Texture Mapping 321190 2014 년 봄학기 5/23/2014 박경신. OpenGL Texturing  OpenGL 에서 텍스쳐 맵핑 (texture mapping) 을 위한 3 단계 텍스쳐 활성화 glEnable(GL_TEXTURE_2D) 텍스쳐 맵핑방법.

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1 Texture Mapping 321190 2014 년 봄학기 5/23/2014 박경신

2 OpenGL Texturing  OpenGL 에서 텍스쳐 맵핑 (texture mapping) 을 위한 3 단계 텍스쳐 활성화 glEnable(GL_TEXTURE_2D) 텍스쳐 맵핑방법 ( 랩핑, 필터 등 ) 정의 glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT) glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_REPEAT) glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR) glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR) glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, width, height, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, imageData) 텍스쳐 좌표 (texture coordinates) 지정 glTexCoord2f(0, 0); glVertex3f(-1.0, -1.0, 0.0); glTexCoord2f(1, 0); glVertex3f(1.0, -1.0, 0.0);

3 OpenGL Texture Names  텍스쳐의 이름 (name) 지정하기 (textureID) GLuint textureID; glGenTextures(1, &textureID); glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, textureID); glTexImage2D(…); glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, 0); … glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, textureID);

4 glTexImage2D  glTexImage2D(GLenum target, GLint level, GLint internalFormat, GLsizei width, GLsizei height, GLint border, GLenum format, GLenum type, const GLvoid *pixels); target: GL_TEXTURE_2D level: 텍스쳐 맵의 다양한 해상도를 지원하기 위해 설정.  1 개의 해상도를 지정하려면 1 로 설정.  밉맵 (mipmapping) 에 사용  각 텍스쳐를 위한 다수의 크기를 가지고 있는 이미지를 사용하지 않는다면 0 으로 지정 internalFormat: 일반적으로 format 과 같음. RGB 라면 3, RGBA 라면 4 로 설정 width, height: 텍스쳐 이미지의 너비와 높이는 2 의 자승으로 되어야 함 ( 즉, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, etc) border: 텍스쳐의 경계선 너비를 지정. 보통 0 이고 이미지 데이터가 border 를 가지고 있으면 1 로 지정. type: 텍스쳐 이미지 데이터의 형식을 설정.

5 glTexImage1D  glTexImage1D(GLenum target, GLint level, GLint internalFormat, GLsizei width, GLint border, GLenum format, GLenum type, const GLvoid *pixels);  glTexImage2D() 함수는 2 차원 텍스처 이미지를 정의하고 glTexImage1D() 함수는 1 차원 텍스처 이미지를 정의한다. glTexImage1D() 함수와 glTexImage2D() 함수의 사용방법과 인자의 의미는 거의 동일하며 glTexImage2D() 함수에만 이미지 텍스처의 height( 높이 ) 인자가 추가된다.

6 glTexSubImage2D  텍스쳐 크기가 2 의 승수 (e.g., 64x64, 128x256,..) 가 아닌 경우 텍스쳐 이미지의 일부분만 읽어 들일 때 사용함  glTexSubImage2D(GLenum target, GLint level, GLint xoffset, GLint yoffset, GLsizei width, GLsizei height, GLenum format, GLenum type, const GLvoid *pixels);

7 OpenGL Texture Coordinates  텍스쳐 맵핑이 사용되려면 객체에 텍스쳐 좌표를 정의해야 한다.  GLUT teapot 은 텍스쳐 좌표를 포함하고 있다.  GLU quadrics 도 텍스쳐 좌표를 옵션으로 정의할 수 있다. gluQuadricTexture(quadric, GL_TRUE) 를 사용하여 텍스쳐맵핑 활성화

8 OpenGL Texture Coordinates  OpenGL 에서 텍스쳐 좌표는 텍스쳐 이미지의 각 방향 (S, T) 의 0 부터 1 의 영역으로 형성됨.  OpenGL 에서 각 정점별로 텍스쳐 좌표를 지정해야 함.  정점의 텍스쳐 좌표가 객체의 표면에 보간되어 나타남. (0,0) (1,0) (1,1) (0,1) s t Texture space (0.0,0.0,0.0) Object space (3.0,-2.0,0.0) (2.5,5.0,0.0)

9 OpenGL Texture Coordinates  텍스쳐는 다각형에 고르게 입힐 필요는 없음.  기하하적 모델이나 텍스쳐 좌표 사용에 따라서, 이미지가 때론 왜곡되게 나타날 수도 있음. Texture Coordinates (0,0) (1,0) (1,1) (0,1) Vertex Positions (-1.0, -1.0, 0.0) (1.0, -1.0, 0.0) (rMousePosX, rMousePosY, 0.0) (lMousePosX, lMousePosY, 0.0)

10 OpenGL Texture Filtering RepeatClamp  OpenGL 에서 텍스쳐 좌표가 [0, 1] 영역을 벗어날 경우에 texture wrapping 방법으로 정의함 : GL_CLAMP, GL_CLAMP_TO_EDGE, GL_REPEAT, GL_MIRRORED_REPEAT  사각형에 4 개의 텍스쳐좌표를 (0,0), (0,3.5), (3.5,0), (3.5,3.5) 로 정의한 예 Repeat &Clamp

11 OpenGL Texture Filtering  Mipmap 은 이전 mipmap 너비와 폭의 절반 크기임. 텍스쳐가 작아질 수록, 보다 많은 텍셀이 한 픽셀에 적용되야하므로 GL_NEAREST 나 GL_LINEAR 필터가 정확한 계산결과를 만들지 않을 수 있음. 따라서 객체가 움직일 때 텍스쳐가 flickering 하게 나타날 수 있음. 밉맵은 이런 flickering 문제를 줄여줄 수 있음. 그러나 일반적으로 희미하게 보임. GL_LINEAR GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR

12 OpenGL Texture Filtering  텍스쳐 맵핑을 위한 필터링 방법 최근점 필터 (nearest neighbor filter)  GL_NEAREST 이선형 필터 (bilinear interpolation filter)  GL_LINEAR 삼선형 필터 (trilinear interpolation filter) – mipmap filter  GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR 혼합 필터 (hybrid filter)  GL_NEAREST_MIPMAP_LINEAR  GL_LINEAR_MIPMAP_NEAREST  GL_NEAREST_MIPMAP_NEAREST

13 OpenGL Texture Filtering  glTexParameter{if}v(GLenum target, GLenum pname, TYPE *param); GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_TEXTURE_WRAP_T  GL_CLAMP, GL_CLAMP_TO_EDGE, GL_REPEAT, GL_MIRRORED_REPEAT GL_TEXTURE_MAG_FILTER  GL_NEAREST, GL_LINEAR GL_TEXTURE_MIN_FILTER  GL_NEAREST, GL_LINEAR (Mipmap 을 사용하지 않는 경우 )  GL_NEAREST_MIPMAP_NEAREST, GL_NEAREST_MIPMAP_LINEAR, GL_LINEAR_MIPMAP_NEAREST, GL_NEAREST_MIPMAP_NEAREST GL_TEXTURE_BORDER_COLOR  [0.0, 1.0] 영역의 값 GL_TEXTURE_PRIORITY  0 또는 1

14  glTexEnv{fi}[v](..) 를 사용하여 텍스쳐의 색 (C t, A t ) 과 현재 처리하는 프레임버퍼의 픽셀색 (C f, A f ) 을 어떻게 혼합할 지 설정함 GL_TEXTURE_ENV_MODE 의 모드 :  GL_MODULATE: 텍스쳐의 색 성분과 음영에서 주어지는 색성분을 곱함으로써 텍스쳐 맵핑없이 할당될 음영을 변조가능  GL_DECAL: 텍스쳐의 색이 객체의 색을 완전히 결정  GL_BLEND: 환경색과 합성함  GL_REPLACE: 텍스쳐 색만 사용함  GL_BLEND 의 합성색은 GL_TEXTURE_ENV_COLOR 으로 지정함 GLfloat blendcolor[] = {0.0, 1.0, 0.0, 0.5}; glTexEnvfv(GL_TEXTURE_ENV, GL_TEXTURE_ENV_COLOR, blendcolor); Texture Environment Parameters

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16 OpenGL Texture Movies  텍스쳐 이미지 sequence 를 이용하여 flipbook 애니메이션 제작 initTexture() 함수에서 전체 텍스쳐 이미지를 읽어 들임 idle() 함수에서 currentTextureID 를 update 함 drawTexture() 함수에서는 동일한 정점좌표와 텍스쳐 좌표에 glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, currentTextureID); 를 사용하여 프레임당 한 텍스쳐를 binding 함 – 애니메이션 효과를 줌 image1 image2 image3 image4 image5 image6

17 OpenGL Compressed Textures  glCompressedTexImage2DARB 를 사용하여 압축한 텍스쳐를 생성할 수 있음. 너비와 높이의 RGB 값을 가진 일반 텍스쳐보다 압축한 텍스쳐는 메모리 사용량을 줄이고 빨리 그릴 수 있음 glCompressedTexImage2DARB(GL_TEXTURE_2D, 0, format, width, height, 0, size, imageBuffer);

18 OpenGL Texture Coordinate Generation  OpenGL 에서는 텍스쳐 좌표를 자동적으로 생성할 수 있음 S, T 방향으로 텍스쳐 좌표 자동생성을 활성화해야 함  glEnable(GL_TEXTURE_GEN_S), glEnable(GL_TEXTURE_GEN_T) GL_TEXTURE_GEN_MODE 모드 :  GL_OBJECT_LINEAR, GL_EYE_LINEAR, GL_SPHERE_MAP 평면 (plane) 을 지정해야 함 - 평면으로부터의 거리에 바탕을 둔 텍스쳐 좌표를 생성  glTexGenfv(GL_S, GL_OBJECT_PLANE, planeCoefficients) planeCoefficients = { 1, 0, 0, 0 }; glTexGeni(GL_S, GL_TEXTURE_GEN_MODE, GL_OBJECT_LINEAR) ; glTexGenfv(GL_S, GL_OBJECT_PLANE, planeCoefficients); glEnable(GL_TEXTURE_GEN_S) ; glBegin(GL_QUADS) ; glVertex3f(-3.25, -1, 0); glVertex3f(-1.25, -1, 0) ; glVertex3f(-1.25, 1, 0); glVertex3f(-3.25, 1, 0) ; glEnd() ;

19 OpenGL Sphere Mapping  OpenGL 에서는 구형 맵핑 (sphere mapping) 지원 구형 맵핑 텍스쳐 좌표는 view 벡터가 구 표면의 법선 벡터에 반사된 reflection 벡터로 계산됨. 반사벡터를 2 차원 텍스쳐 좌표로 맵핑하는 것이 간단하고 하드웨어, 소프트웨어로도 구현이 가능. 그러나 원형 이미지를 구하는 것이 어려움 (360 도의 주변환경을 담은 이미지여야 함 ). 아주 넓은 광학 렌즈에 의한 원근 투영을 구하거나, 입방체 투영을 이용하여 근사한 값을 얻음. glTexGeni(GL_S, GL_TEXTURE_GEN_MODE, GL_SPHERE_MAP) ; glTexGeni(GL_T, GL_TEXTURE_GEN_MODE, GL_SPHERE_MAP) ; glEnable(GL_TEXTURE_GEN_S) ; glEnable(GL_TEXTURE_GEN_T) ;

20 OpenGL Box Mapping  OpenGL 에서는 입방체 맵핑 (box mapping) 지원 입방체맵은 반사 맵핑 (reflection mapping) 의 하나임 그러나 입방체맵은 3 차원 텍스쳐 좌표를 사용해야 함 반사 텍스쳐는 환경을 둘러 싸고 있는 입방체의 6 면 2 차원 텍스쳐 glTexGeni(GL_S, GL_TEXTURE_GEN_MODE, GL_REFLECTION_MAP) ; glTexGeni(GL_T, GL_TEXTURE_GEN_MODE, GL_REFLECTION_MAP) ; glTexGeni(GL_R, GL_TEXTURE_GEN_MODE, GL_REFLECTION_MAP) ; glEnable(GL_TEXTURE_GEN_S) ; glEnable(GL_TEXTURE_GEN_T) ; glEnable(GL_TEXTURE_GEN_R) ; glEnable(GL_TEXTURE_CUBE_MAP);

21 Multitexturing  멀티 텍스쳐 (Multitexturing) 하나 이상의 텍스쳐를 객체에 적용해서 렌더링 효과를 높이는 경우  OpenGL 1.2.1 revision (ARB_multitexture extension) += Incoming Fragment Color Resulting Color Texture 0 Color Texture 0 Environme nt Texture 1 Environme nt Texture 1 Color

22 Multitexturing  Single-Pass vs. Multi-Pass Multitexturing 싱글 패스 다중 텍스쳐링은 하나의 렌더링 패스 안에서 텍스쳐를 여러 개 입히는 것 다중 패스 다중 텍스쳐링은 블렌딩으로 장면이나 다각형 자체를 여러 번 렌더링하는 것  라이트 매핑 (Light Mapping) 물체면의 밝기를 계산하는 대신 텍스쳐와 조명 결과를 혼합하여 결과적으로 영상을 직접 물체 면에 입힘 (e.g. Quake 등 게임 ) + =

23 Single-Pass Multitexturing void SetMultitexturSquareData() { // 중간생략.. glGenBuffers(4, &vbo[0]); glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vbo[0]); glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, 4*sizeof(glm::vec3), &quadVertices[0], GL_STATIC_DRAW); glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, 0); glEnableVertexAttribArray(0); glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vbo[1]); glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, 4*sizeof(glm::vec3), &quadNormals[0], GL_STATIC_DRAW); glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, 0); glEnableVertexAttribArray(1); glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vbo[2]); glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, 4*sizeof(glm::vec2), &quadTextureCoords[0], GL_STATIC_DRAW); glVertexAttribPointer(2, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, 0); glEnableVertexAttribArray(2); glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vbo[3]); glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, 4*sizeof(glm::vec2), &quadTextureCoords[0], GL_STATIC_DRAW); glVertexAttribPointer(3, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, 0); glEnableVertexAttribArray(3); } (0,0) (1,1) (-1,-1) (1,1) u v x y

24 Single-Pass Multitexturing  Bind and enable two 2D multitextures to draw a quad // stage 0 activate glActiveTexture(GL_TEXTURE0); glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture0); // stage 1 activate glActiveTexture(GL_TEXTURE1); glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture1); drawSquare(); // texture disabled glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, 0);

25 (-1,-1,0) (1,1,0) x y z (0,0,0) (-1,1,0) (1,-1,0)

26 Billboarding  빌보드 기법 사각형의 정면이 항상 카메라의 정면을 향하여 바라보도록 만드는 것으로, 결과적으로 카메라가 어느 방향에서 바라보아도 사각형은 항상 같은 면을 보여주게 됨 사용 예로써, 넓은 지면 위에 나무를 나타내고자 할 때 나무를 메쉬 모델링으로 표현하지 않고 나무 이미지를 빌보드로 구현함 알파 텍스처 기법과 애니메이션이 결합된 빌보드 기법은 고체 표면을 갖지 않는 여러 현상을 표현하는데 사용 : 연기, 불, 안개, 폭발등 Billboarding 적용 후

27  빌보드 원리 구현의 핵심은, 항상 시점을 바라보도록 Modelview 행렬을 이용하여 빌보드 사각형을 이루는 vertex 를 조정해야 함 Modelview 행렬에는 관찰자의 시점에 대한 수직벡터 (up vector) 와 우측벡터 (right vector) 정보가 있음 Glfloat M[16]; glGetFloatv(GL_MODELVIEW_MATRIX, M); Billboarding m0m0 m1m1 m2m2 m3m3 m4m4 m5m5 m6m6 m7m7 m8m8 m9m9 m 10 m 11 m 12 m 13 m 14 m 15 Up-vector Right-vector Up-vector Look-vector

28  Axial Symmetry 빌보드 사각형이 vertical axis 를 중심으로 회전 (rotate) 해야 함 Modelview matrix M 에서부터 카메라의 yaw angle 을 계산함 theta = 180.0f * atan2f(M[8], M[10]) /M_PI; 빌보드 사각형의 Rotation matrix R 은 arbirary axis ( 일반적으로 up vector=(0, 1, 0)) 과 angle ( 카메라 yaw angle 의 반대 ) 로 계산함 Billboarding Look.xLook.z

29 Point Sprites  Point Sprites 이란 하드웨어 기반의 빌보드 기법으로, 사용 예로써 파티클 시스템 (Particle System) 에서 다수의 입자 (Particle) 을 텍스쳐 사각형 메쉬 (Quad) 대신 점 (Point) 를 사용하여 지정함  OpenGL extension (GL_ARB_point_parameters & GL_ARB_point_sprite)

30 Point Sprites  확장 지원 헤더 포함 #include PFNGLPOINTPARAMETERFARBPROC glPointParameterfARB = NULL; PFNGLPOINTPARAMETERFVARBPROC glPointParameterfvARB = NULL;

31 Point Sprites  확장 지원 여부 확인 및 함수 포인터 설정 char *ext = (char*) glGetString(GL_EXTENSIONS); if(strstr(ext, "GL_ARB_point_parameters") == NULL) { printf("GL_ARB_point_parameters extension was not found\n"); return; } else { glPointParameterfARB = (PFNGLPOINTPARAMETERFARBPROC) wglGetProcAddress("glPointParameterfARB"); glPointParameterfvARB = (PFNGLMULTITEXCOORD2FARBPROC) wglGetProcAddress(" glPointParameterfvARB "); if(! glPointParameterfARB || ! glPointParameterfvARB ) { printf("One or more GL_ARB_point_parameters were not found\n"); return; }

32 Point Sprites  glPointParameterf[v]ARB (GLenum pname, GLfloat param); GL_POINT_SIZE_MIN_ARB (default: 0.0) GL_POINT_SIZE_MAX_ARB GL_POINT_FADE_THRESHOLD_SIZE_ARB (default: 1.0) GL_POINT_DISTANCE_ATTENUATION_ARB (default: 0, 0, 0)  Point sprite 으로 texture coordinate 을 지정하고 enable 함 glTexEnvf(GL_POINT_SPRITE_ARB, GL_COORD_REPLACE_ARB, GL_TRUE); glEnable(GL_POINT_SPRITE_ARB);

33 Point Sprites  Point 를 렌더링 // enable point sprites... glEnable(GL_POINT_SPRITE_ARB); glBegin(GL_POINTS); for (int i = 0; i < MAX_PARTICLES; ++i) { glColor4f(g_particles[i].col[0], g_particles[i].col[1], g_particles[i].col[2], 1.0f); glVertex3fv(g_particles[i].pos); } glEnd(); // disable point sprites glDisable( GL_POINT_SPRITE_ARB );

34 Reference  OpenGL Billboarding Tutorial http://www.lighthouse3d.com/opengl/billboarding  SIGGRAPH’97 Advanced OpenGL Programs http://www.opengl.org/resources/code/samples/advanced/advanced 97/programs/programs.html  OpenGL Point Sprites http://www.informit.com/articles/article.aspx?p=770639&seqNum=7  Particle Systems http://www.gamedev.net/