Cvičenia z predmetu Grafika v reálnom čase (Real-Time Graphics)

Vývojové prostredia:

Odporúčané: Visual C++ 2008 Express Edition with SP 1 (ISO)

Prípadne pôvodná verzia Visual C++ 2008 Express Edition (ISO) bez SP

Ak máte platný ISIC, môžete získať další SW od Microsoft v edíciách PROFESSIONAL či iných

Alternatíva: v učebniach je ešte nainštalovaný Borland C++ Builder 5.0

Alternatíva: multiplatformový Code::Blocks pre kompilátor GCC pod linux alebo s už "zabudovaným " MinGW pod windows

Knižnice:

GLFW - na inicializáciu OpenGL, vytvorenie okna, manažovanie vstupu,... (open source)

GLEW - na jednoduchú prácu s OpenGL rozšíreniami (open source)

Dokumentácia:

GLFW users Guide - príručka používateľa knižnice GLFW

GLEW basic usage - základná práca s knižnicou GLEW

OpenGL API quick reference card - "ťahák" k OpenGL API a OpenGL Shading Language

OpenGL registry - podrobná špecifikácia OpenGL a jeho rozšírení

Príklad 1 - Vyskúšajte si :

- Zmenu veľkosti okna (glfwOpenWindow)

- Vyčistenie OpenGL bufferu farbou (glClear, glClearColor)

- Výpis do konzoly ( fprintf(stderr,"..."); )

- Výpis do hlavičky okna (glfwSetWindowTitle)

- Počítanie FPS (glfwGetTime, glfwSetTime)

- Načítanie vstupu z klávesnice a myši

Priklad 2 - jednoduchý rendering - Vyskúšajte si :

- Zmenu farby renderovaného štvoruholníka (glColor4f)

- Zmenu pozícií vrcholov (glVertex2f)

- Umiestnenie štvoruholníka/pozorovateľa (GL_MODELVIEW, glTranslatef)

- Zmenu štvoruholníka na trojuholník (GL_QUADS, GL_TRIANGLES)

- Nastavenie projekcie (GL_PROJECTION, glFrustum)

Priklad 3 - jednoduché textúrovanie - Vyskúšajte si :

- Zmenu textúrových súradníc (glTexCoord2f)

- Zmenu pozícií vrcholov (glVertex2f)

- Filrovanie textúr (glTexParameteri, GL_LINEAR, GL_NEAREST)

- Poradie farebných kanalóv textúry v internej (GL_RGB8) a externej (GL_BGR_EXT) reprezentácii (glTexImage2D)

Priklad 4 - základná práca s rozšíreniami - Vyskúšajte si :

Multitexturing

Priklad 5 - úvod do Shaders

Priklad 1 - Shaders pod Visual C++ 2008 - Vyskúšajte si :

- Zmenu výslednej farby fragmentu (gl_FragColor = ...)

- Prácu s vektormi - sčítanie, odčítanie, škálovanie (col = gl_FragCoord * ...)

- Zamieňanie súradníc - swizzling (col = gl_FragCoord.xxzy)

- "zahodenie" fragmentu (discard)

- vetvenie - napr. ak pozícia fragmentu spíňa nejakú podmienku, fragment bude "zahodený"

- pridať do fragment shaderu textúru (uniform sampler2D) a vytiahnuť z nej texely (texture2D) s textúrovými súradnicami (gl_TexCoord[...])

- cyklus s viacnásobným vyťahovaním texelov z textúry - napr. zobraziť priemernú hodnotu 10-tich susedných texelov

- korektné nastavenie uniform ( ...=glGetUniformLocation(..., "...");, glUniform1i(..., ...); )

- multitexturing v shaderoch - čítanie s viacerých textúr a zmiešavanie načítaných hodnôt

- nepriamy prístup do textúry - načítanú hodnotu z textúry A použiť ako textúrové súradnice do textúry B

Priklad 2 - Geometria

Podkladový projekt pre Cvičenie 3 pod Visual C++ 2008 - Vyskúšajte si :

- Pridať vertex shader

- Preposielanie/Nastavovanie údajov z vertex shaderu do rasterizera

- Pridať generovanú geometriu a renderovať ju cez Vertex Arrays

- Dogenerovať zvyšné trojuholníky do mriežky

- Nastaviť vo vertex shadery vrcholom rôzne súradnice Z

- Vo vertex shadery "zvlniť" mriežku

- Ofarbiť vrcholy mriežky na základe ich Z súradníc

- Animované vlnenie

- DÚ - Renderovať mriežku pomocou VBO [návod]

- DÚ - Výpočet normál vo vrcholoch pre použitie lokálneho osvetlovacieho nodelu

- DÚ - Výpočet lokálneho osvetlovacieho modelu vo vrcholoch (per-vertex lighting)

- DÚ - Výpočet lokálneho osvetlovacieho modelu vo fragmentoch (per-fragment lighting)

Podkladový projekt pre Cvičenie 4 pod Visual C++ 2008 - Vyskúšajte si :

- Načítať geometriu

- Renderovať geometriu cez Vertex Arrays - pozície vrcholov aj textúrové súradnice

- Renderovať geometriu pomocou VBO [návod]

- Posielať textúrové súradnice do Renderingu cez Vertex Attribute [návod]

- Posielať súradnice vrcholov do Renderingu cez Vertex Attribute (pozor, robíme pod OpenGL 2.0)

- DÚ - Posielať súradnice normál vrcholov vo VBO do Renderingu cez Vertex Attribute [návod]

- DÚ - Výpočet lokálneho osvetlovacieho nodelu (napr. Phong) vo vrcholoch (per-vertex lighting)

- DÚ - Difúzny odraz svetla zo smerového zdroja

- DÚ - Difúzny odraz svetla z bodového zdroja (nastaviť pozíciu zdroja svetla)

- DÚ - Zrkadlový (specular) odraz z bodového zdroja

- DÚ - Výpočet lokálneho osvetlovacieho modelu vo fragmentoch (per-fragment lighting)

Podkladový projekt pre Cvičenie 5 pod MS VC++ 2008 Express, Borland C++ Builder 5 alebo Code::Blocks - Vyskúšajte si :

- Posielať súradnice normál vrcholov vo VBO do renderingu cez Vertex Attribute [návod]

- Výpočet lokálneho osvetlovacieho nodelu (napr. Phong) vo vrcholoch (per-vertex lighting)

- Difúzny odraz svetla zo smerového zdroja

- Difúzny odraz svetla z bodového zdroja (nastaviť pozíciu zdroja svetla)

- Zrkadlový (specular) odraz z bodového zdroja

- Výpočet lokálneho osvetlovacieho modelu vo fragmentoch (per-fragment lighting)

- Gloss mapping - načítať gloss map textúru, preposlať do shaderu, použitie v shadery

- Normal mapping - teória : vstupné dáta, výpočet v spoločnej báze

- Načítať noraml map textúru, preposlať do shaderu

- Posielať súradnice tangent a binormal vektorov vrcholov vo VBO do Renderingu cez Vertex Attribute

- ModelView space normal mapping : Spracovať tangent, binormal a normal v shadery, pouziť normálu z normal map textúry pri výpočte lokalneho osvetlovacieho modelu

- DÚ : Tangent space normal mapping (výpočet inverznej matice, použiť inverznú transformáciu)

Podkladový projekt pre Cvičenie 6 - Multiple render targets pod MS VC++ 2008 Express, Borland C++ Builder 5 alebo Code::Blocks - Vyskúšajte si :

- Zrkadlový (specular) odraz z bodového zdroja

- Výpočet lokálneho osvetlovacieho modelu vo fragmentoch (per-fragment lighting)

Frame Buffer Objects (FBO)

- vytvorenie a inicializácia (glGenFramebuffers)

- vytvorenie dátových úložísk pre FBO (renderbuffer alebo textúra)

- pripojenie dátových úložísk k FBO na príslušnú vrstvu (renderbuffer alebo textúru)

- renderovanie do FBO (do jednej alebo viacerých vrstiev)

- použitie údajov vydenderovaných do FBO

Podkladový projekt pre Cvičenie 7 pod MS VC++ 2008 Express - Vyskúšajte si :

- pridať do FBO úložisko pre hlbky fragmentov

- zobraziť obsah úložiska hĺbky fragmentov

- pridať do FBO úložisko pre ďalšiu farebnú vrstvu

- renderovanie do nového úložiska a jeho zobrazenie

- renderovanie do dvoch farebných úložísk naraz

- post-processing

Podkladový projekt pre Cvičenie 8 - shadow mapping pod MS VC++ 2008 Express alebo Code::Blocks - Vyskúšajte si :

- funkcia na renderovanie jednoduchej geometrie bez shaderov

- renderovanie jednoduchej geometrie bez shaderov z pozície svetla do FBO

- získanie matice pre projekciu z pozície svetla

- posielanie matice svetla do vertex shaderu

- posielanie depth bufferu naplneného pri renderingu z pozície svetla do shaderu ako shadow mapu

- výpočet súradnic pre vzorkovanie shadow mapy

- vzorkovanie shadow mapy a jej vykreslenie

- zmena výstupu vzorkovania shadow mapy

- ošetrenie nepresnosti porovnávania hĺbok pri shadow mappingu

- kompozícia osvetlenia a tieňa

Podkladový projekt pre Cvičenie 9 pod MS VC++ 2008 Express - Vyskúšajte si :

- dokumentacia ku COLLADA

- stiahnut kniznicu na citanie XML (napr. tinyXML), rozbalit a prilepit k projektu

- spracovat collada subor "box.dae"

Podkladový projekt pre Cvičenie 10 pod MS VC++ 2008 Express - Vyskúšajte si :

- načítať cubemap prostredníctvom funkcie loadTGACubeMap

- poslať cubemap do shaderu

- namapovať cubemap ako reflekciu na renderovaný model

- namapovať cubemap ako refrakciu na renderovaný model

- kompozícia reflekcie a refrakcie pomocou reflektancie a transmitancie, viď Fresnelove rovnice, prípadne použiť Schlickovu aproximáciu

Podkladový projekt pre Cvičenie 11 pod MS VC++ 2008 Express - Vyskúšajte si :

- načítať 3D textúru prostredníctvom funkcie loadRawTex3D, poslať ju do shaderov

- vhodne použiť súradnice vrcholov geometrie na čítanie z 3D textúry

- vypočítať pozíciu pozorovaťela vzhľadom na model (súradnice pozorovaťela v priestore modelu) a následne ich poslať do shaderu

- v shadery zrátať vektor prechodu pohľadového lúča cez objem (teleso)

- vzorkovať pozdĺž lúča hodnoty z objemu a vhodne ich kumulovať - maximum / integrácia

- nastavitelná dĺžku vzorkovacieho kroku lúča

- ohraničiť lúč hranicou objemu