, pozwala ona bowiem próbkować po wektorze kierunku. To znaczy, możemy o tym myśleć jak o kostce, w której środku się znaleźliśmy, co obrazuje poniższy rysunek. W przeciwieństwie do zwykłych tekstur samplujemy ją nie za pomocą dwuwymiarowych współrzędnych UV, ale za pomocą wektora trójwymiarowego, który odpowiada kierunkowi promienia. + +Jednym z zastosowań Cubemapy jest wyświetlanie skyboxa, czyli dalekiego tła dla sceny. Może to być na przykład rozgwieżdżone niebo z górami na horyzoncie albo obraz dalekiej galaktyki. + +### Ładowanie cubemapy +Cubemapę generujemy podobnie jak inne tekstury, ale przy bindowaniu należy podać `GL_TEXTURE_CUBE_MAP`. +```C++ +glGenTextures(1, &textureID); +glBindTexture(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, textureID); +``` +Skoro składa się ona z 6 tekstur, to należy każdą z nich załadować za pomocą `void glTexImage2D( GLenum target, ...)` `taget` wskazuje którą z tekstur ładujemy. Możliwe wartości rozpisane są w tabeli poniżej +|Layer number|Texture target | Orientation| +|----|--------------------:|-----------:| +|0|`GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_X` | Right | +|1|`GL_TEXTURE_CUBE_MAP_NEGATIVE_X`|Left| +|2|`GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_Y`|Top| +|3|`GL_TEXTURE_CUBE_MAP_NEGATIVE_Y`|Bottom| +|4|`GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_Z`|Back| +|5|`GL_TEXTURE_CUBE_MAP_NEGATIVE_Z`|Front| + +Możemy je ładować w pętli biorąc za kolejne targety `GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_X+i`, ale należy pamiętać o powyższej kolejności. Poniższy kod ładuje do wszystkich 6 ścian tę samą teksturę, która znajduje się pod `filepath`. + +```C++ + +int w, h; +unsigned char *data; +for(unsigned int i = 0; i < 6; i++) +{ + unsigned char* image = SOIL_load_image(filepath, &w, &h, 0, SOIL_LOAD_RGBA); + glTexImage2D( + GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_X + i, + 0, GL_RGBA, w, h, 0, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, data + ); +} +``` +Na koniec pozostaje ustawić parametry opisujące zachowanie tekstury: +```C++ +glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR); +glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR); +glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP_TO_EDGE); +glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_CLAMP_TO_EDGE); +glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_WRAP_R, GL_CLAMP_TO_EDGE); +``` + +### Zadanie +Napisz funkcję, która będzie ładować cubmapę bazującą na tablicy 6 stringów i załaduj do niej tekstury z foldera `skybox`. + +### Rysowanie skyboxa +Skybox jest sześcianem, wewnątrz którego zamieszamy naszą scenę, przedstawia on dalekie tło, dzięki temu dostajemy iluzję głębi i przestrzeni. Do tego potrzebujemy narysować sześcian i narysować go odpowiednim shaderem. Rysowanie jest bardzo proste, polega wyłącznie na wyświetleniu koloru tekstury. Aby próbkować, teksturę potrzebujemy przesłać pozycję w przestrzeni modelu do shadera fragmentów. + +```C++ +#version 430 core + +layout(location = 0) in vec3 vertexPosition; + +uniform mat4 transformation; + +out vec3 texCoord; + +void main() +{ + texCoord = vertexPosition; + gl_Position = transformation * vec4(vertexPosition, 1.0); +} + +``` +> shader_skybox.vert + +W shaderze fragmentów wystarczy odebrać pozycję i próbkować za jej pomocą teksturę. + +```C++ +#version 430 core + +uniform samplerCube skybox; + +in vec3 texCoord; + +out vec4 out_color; + +void main() +{ + out_color = texture(skybox,texCoord); +} + +``` +> shader_skybox.frag + +### Zadanie +W modelach znajduje się `cube.obj`, załaduj go i narysuj shaderami `shader_skybox.vert` i `shader_skybox.vert`. Pamiętaj o przesłaniu macierzy transformacji i tekstury skyboxa. Aktywujemy ją za pomocą instrukcji: +```C++ +glBindTexture(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, cubemapTexture); +``` + +Skybox potencjalnie zasłania pewne obiekty, które są umieszczone trochę dalej. Wynika to z tego, że renderowanie go nadpisuje bufor głębokości. Dlatego narysuj cubemapę z wyłączonym testem głębokości na samym początku. Następnie włącz test głębokości dla reszty sceny. +Dezaktywację wykonasz za pomocą instrukcji `glDisable(GL_DEPTH_TEST);`, natomiast aktywację za pomocą`glEnable(GL_DEPTH_TEST);`. + +Skybox reprezentuje obiekty, które są bardzo daleko. Tę iluzję możemy utracić, gdy kamera przysunie się zbyt blisko do skyboxa. Aby tego uniknąć, musimy tak umieścić skybox, by kamera zawsze była w jego środku. Przesuń skybox do pozycji kamery z użyciem macierzy translacji. + diff --git a/grk/cw 6/grk-cw6.vcxproj b/grk/cw 6/grk-cw6.vcxproj index 4a90c1d..98418bb 100644 --- a/grk/cw 6/grk-cw6.vcxproj +++ b/grk/cw 6/grk-cw6.vcxproj @@ -38,10 +38,16 @@