GRAPHISME PAR ORDINATEUR SIF-1032. Contenu du cours 5 Visualisation 3D –Pipeline de visualisation –Coordonnées de visualisation –Projection orthographique.

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1 GRAPHISME PAR ORDINATEUR SIF-1032

2 Contenu du cours 5 Visualisation 3D –Pipeline de visualisation –Coordonnées de visualisation –Projection orthographique (Voir ORTHO) Piles de matrices (Voir ATOM) Gestion d’interactions clavier/souris avec OpenGL 3.x. LECTURES: Chapitres 5 et 7

3 Visualisation 3D Pipeline de visualisation –La visualisation 3D peut s’apparenter à la prise d’images par caméra –Étapes de capture de photographies Positionnement de la caméra Orientation de la caméra Ajustement de l’ouverture

4 Visualisation 3D Pipeline de visualisation –Étapes de transformation des coordonnées du monde 3D aux coordonnées de l’écran 2D Modélisation de la scène Transformation des coordonnées du monde en coordonnées de visualisation –spécification de la position de l’observateur –Positionnement du plan de projection Transformation des coordonnées de visualisation en coordonnées de projection dans le plan de projection Transformation des coordonnées de projection dans les coordonnées de l’écran

5 Visualisation 3D Pipeline de visualisation –Étapes de transformation des coordonnées du monde 3D aux coordonnées de l’écran 2D

6 Visualisation 3D Coordonnées de visualisation –Pour définir une vue d’une scène il faut d’abord établir le système de coordonnées de visualisation –De plus, le plan de projection est perpendiculaire à l’axe de visée z v

7 Visualisation 3D Coordonnées de visualisation –Étapes de création du système de coordonnées de visualisation Choix d’une position en coordonnées du monde 3D qui est le point de référence de visualisation Choix de la direction de l’axe de visualisation z v et l’orientation du plan de visualisation en spécifiant le vecteur normal au plan de visualisation N –Vecteur dans les coordonnées du monde 3D –Sélection d’un point à voir (look-at-point) relatif au système de coordonnées de visualisation

8 Visualisation 3D Coordonnées de visualisation –Sélection d’un point look-at-point

9 Visualisation 3D Coordonnées de visualisation –Étapes de création du système de coordonnées de visualisation Choix d’un vecteur V (view-up vector) qui spécifie la direction positive de l’axe y v –Déterminer la direction de l’axe x v par

10 Visualisation 3D Coordonnées de visualisation –Détermination du système d ’axes de visualisation Calcul des vecteurs unitaires uvn et création directe de la matrice de transformation composite Avec N et V nous pouvons déduire

11 Visualisation 3D Coordonnées de visualisation –Transformations des coordonnées du monde 3D aux coordonnées de visualisation

12 Visualisation 3D Coordonnées de visualisation –Transformations des coordonnées du monde 3D aux coordonnées de visualisation Translation du point de référence de visualisation à l’origine du système d’axes du monde 3D Appliquer des rotations pour aligner les axes des 2 systèmes d’axes R x : rotation de l’axe z v par rapport à l’axe x w, dans le plan x w z w R y : rotation de z v par rapport à l’axe y w pour l’amener sur l’axe z w R z : rotation de y v par rapport à l’axe z w pour l’amener sur l’axe y w

13 Visualisation 3D Coordonnées de visualisation –Transformations des coordonnées du monde 3D aux coordonnées de visualisation Si nous connaissons le vecteur uvn, la matrice de transformation composite devient

14 Visualisation 3D Coordonnées de visualisation –Détermination du système d ’axes de visualisation Avec OpenGL, la matrice de transformation de visualisation M w,v est déduite par la commande gluLookAt() gluLookAt(locX,locY,locZ,dirX,dirY,dirZ,upX,upY,upZ –généralement le vecteur up pointe dans la direction y positive donc (0.0f,1.0f,0.0f) –LocX, locY, locZ représente la position de l ’observateur –dirX, dirY, dirZ représente le Look-at point Positionnement de la caméra (observateur) glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glLoadIdentity(); gluLookAt(4,4,4,0,1,0,0,1,0);

15 Visualisation 3D Projections –Permet de projeter les coordonnées de visualisation 3D sur un plan 2D –Projection parallèle (orthographique) Projection de points 3D sur le plan de visualisation 2D selon des lignes parallèles Préservation des proportions relatives mais irréaliste

16 Visualisation 3D Projections –Projection parallèle Projection orthographique –Utilisée en dessin technique

17 Visualisation 3D Projections –Projection parallèle Transformations permettant la projection

18 Visualisation 3D Projections –Projection parallèle Transformations permettant la projection orthographique avec OpenGL Avec OpenGL, la matrice de transformation de projection (GL_PROJECTION) est déduite par la commande glOrtho() glOrtho(minX,maxX,minY,maxY,minZ,maxZ) –minX, maxX représente la largeur de la fenêtre –minY, maxY représente la hauteur de la fenêtre –minZ, maxZ représente la profondeur de champ Création du volume de visualisation glMatrixMode(GL_PROJECTION); glLoadIdentity(); glOrtho(-3.2,3.2,-2.4,2.4,1,50);

19 Visualisation 3D Projections (Exemple ORTHO)

20 Visualisation 3D Projections (Exemple ORTHO)

21 Visualisation 3D Projections (Exemple ORTHO)

22 Piles de matrices Il n ’est pas toujours désirable de réinitialiser la matrice MODELVIEW à l ’identité avant de déplacer des objets Souvent, nous voulons conserver la matrice courante et la restaurer après avoir déplacé des objets Cette approche est appropriée lorsque nous avons généré la matrice MODELVIEW à partir des transformations de visualisation OpenGL maintient des piles de matrices pour les matrices MODELVIEW et PROJECTION

23 Piles de matrices Nous pouvons alors conserver la matrice courante sur le dessus de la pile (push), appliquer une transformation sur la matrice courante et restaurer l ’état de la matrice courante par un pop

24 Piles de matrices Exemple ATOM –Comment initialiser la matrice de visualisation M w,v glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glLoadIdentity(); glTranslatef(0.0f,0.0f,-100.0f); –Comment placer un électron sur sa trajectoire glPushMatrix(); // conserve la matrice de transformation de visualisation glrotatef(fElect1,0.0f,1.0f,0.0f); // rotation du système de coordonnées // par rapport à y d ’un angle fElect1 glTranslatef(90.0f,0.0f,0.0f); // décalage de l ’origine à la trajectoire glutSolidSphere(6.0f,15,15) glPopMatrix(); // restauration de la matrice transformation de visualisation

25 Piles de matrices Exemple ATOM –Comment initialiser la matrice de visualisation M w,v

26 Piles de matrices Exemple ATOM –Comment placer un électron sur sa trajectoire

27 Piles de matrices Exemple ATOM –Comment placer un électron sur sa trajectoire

28 Piles de matrices Exemple ATOM –Fonctions utiles glutPostRedisplay(); –Fonction qui produit un message à OpenGL que la fenêtre doit être rafraîchie (Voir BOUNCE) glutTimerFunc(temps (msec), (*func)(int nomFunc), int value); –Permet de fournir le pointeur sur la fonction nomFunc qui doit être appelée après qu’une période de temps soit écoulée

29 Piles de matrices Exemple ATOM

30 Génération du modèle des objets Exemple page 276 (Hill) –Classe scene scn.read() scn.drawSceneOpenGL() dans la fonction d ’affichage displaySDL() –Langage SDL Model Loading Lesson 31 (NeHe.gamedev.net) –Importer des objets en format.ms3d

31 Génération du modèle des objets Model Loading Lesson 31 (NeHe.gamedev.net) –Importer des objets en format.ms3d

32 Génération du modèle des objets Model Loading Lesson 31 (NeHe.gamedev.net) – Structures de données du modèle (voir la classe Model dans le fichier Model.h) Structures associées aux sommets (vertices) // Vertex Structure struct Vertex { char m_boneID; // For Skeletal Animation float m_location[3]; }; // Vertices Used int m_numVertices; Vertex *m_pVertices;

33 Génération du modèle des objets Model Loading Lesson 31 (NeHe.gamedev.net) – Structures de données du modèle (voir la classe Model dans le fichier Model.h) Structures associées aux triangles (triangle) // Triangle Structure struct Triangle { float m_vertexNormals[3][3]; float m_s[3], m_t[3]; // Texture coordinates int m_vertexIndices[3]; }; // Triangles Used int m_numTriangles; Triangle *m_pTriangles;

34 Génération du modèle des objets Model Loading Lesson 31 (NeHe.gamedev.net) – Structures de données du modèle (voir la classe Model dans le fichier Model.h) Structures associées aux treillis (mesh) // Mesh struct Mesh { int m_materialIndex; int m_numTriangles; int *m_pTriangleIndices; }; // Meshes Used int m_numMeshes; Mesh *m_pMeshes;

35 Génération du modèle des objets Model Loading Lesson 31 (NeHe.gamedev.net) – Structures de données du modèle (voir la classe Model dans le fichier Model.h) Structures associées aux propriétés matérielles (material) // Material Properties struct Material { float m_ambient[4], m_diffuse[4], m_specular[4], m_emissive[4]; float m_shininess; GLuint m_texture; char *m_pTextureFilename; }; // Materials Used int m_numMaterials; Material *m_pMaterials;

36 Génération du modèle des objets Model Loading Lesson 31 (NeHe.gamedev.net) –Chargement du modèle (lecture du fichier.ms3d) bool MilkshapeModel::loadModelData( const char *filename ) { ifstream inputFile( filename, ios::in | ios::binary | ios::nocreate ); if ( inputFile.fail()) return false; // "Couldn't Open The Model File."

37 Génération du modèle des objets Model Loading Lesson 31 (NeHe.gamedev.net) –Chargement du modèle (calcul de la dimension du fichier) inputFile.seekg( 0, ios::end ); long fileSize = inputFile.tellg(); inputFile.seekg( 0, ios::beg );

38 Génération du modèle des objets Model Loading Lesson 31 (NeHe.gamedev.net) –Chargement du modèle (lecture du fichier dans un tampon) byte *pBuffer = new byte[fileSize]; inputFile.read( pBuffer, fileSize ); inputFile.close();

39 Génération du modèle des objets Model Loading Lesson 31 (NeHe.gamedev.net) –Chargement du modèle (lecture du header et validation) const byte *pPtr = pBuffer; MS3DHeader *pHeader = ( MS3DHeader* )pPtr; pPtr += sizeof( MS3DHeader ); if ( strncmp( pHeader->m_ID, "MS3D000000", 10 ) != 0 ) return false; // "Not A Valid Milkshape3D Model File.« if ( pHeader->m_version m_version > 4 ) return false; // "Unhandled File Version. Only Milkshape3D Version 1.3 And 1.4 Is Supported."

40 Génération du modèle des objets Model Loading Lesson 31 (NeHe.gamedev.net) –Chargement du modèle (lecture des sommets) int nVertices = *( word* )pPtr; m_numVertices = nVertices; m_pVertices = new Vertex[nVertices]; pPtr += sizeof( word ); int i; for ( i = 0; i < nVertices; i++ ) { MS3DVertex *pVertex = ( MS3DVertex* )pPtr; m_pVertices[i].m_boneID = pVertex->m_boneID; memcpy( m_pVertices[i].m_location, pVertex->m_vertex, sizeof( float )*3 ); pPtr += sizeof( MS3DVertex ); }

41 Génération du modèle des objets Model Loading Lesson 31 (NeHe.gamedev.net) –Chargement du modèle (lecture des triangles) int nTriangles = *( word* )pPtr; m_numTriangles = nTriangles; m_pTriangles = new Triangle[nTriangles]; pPtr += sizeof( word ); for ( i = 0; i < nTriangles; i++ ) { MS3DTriangle *pTriangle = ( MS3DTriangle* )pPtr; int vertexIndices[3] = { pTriangle->m_vertexIndices[0], pTriangle- >m_vertexIndices[1], pTriangle->m_vertexIndices[2] }; float t[3] = { 1.0f-pTriangle->m_t[0], 1.0f-pTriangle->m_t[1], 1.0f-pTriangle->m_t[2] }; memcpy( m_pTriangles[i].m_vertexNormals, pTriangle->m_vertexNormals, sizeof( float )*3*3 ); memcpy( m_pTriangles[i].m_s, pTriangle->m_s, sizeof( float )*3 ); memcpy( m_pTriangles[i].m_t, t, sizeof( float )*3 ); memcpy( m_pTriangles[i].m_vertexIndices, vertexIndices, sizeof( int )*3 ); pPtr += sizeof( MS3DTriangle ); }

42 Génération du modèle des objets Model Loading Lesson 31 (NeHe.gamedev.net) –Chargement du modèle (lecture des treillis) int nGroups = *( word* )pPtr; m_numMeshes = nGroups; m_pMeshes = new Mesh[nGroups]; pPtr += sizeof( word ); for ( i = 0; i < nGroups; i++ ) { pPtr += sizeof( byte ); // Flags pPtr += 32; // Name word nTriangles = *( word* )pPtr; pPtr += sizeof( word ); int *pTriangleIndices = new int[nTriangles]; for ( int j = 0; j < nTriangles; j++ ) { pTriangleIndices[j] = *( word* )pPtr; pPtr += sizeof( word ); } char materialIndex = *( char* )pPtr; pPtr += sizeof( char ); m_pMeshes[i].m_materialIndex = materialIndex; m_pMeshes[i].m_numTriangles = nTriangles; m_pMeshes[i].m_pTriangleIndices = pTriangleIndices; }

43 Génération du modèle des objets Model Loading Lesson 31 (NeHe.gamedev.net) –Chargement du modèle (lecture des propriétés) int nMaterials = *( word* )pPtr; m_numMaterials = nMaterials; m_pMaterials = new Material[nMaterials]; pPtr += sizeof( word ); for ( i = 0; i < nMaterials; i++ ) { MS3DMaterial *pMaterial = ( MS3DMaterial* )pPtr; memcpy( m_pMaterials[i].m_ambient, pMaterial->m_ambient, sizeof( float )*4 ); memcpy( m_pMaterials[i].m_diffuse, pMaterial->m_diffuse, sizeof( float )*4 ); memcpy( m_pMaterials[i].m_specular, pMaterial->m_specular, sizeof( float )*4 ); memcpy( m_pMaterials[i].m_emissive, pMaterial->m_emissive, sizeof( float )*4 ); m_pMaterials[i].m_shininess = pMaterial->m_shininess; m_pMaterials[i].m_pTextureFilename = new char[strlen( pMaterial->m_texture )+1]; strcpy( m_pMaterials[i].m_pTextureFilename, pMaterial->m_texture ); pPtr += sizeof( MS3DMaterial ); } reloadTextures();

44 Génération du modèle des objets Gestion d’interactions clavier/souris avec OpenGL 3.x. Voir le tutoriel: http://www.opengl-tutorial.org/beginners- tutorials/tutorial-6-keyboard-and-mouse/ Voir le code: http://code.google.com/p/opengl-tutorial- org/source/browse/tutorial06_keyboard_and_mouse/tu torial06.cpp

45 Génération du modèle des objets Gestion d’interactions clavier/souris avec OpenGL 3.x.: tutorial06.cpp // création de la fenêtre

46 Génération du modèle des objets Gestion d’interactions clavier/souris avec OpenGL 3.x.: tutorial06.cpp // test de profondeur // test de visibilité

47 Génération du modèle des objets Gestion d’interactions clavier/souris avec OpenGL 3.x.: tutorial06.cpp

48 Génération du modèle des objets Gestion d’interactions clavier/souris avec OpenGL 3.x.: tutorial06.cpp

49 Génération du modèle des objets Gestion d’interactions clavier/souris avec OpenGL 3.x.: tutorial06.cpp

50 Génération du modèle des objets Gestion d’interactions clavier/souris avec OpenGL 3.x.: tutorial06.cpp

51 Génération du modèle des objets Gestion d’interactions clavier/souris avec OpenGL 3.x.: Vertex Shader

52 Génération du modèle des objets Gestion d’interactions clavier/souris avec OpenGL 3.x.: Fragment Shader

53 Génération du modèle des objets Gestion d’interactions clavier/souris avec OpenGL 3.x.: controls.cpp

54 Génération du modèle des objets Gestion d’interactions clavier/souris avec OpenGL 3.x.: controls.cpp

55 Génération du modèle des objets Gestion d’interactions clavier/souris avec OpenGL 3.x.: controls.cpp

56 Génération du modèle des objets Gestion d’interactions clavier/souris avec OpenGL 3.x.: tutorial06.cpp La matrice MVP est calculée à chaque frame

57 Génération du modèle des objets Gestion d’interactions clavier/souris avec OpenGL 3.x.: controls.cpp, calcul de l’orientation de la caméra Repositionnement de la souris

58 Génération du modèle des objets Gestion d’interactions clavier/souris avec OpenGL 3.x.: controls.cpp, calcul de l’orientation de la caméra (angle horizontal et vertical)

59 Génération du modèle des objets Gestion d’interactions clavier/souris avec OpenGL 3.x.: controls.cpp, calcul de l’orientation de la caméra (calcul des axes du système de visualisation)

60 Génération du modèle des objets Gestion d’interactions clavier/souris avec OpenGL 3.x.: controls.cpp, calcul de l’orientation de la caméra (calcul de la position de la caméra)

61 Génération du modèle des objets Gestion d’interactions clavier/souris avec OpenGL 3.x.: controls.cpp, calcul de la FOV, matrices de visualisation et de perspective

62 Génération du modèle des objets Gestion d’interactions clavier/souris avec OpenGL 3.x.: Exécution