domingo, 5 de mayo de 2013

OpenGL desde 0. Capitulo 5: Cámaras

Capítulo perteneciente al tutorial de opengl desde cero

Hola a todos,

Ya sabemos crear objetos 3D, y también sabemos moverlos, rotarlos,escalarlos e iluminarlos. Pero.... como los vemos? Cual es el proceso que se encarga de poner esos objetos en nuestra pantalla?

La respuesta es la cámara. La cámara no es más que una forma de decirle a OpenGL como queremos que renderice la escena.

Hay un concepto previo a la cámara que tengo que explicar que es el cambio de tipo de matrices (es un tema que he ido dejando caer en otros capítulos pero que no he profundizado).

En OpenGL tenemos tres tipos de matrices:

GL_PROJECTION: Matriz de proyección. Es que nos permite escoger como va a ser nuestra cámara.
GL_MODELVIEW: Matriz de visión de modelo. La que hemos usado hasta ahora, es la que nos permite decir como queremos que se vea el modelo. (traslaciones,rotaciones,etc...)
GL_TEXTURE: Matriz de texturizado. Por ahora lo dejamos para cuando toquemos texturas. Con que sepáis que existe, suficiente por ahora.

Para escoger en que tipo de matriz queremos trabajar tenemos que usar la función glMatrixmode(tipo).

Una vez tenemos seleccionado la matriz de proyección tenemos que seleccionar que tipo de cámara queremos.

Ortogonal (o paralela):  Es una cámara que no tiene perspectiva (si nos alejásemos 2 metros para atrás veríamos lo mismo.) En 3D no tiene mucha utilidad pero en 2D es básica. Para más ejemplos podéis mirar el pakengine.
A nivel de código se selecciona esta cámara mediante la siguiente instrucción:
glOrtho (left,right,bottom,top,near,far);

Perspectiva: Es aquella en que los objetos más alejados aparecen más pequeños y por lo tanto da una mayor sensación de realismo. Es la más usada en 3D.
Para que el código pida usar esta cámara se ha poner:
glFrustum(left,right,bottom,top,near,far);

Siendo los parámetros que reciben ambas funciones las dimensiones de la caja donde se realiza el renderizado (es decir, todo lo que entre en la caja se renderizará y el resto no se tendrá en cuenta)

De todas maneras, estas dos funciones no son demasiado claras. Con esto quiero decir que si bien es sencillo entender los parámetros es complicado darle un significado físico a estos. Para ello aparecieron dos funciones nuevas que solucionaban bastante la vida:
gluPerspective(fovy,aspect,near,far) siendo fovy el field of view (angulo de abertura vertical de la cámara) y aspect la relación entre el ancho y el alto de la pantalla.
gluLookAt (eyex,eyey,eyez, centerx,centery,centerz, upx,upy,upz) siendo eye las coordenadas de nuestro punto de vista, center las coordenadas del punto al que estamos mirando y up es un vector que nos define hacia donde está nuestra verticalidad (para poder hacer giros de cámara).

Y hasta aquí el tema de hoy. No obstante volveremos a trabajar sobre esto por que la mayoría de lo que he explicado hoy ya está deprecated en las últimas versiones de OpenGL :) , así que tendremos que darle otro enfoque. Por ahora, esto ya os servirá.

Espero que os haya gustado y hayáis aprendido.

Nos vemos


LordPakusBlog

sábado, 4 de mayo de 2013

OpenGL desde 0. Capitulo 4: Luces y Materiales

Capítulo perteneciente al tutorial de opengl desde cero

Hola a todos,

Este capítulo tal vez es de lo más complicados de la teoría necesaria para aprender OpenGL. Si entendéis bien este capítulo no tendréis ningún problema con el resto de OpenGL. Si no lo entendeís a la primera, tranquilos, es un tema denso,  daos tiempo y lo ireis pillando.

El tema de hoy se llama luces y materiales (dos conceptos a priori bastante alejados para un profano) debido a que si llego a poner como titulo "composición de color mediante openGL" todavía se me habría entendido menos :). En el mundo real, los colores que percibimos dependen de muchos factores pero principalmente de las características físicas del objeto que estamos mirando y del tipo e intensidad de luz que le llega.  OpenGL, como ya deberíais saber a estas alturas, no es más que un sistema que simula lo mejor posible la realidad, así que en el tema de la iluminación hace lo mismo. Nos permite definir las características físicas de los materiales y de las luces que tenemos en la escena.

OpenGL modela la luz en tres componentes diferentes:

- Luz Ambiental: Aquella que proviene de un lugar indeterminado y que rebota en los objetos en todas direcciones. Es aquella luz que no tiene un punto de inicio. Es lo más parecido a la luz del Sol o a la iluminación en una sala grande. Es lo que nos permite ver los objetos con claridad.

-Luz difusa: Es aquella que proviene de un foco cuyo inicio podemos determinar. Es la típica que nos va a generar zonas iluminadas y de sombras en un objeto. Se la conoce también como iluminación suave.

-Luz especular: Conceptualmente es muy parecida a la luz difusa, solo que es aquella que nos genera "brillos" en el objeto. Se la conoce como iluminación fuerte.

A modo de ejemplo, una bombilla generará luz ambiente y difusa (casi nada de especular) mientras que un láser generará  solamente luz especular.

Como ya sabemos como trata la luz OpenGL tendremos que definir como queremos que nos interpole el color en nuestro modelo. Hay dos modos:    GL_FLAT y GL_SMOOTH y se activan mediante glShadeModel (ejemplo:  glShadeModel(GL_SMOOTH);  ). La opción FLAT calcula el color medio del poligono y lo pone todo con el mismo color plano, la opción SMOOTH realiza una suavizado del color de todos los vertices. La que queda mejor es la SMOOTH ya que queda mucho más suave y realista. La opción FLAT no tiene mucho sentido ya que la mayoria de tarjetas gráficas actuales son lo suficientemente potentes para realizar los cálculos que exige la opción SMOOTH. En todo caso, probad ambas opciones y decidid vosotros mismos.

Materiales
Para los materiales hay dos funciones básicas para setear sus características "lumínicas":
glMaterialfv (GLenum face, GLenum name, GLfloat vector_param);
glMaterialf (GLenum face, GLenum name, GLfloat param);

- face hace referencia a que cara se han de aplicar los cambios (frontal o trasera, generalmente será la frontal = GL_FRONT)
 - name hace referencia a que propiedad vamos a modificar
- param (o vector_param) hace referencia al valor  (o vector de valores) que utilizaremos para cambiar las características de nuestro material

Las características que se pueden cambiar de los materiales són:
GL_AMBIENT: Respuesta del material a la luz ambiental
GL_DIFFUSE: Respuesta del material a la luz difusa.
GL_SPECULAR: Respuesta del material a la luz especular.
GL_EMISSION: Cantidad de luz que "emite" el objeto. Cuidado que realmente no emite luz y no ilumina al resto de objetos de la escena. solo es una especie de brillo que habrá en su superficie,
GL_SHININESS: Brillo del material
GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE: Este parametro sirve para setear de manera rápida la respuesta ambiental y difusa del material (suponiendo que sea la misma).
GL_COLOR_INDEXES: Por ahora no nos preocuparemos de este parámetro. En posteriores capitulos trabajaremos con el.

Aquí teneís un código de ejemplo de como se pueden usar estos parámetros:
GLfloat mat_ambient[] = {0.1, 0.1, 0.1, 1.0f}; 
GLfloat mat_diffuse[] = {0.0, 0.0, 0.8, 1.0f};
GLfloat mat_specular[] = {0.9, 0.9, 0.9, 1.0f};


glMaterialfv (GL_FRONT, GL_AMBIENT, mat_ambient);
glMaterialfv (GL_FRONT, GL_DIFFUSE, mat_diffuse);
glMaterialfv (GL_FRONT, GL_SPECULAR, mat_specular);
glMaterialf (GL_FRONT, GL_SHININESS, 100.0f);




Luces
Para las luces hay un poco más de teoria que no un par de funciones como en el caso de los materiales.

OpenGL es capaz de manejar 8 luces a la vez (nombradas como GL_LIGHT0,GL_LIGHT1...GL_LIGHT7) . La manera de activarlas es mediante glEnable.

Así pues si quisieramos activar dos luces en la escena se debería hacer algo de este estilo:

glEnable(GL_LIGHTING); //Para activar la iluminación
glEnable(GL_LIGHT0);
glEnable(GL_LIGHT1);

Todos los parámetros de las luces se pueden modificar mediante la función glLightfv( GL_LIGHTn, modo, valores) 
GL_LIGHTn : Identificador de luz
modo: El parámetro que estamos modificando
valores: Los valores de los parámetros que estamos seteando.

Los parámetros que se pueden modificar con esta función son:
GL_AMBIENT: Contribución de esta luz a la luz ambiental total.
GL_DIFFUSE: Luz que rebotará en los objetos proviniente de este foco.
GL_SPECULAR: Luz que rebotará solo en las partes más cercanas del objeto al foco.
GL_POSITION: Posición de la luz. Acepta como parámetros x,y,z,w. Si w es 0 es una luz direccional. 
GL_SPOT_DIRECTION: Dirección en la que ilumina el foco.
GL_SPOT_CUTOFF: Apertura del foco.
GL_SPOT_EXPONENT: Concentración de la luz. Cuanto más alto sea el valor más concetrada estará la luz en el centro del foco.

Factor de atenuación de la luz:  Con la misma función se puede seleccionar como queremos que vaya decreciendo la luz:
GL_CONSTANT_ATTENUATION, GL_LINEAR_ATTENUATION, GL_QUADRATIC_ATTENUATION. 

Dependiendo de vuestras necesidades os va a ir mejor una u otra , así que os recomiendo que vayaís probandolas todas.

Aparte de todo esto, si queremos, podemos modificar la luz ambiental directamente sin tener que tocar ninguna luz de la siguiente manera:
glLightModelfv( GL_LIGHT_MODEL_AMBIENT, color)

Existen más funciones y parámetros, pero ya elevan demasiado el nivel de complejidad. Por ahora, con ir trasteando con lo que tenemos ya tenemos mucho. En breve os colgaré código de una escena sencilla para que veais todo esto como funciona.

Mis disculpas por el tocho-post, pero era un capítulo ineludible que más tarde o más temprano se tenía que abordar. A partir de ahora el resto será bastante más liviano (espero :) )

Espero que os haya gustado.

Nos vemos.
LordPakusBlog

jueves, 2 de mayo de 2013

OpenGL desde 0. Capitulo 3: Transformaciones del espacio

Capítulo perteneciente al tutorial de opengl desde cero

Hola a todos,

Si estáis siguiendo este tutorial ya sabéis (más o menos) como se representan objetos 3D, pero...como los movemos , rotamos o escalamos??

OpenGL provee de transformaciones del espacio que nos permiten modificar nuestros modelos 3D en función de nuestras necesidades.

Las 3 funciones principales que nos permiten realizar estas operaciones son:

glTranslatef(x,y,z): Esta función hace que todo lo que pintemos a partir de la llamada de esta función lo haga desplazado hacía las coordenadas x,y,z

glScalef(x,y,z): Esta función escala (modifica el tamaño) de todo lo que se pinte a partir de la llamada a esta función.

glRotatef(angle, x, y ,z): Esta función se encarga de rotar toda la escena alrededor del vector x,y,z en el angulo que le digamos.

Junto con estas tres funciones considero necesario también hablar de dos funciones más que nos serán muy útiles:

glPushMatrix(): Esta función apila (guarda) la matriz de transformación tal y como la tenemos.

glPopMatrix(): Esta función nos pone como matriz de transformación actual la última que hayamos guardado mediante glPushMatrix() (y la quita de la pila)

Estas dos funciones son extremadamente útiles para realizar transformaciones de solo un objeto , dejando el resto de objetos como estaban. Por ejemplo:

glPushMatrix();

glTranslatef(1.0f,1.0f, -5.0f);

glBegin(GL_POINTS);
glVertex3f(1.0f, 2.0f, 3.0f);
glEnd();

glPopMatrix();

Al finalizar este trozo de código la operación glTranslatef solo habrá resultado efectiva para el pintado del punto, pero no para el resto de objetos que podamos pintar en pantalla.


Un tema importante que tenéis que recordar es que las operaciones de transformación del espacio en el fondo aplican matrices de transformación a la matriz actual de trabajo y que por lo tanto, el ORDEN DE LOS FACTORES ALTERA EL PRODUCTO. Es decir, no es lo mismo rotar y mover que mover y rotar. Mi consejo es que vayáis probando y veáis como funciona, no hay mejor manera de aprender que ir experimentando.

Otro tema importante (ya para finalizar), es que si os fijáis  todo lo que se ha explicado en este capítulo nos puede servir para montar nuestra primera cámara. Con esto quiero decir que si bien no he explicado nada de cámaras supongo que ya intuis que una cámara es un "ente" que permite posicionarnos en la escena para verla desde un punto de vista u otro. Lo gracioso de las transformaciones del espacio es que tanto podemos mover la cámara, como podemos mover todo el mundo 3D que afectos prácticos para nosotros va a ser lo mismo (el renderizado haciéndolo de una manera u otro no va a variar)

Ya sin más os dejo tranquilos.

Espero que os haya gustado y hayáis aprendido

Nos vemos



LordPakusBlog
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