Luces y Texturas

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Luces y Texturas

• Francisco Javier Tirado Sarti
• fjtirado_at_lucent.com

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Componentes de la luz

• En Direct3D cada luz consta de tres componentes,
  todos ellos expresados como un D3DColorValue o
  D3DXColor
• Ambiente, luz independiente de la posición que
  ilumina todos los objetos de la escena por igual
• Difusa, luz que viaja en una dirección particular
  y que sale reflejada en todas direcciones. Para
  saber la cantidad que llega a un objeto, hay que
  tener en cuenta la orientación del mismo respecto
  a la fuente de luz y el material activo
• Specular, luz que viaja en una dirección
  particular y que sale reflejada en una sola
  dirección. Por ello, para su calculo, además de
  la orientación y del material, hay que tener en
  cuenta la posición de la cámara. La luz especular
  es costosa computacionalmente y tiene que
  habilitarse explícitamente usando
  IDirect3DDevice9SetRenderState(
  D3DRS_SPECULARENABLE, TRUE )

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Luz

• En Direct3D una fuente de luz se representa
  mediante la estructura D3DLight9
• Hay tres tipos de fuente de luz
• D3DLIGHT_POINT. Un punto que emite luz en todas
  las direcciones. Tiene posición, pero no
  dirección
• D3DLIGHT_SPOT Similar a la luz emitida por una
  linterna, se define mediante dos ángulos, que
  definen sendos conos, interno (Theta), externo
  (Sigma)
• D3DLIGHT_DIRECTIONAL Un haz de rayos paralelos en
  una dirección determinada, carente de posición.
• Una luz se añade a la escena asociándola a un
  entero positivo mediante el método
  IDirect3DDevice9SetLight (DWORD id, D3DLight9
  light)
• Una vez añadida la luz se puede
  activar/desactivar usando IDirect3DDevice9LightE
  nable(DWORD id,BOOL on)
• El modelo de luz Direct3D puede deshabilitarse
  por completo usando IDirect3DDevice9SetRenderSta
  te(D3DRS_LIGHTING,FALSE)

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Tipos de Luz
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Material

• La cantidad de luz que refleja un objeto
  determinado viene dado por el material activo
• Un material esta representado por la estructura
  D3DMaterial9, y en el se especifica la cantidad
  que se refleja para cada tipo de luz (ambiente,
  especular, difusa)
• Por ejemplo si nuestras fuentes de luz emiten
  solo color rojo y el material activo solo refleja
  el azul, el objeto se vera negro
• El campo emissive simula luz propia del objeto y
  se utiliza para dotar a determinados objetos de
  mayor brillo
• El campo power se utiliza para potenciar el
  efecto causado por la luz especular.
• El material activo en la escena (el material no
  se asocia a un objeto, sino al device, de forma
  que todos los objetos a partir del momento en que
  se fija un material se dibujan como si estuvieran
  asociados a éste) se establece con
  IDirect3DDevice9SetMaterial(D3DMaterial9)

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Normales

• Direct3D utiliza la componente normal del vértice
  en su ecuación para el calculo del color final
  del vértice a partir de las luces en escena.
• Dicha componente puede rellenarse a mano porque
  se conoce de antemano o puede calcularse a partir
  de la posición de los vértices. El método mas
  simple es igualar la normal de los vértices del
  triangulo a la normal de la cara que forman. O lo
  que es lo mismo, si p0, p1 y p2 son los vértices
  del triangulo y n0, n1 y n2 las normales que
  queremos calcular, entonces siendo u p1-p0, v
  p2-p1, la normal de los tres vertices es el
  vector resultado de efectuar el producto
  vectorial de u y v, usando la funcion
  D3DXVec3Cross(D3DXVECTOR result, D3DXVECTOR u,
  D3DXVECTORv). El resultado hay que normalizarlo
  usando D3DXVec3Normalize (D3DXVECTOR3
  out,D3DXVECTOR3in)
• Para superficies curvas simuladas con triangulos
  la normal del vértice es la media de las normales
  de las 3 caras del triangulo
• Como parte del paso de coordenadas en el mundo a
  coordenadas de camara los vectores normales
  pueden dejar de estar normalizados, podemos
  decirle a Direct3D que los vuelva a normalizar
  mediante la llamada SetRenderState(D3DRS_NORMALIZE
  NORMALS,TRUE)

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Ecuación luz difusa

• Simplemente como curiosidad, la ecuación que se
  utiliza para calcular la componente difusa del
  vértice es sumML(N.DIR)Atenuación donde
• M es el color difuso del material activo
• L es el color difuso de la fuente de luz
• N.DIR es el producto escalar de la normal del
  vértice por la dirección de la luz (para una luz
  posicional el vector dirección es el producto
  vectorial normalizado de la posición del vértice
  por la de la luz)
• Atenuación es 1 para luces direccionales. Para
  posicionales sigue la ecuación 1/(Attenuation0Att
  enuation1dAttenuation2dd) donde d es la
  distancia de la luz al vértice. Si la distancia
  es mayor que Range entonces Atenuación es 0.

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Ejercicio

• En el tutorial 4 del SDK
• Cambiar la luz direccional blanca del ejemplo
  por una luz roja sita en la posición de la
  cámara.
• Probar a apagar la luz
• Cambiar el color del material con el que se
  dibuja el cilindro

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Textura

• Una textura es un mapa de bits que se aplica
  sobre un objeto 3d transformado.
• Cada bit de la textura se conoce como texel. Un
  texel viene dado por dos coordenadas (u, que es
  el equivalente al eje X y v, que lo es al eje Y,
  con la peculiaridad de que se incrementa al ir
  hacia abajo)
• Para hacer corresponder cada vértice del
  triangulo con un texel en la textura, añadimos la
  constante D3DFVF_TEX1 a nuestro FVF, así como dos
  nuevos campos u y v a nuestra estructura vértice.
• Por defecto, el color final del píxel es una
  mezcla del color resultado de aplicar la
  interpolación (Gouraud) del color de los vértices
  y del color del texel

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Cargar texturas

• Las texturas son mapas de bits que se almacenan
  en ficheros tipo BMP, JPG, TGA
• En Direct3D una textura se representa mediante el
  interface IDirect3DTexture9
• Para cargar una textura usaremos la función
  D3DXCreateTextureFromFile( LPDIRECT3DDEVICE9
  pDevice, LPCTSTR pSrcFile, LPDIRECT3DTEXTURE9
  ppTexture )
• pDevice es el puntero a IDirect3DDevice9
• pSrcFile es el nombre del fichero que contiene la
  textura
• ppTexture nos devuelve la referencia a una
  instancia de IDirect3DTexture9
• Una vez cargada la textura se puede aplicar
  mediante el metodo IDirect3DDevice9SetTexture(DW
  ORD Sampler, IDirect3DBaseTexture9 pTexture)
• Sampler es un numero positivo que identifica la
  textura. El numero máximo esta limitado por las
  capacidades del dispositivo
• pTexture es la referencia a la textura
• Una vez activa, esa textura se aplicara a todos
  los objetos que se dibujen a continuación. Para
  desactivarla hay que usar método SetTexture
  especificando como segundo parámetro NULL

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Filtros

• Normalmente el tamaño del triangulo en la textura
  no es igual al tamaño del triangulo en la
  pantalla. Cuando es menor, se agranda (magnify).
  Cuando es mayor, se reduce (minify). Esto produce
  cierta distorsion que se corrige mediante la
  aplicación de filtros
• Los filtros se establece mediante el metodo
  IDirect3DDevice9SetSamplerState( DWORD Sampler,
  D3DSAMPLERSTATETYPE tipo, DWORD valor) donde
  sampler es el identificador de la textura y tipo
  es D3DSAMP_MINFILTER (a aplicar cuando se reduce)
  o D3DSAMP_MAGFILTER (a aplicar cuando se agranda)
• El valor puede ser
• Bilinear (D3DTEXF_LINEAR). Da buenos resultado
  con poco coste computacional.
• Anisotropico(D3DTEXF_ANISOTROPIC). Resultados
  óptimos pero consumiendo mas hardware.
  D3DTEXF_ANISOTROPIC. Además, hay que hacer una
  llamada extra a SetSamplerState pasando como tipo
  D3DSAMP_MAXANISOTROPY y como valor el nivel de
  filtrado deseado.

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Mipmaps

• Para evitar que el efecto de distorsión sea muy
  acusado, Direct3D genera automáticamente
  versiones con diferente resolución de la misma
  textura, a los que se conoce como Mipmap chain.
• El tipo de Mipmapping deseado se controla
  llamando al metodo SetSamplerState
  (Sampler,D3DSAMP_MIPFILTER,filter) donde filter
  puede ser
• D3DTEXF_NONE. Deshabilita el mipmapping
• D3DTEXF_POINT. Se escoge el mipmap mas cercano en
  tamaño al triangulo
• D3DTEXF_LINEAR. Se cogen los dos mipmap mas
  cercanos, se aplican los filtro especificados a
  cada uno y se interpola entre ambos

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Address Mode

• Aunque en teoría u y v estan restringidas al
  rango 0,1, puede suceder que su valor sea
  mayor. En esos casos entra el juego el
  addressMode que se fija usando SetSampleState
  (Sampler,D3DSAMP_ADDRESSU,valor) y SetSampleState
  (Sampler,D3DSAMP_ADDRESSV,valor) donde valor
  pueder ser
• Wrap mode. (D3DTADDRESS_WRAP)
• Border color mode (D3DTADDRESS_BORDER)
• Clamp mode (D3DTADDRESS_CLAMP)
• Mirror mode (D3DTADDRESS_MIRROR)

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Ejercicio

• Aplicar una textura sobre el triangulo del
  tutorial 3 del SDK
• Leer el código del Tutorial 5 y tratar de
  entenderlo buscando en la ayuda los posibles usos
  del método setTextureStageState (no explicados en
  esta presentación puesto que en realidad los
  definidos en el tutorial son los establecidos por
  defecto)
• Conseguir que el cilindro aparezca verde sin
  cambiar de textura.