Java 3D Carina Fleck Licht und Material

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

Einordnung in Objekthierarchie

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

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

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

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

Reflektionstypen Ambiente Reflektion Diffuse Reflektion Glanzpunkt

Shading Modell Flat Shading Gouraud Shading

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

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. }

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; }

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

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

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

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

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

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)

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

Punktlicht PointLight() //Position (0,0,0), Attenuation (1,0,0) 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)

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

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)

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

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

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

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)

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

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

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

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