Licht und Material

1. Java 3D Carina Fleck Licht und Material

2. Gliederung • Lighting Modell • Shading Modell • Licht • Material • Farbmodell von Java 3D • Einflussbereich von Licht. • Schatten • Literaturverzeichnis

3. Einordnung in Objekthierarchie

4. Lighting Modell Versucht die Gegebenheiten der Natur nachzubilden. • Vektoren des Lighting Modell • Reflektionstypen

5. Vektoren des Lighting Modell Normalen-Vektor (N), Lichtrichtung (L) und Benutzerblickrichtung (E)

6. Vektoren des Lighting Modell • Vorteile von Gerichtetem Licht (Directional Light) Infinite Eye Local Eye <->

7. Vektoren des Lighting Modell • Oberflächen Normale (Surface Normals) • Primitive • Geometry-Objekt • GeometryInfo-Objekt • Back Face Normal • Problem bei variierenden Oberflächen

8. Reflektionstypen Ambiente Reflektion Diffuse Reflektion Glanzpunkt

9. Shading Modell • Flat Shading • Gouraud Shading

10. Licht Beleuchtung einer Szene: • 1. Licht auswählen • Einflußbereich der Lichtquelle festlegen (Bounds) • Zum Szenengraph hinzufügen • 2. visuelle Objekte • Normale berechnen (Voder-/Rückseite) • Materialeigenschaften zuweisen

11. Licht Beispiel eines einfachen Programms: 1. Appearance createAppearance() { 2. Appearance appear = new Appearance(); 3. 4. //Material-Objekt instanziieren 5. Material material = new Material(); 6. 7. //Material-Eigenschaften der Appearance-Klasse zuweisen 8. appear.setMaterial(material); 9. 10. return appear; 11. }

12. Licht 13. BranchGroup createScene (){ 14. BranchGroup scene = new BranchGroup(); 15. 16. //Normale wird bei Primitiven automatisch gesetzt 17. scene.addChild(new Sphere(0.5f, Sphere.GENERATE_NORMALS, 18. createAppearance())); 19. 20. //Ambiente Lichtquelle instanziieren 21. AmbientLight lightA = new AmbientLight(); 22. 23. //Einflußbereich des Lichts setzen 24. lightA.setInfluencingBounds(new BoundingSphere()); 25. 26. //Licht zur Szene hinzufügen 27. scene.addChild(lightA); 28. 29. return scene; }

13. Die Licht-Klassen • Abstrakte Oberklasse “Light“ • Ambientes Licht (AmbientLight) • Gerichtetes Licht (DirectionalLight) • Punktlichtquelle (PointLight) • SpotLight • Vergleich der Licht-Typen

14. Oberklasse Light Alle Lichtarten von abstrakten Oberklasse "Light“ abgeleitet. Grundsätzliche Eigenschaften von Lichtquellen sind: • Der Ein/Aus Status einer Lichtquelle: void setEnable(boolean state); //Default: TRUE • Die Farbe des Lichts: void setColor(Color3f color); //Default: (1,1,1) • Die Einflussregion des Lichts: void setInfluencingBounds(Bounds bounds) //Default: null

15. Ambientes Licht • Indirkte Beleuchtung der visuellen Objekte • Keine diffuse und specular Reflektion (Fehlen der Vektoren) • -> Geometrie wird nicht beachtet • Keine Richtung und keine Position

16. Ambientes Licht Konstruktoren: • AmbientLight() Konstruktor, der die Default-Wert für Color und den Enable-Status festlegt • AmbientLight(Color3f color) • AmbientLight(boolean lightOn, Color3f color)

17. Gerichtetes Licht • Weit entfernte Lichtquelle (Sonne) • konstanter Lichtrichtungsvektor(L) -> Lichtrichtung an allen Stellen der Objekte gleich. • Für diffuse und specular Reflektion genutzt-> Geometrie wird beachtet • Keinen Ursprung -> keine Abschwächung

18. Gerichtetes Licht Konstruktoren: • DirectionalLight() // Default:Direction (0, 0, -1) • DirectionalLight(Color3f color, Vector3f direction) • DirectionalLight(boolean lightOn, Color3f color, Vector3f direction) Metoden: • void setDirection(Vector3f direction) • void setDirection(float x, float y, float z)

19. Punktlicht • Strahlt in alle Richtungen (Kerze, Glühbirne) • Besitzt eine Position • -> Lichtrichtungsvektor (L) nicht konstant • Abschwächung : • diffuse und specular Reflektion -> Geometrie • Bewegung ändert Schattierung

20. Punktlicht Konstruktoren: • PointLight() //Position (0,0,0), Attenuation (1,0,0) • PointLight(Color3f color, Point3f position, Point3f attenuation) • PointLight(boolean lightOn, Color3f color, Point3f position, Point3f • attenuation) Methoden: • void setAttenuation(Point3f attenuation) • void setAttenuation(float constant, float linear, float quadratic) • void setPosition(Point3f position) • void setPosition(float x, float y, float z)

21. Spotlight • Unterklasse von Punktlicht • Strahlt in bestimmte Richtung (Linsen, etc.) • Besitzt Position -> Abschwächung • Öffnungswinkel, Konzentration, Richtung • Kann auch Teil von Objekt beleuchten • diffuse und specular Reflektion -> Geometrie • Bewegung ändert Schattierung

22. Spotlight • Konstruktoren: • SpotLight() //direction (0, 0, -1), concentration 0.0, spreadAngle PI (180 degrees) • SpotLight(Color3f color, Point3f position, Point3f attenuation, Vector3f • direction, float spreadAngle, float concentration) • SpotLight(boolean lightOn, Color3f color, Point3f position, Point3f • attenuation, Vector3f direction, float spreadAngle, float concentration) • Methoden: • Zusätzliche Methoden zu Punktlicht • void setConcentration(float concentration) • void setDirection(float x, float y, float z) • void setDirection(Vector3f direction) • void setSpreadAngle(float spreadAngle)

23. Vergleich der Lichttypen • Ambientes Licht: keine Geometrie, keine Abschwächung • Gerichtetes Licht: Geometrie, keine Abschwächung • Punktlicht: Geometrie, Abschwächung • SpotLight: Geometrie, Abschwächung, Öffnungswinkel ... Ambientes Licht < Gerichtetes Licht < Punktlicht < Spotlight

24. Licht • Max. 8 Lichtquellen pro Objekt (OpenGL) • So wenig Licht wie möglich • Meist reichen 2 Lichtquellen • Vorzugsweise ambient und directional Licht

25. Material • Materialeigenschaften nur, wenn Objekt beleuchtet ist. • Wird über eine Referenz in der Appearance-Klasse genutzt. Attribute: • Ambiente Color • Diffuse Color • Specular Color • Emmisive color (“Glow in the dark“-Effekt) • Shininess

26. Material Ambiente Farbe(Ambient Color): • void setAmbientColor(Color3f color) • void setAmbientColor(float r, float g, float b) Diffuse Farbe ( Diffuse Color) : • void setDiffuseColor(Color3f color) • void setDiffuseColor(float r, float g, float b) • void setDiffuseColor(float r, float g, float b, float a) //alpha Spekuläre Farbe( Specular Color): • void setSpecularColor(Color3f color) • void setSpecularColor(float r, float g, float b) Emittierte Farbe( Emissive Color): • void setEmissiveColor(Color3f color) • void setEmissiveColor(float r, float g, float b) Glanz-Faktor (Shininess) : • void setShininess(float shininess)

27. Farbmodell in Java 3D • Orientiert sich nicht an Realität • RGB -> additives Farbsystem Farben: • ColoringAttributs von Appearance-Klasse • Farben der Material-Klasse • Per-vertex color der Geometry-Klasse

28. Einflussbereich von Licht • Bounds-Objekt • Dem Licht-Objekt hinzugefügt • BoundingLeaf-Objekt: • dem Szenengraph hinzugefügt • Scoping • Einflussbereich des Lichts nur auf Teil des Szenengraphen

29. Schatten • Wird nicht durch Lighting-Modell unterstützt • Sehr komplex: Einfluss aller Objekte einer Szene zu beachten. • Realisierung: • Schatten-Polygone • colored shadow polygon • Shaded shadow polygon • Schatten-Texturen

30. Literaturverzeichnis • Java 3DTM API Tutorial • http://webster.fhs-hagenberg.ac.at/staff/haller/mmp5_20012002/08java3d_1.pdf • http://www.mathematik.uni-muenchen.de/~vrmlsem/old/1999wi/Vortraege/Farbmodelle/Farbmodelle.html • http://multimedia.informatik.uni-augsburg.de/lehre/ss02/MMVL/Folien/Bild&Graphik-4-IV.pdf • http://www.fh-wedel.de/~ko/Galerie/2000-WS-Seminar/Moeller/index.htm • http://escience.anu.edu.au/lecture/cg/Illumination/index.en.html • http://escience.anu.edu.au/lecture/cg/IlluminationJ3D/index.en.html