BGRABitmap tutorial 9/de
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Dieses Tutorial zeigt, wie Sie mit der Phong-Schattierung Texturen erzeugen können.
Erzeugen Sie ein neues Projekt
Erzeugen Sie ein neues Projekt und fügen Sie eine Referenz auf BGRABitmap hinzu, genau so wie im ersten Tutorial.
Phong-Schattierung und Beleuchtung
Um die Phong-Schattierung zu benutzen, müssen Sie eine TPhongShading-Klasse instantiieren. Diese befindet sich in der Unit 'BGRAGradients'.
Fügen wir eine Variable in der Formulardefinition hinzu:
TForm1 = class(TForm)
...
phong: TPhongShading;
Wenn das Formular erzeugt wird, erzeugen wir auch die Klasse:
procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject);
begin
phong := TPhongShading.Create;
phong.LightPositionZ := 150;
phong.SpecularIndex := 20;
phong.AmbientFactor := 0.4;
phong.LightSourceIntensity := 250;
phong.LightSourceDistanceTerm := 200;
end;
Der Specularindex zeigt an, wie konzentriert das reflektierte Licht ist.
Wenn das Formular zerstört wird:
procedure TForm1.FormDestroy(Sender: TObject);
begin
phong.Free;
end;
Wenn das Formular gezeichnet wird, fügen wir ein phong-schattiertes Objekt ein:
var
image: TBGRABitmap;
begin
image := TBGRABitmap.Create(ClientWidth,ClientHeight,ColorToBGRA(ColorToRGB(clBtnFace)));
phong.DrawSphere(image,rect(20,20,120,120),50,BGRA(255,0,0));
image.Draw(Canvas,0,0,True);
image.free;
end;
Die Parameter von DrawSphere sind das Zielbild, die Abmessungen des Objektes, die maximale Höhe und die Farbe. Der Durchmesser der Kugelist 100, also ist die maximale Höhe der Halbkugel 50.
Zuletzt wäre es nett, wenn die Lichtquelle den Mauszeigerbewegungen folgen würde:
procedure TForm1.FormMouseMove(Sender: TObject; Shift: TShiftState; X,
Y: Integer);
begin
phong.LightPosition := point(X,Y);
FormPaint(Sender);
end;
Starten Sie das Programm
Sie sollten mit dem Licht auf der Kugel spielen können:
Verwenden Sie die Phong-Schattierung, um Texturen zu erzeugen
Die folgende Prozedur erzeugt ein Stück Schokolade:
function CreateChocolateTexture(tx,ty: integer): TBGRABitmap;
var
square,map: TBGRABitmap;
phong: TPhongShading;
margin: integer;
begin
margin := tx div 20; //empty space around the square
square := CreateRectangleMap(tx-2*margin,ty-2*margin,tx div 8);
//erzeugt eine Bitmap mit einem Quadrat in der Mitte
map := TBGRABitmap.Create(tx,ty,BGRABlack);
map.PutImage(margin,margin,square,dmDrawWithTransparency);
//durch Verwischen erscheint es weicher
BGRAReplace(map,map.FilterBlurRadial(tx div 40,rbFast));
square.free;
//erzeugt die resultierende Bitmap
result := TBGRABitmap.Create(tx,ty);
//benutzt die Phong-Schattierung
phong := TPhongShading.Create;
phong.LightSourceDistanceFactor := 0;
phong.LightDestFactor := 0;
phong.LightSourceIntensity := 200;
phong.AmbientFactor := 0.5;
phong.LightPosition := Point(-50,-100);
phong.LightPositionZ := 80;
//zeichnet ein Stück Schokolade mit maximaler Höhe 20
phong.Draw(result,map,20,0,0,BGRA(86,41,38));
map.Free;
phong.Free;
end;
Der Phong-Shader benutzt eine Höhenkarte zum Darstellen der Lichteffekte. Hier enthält die Karte ein Quadrat.
Unter den Eigenschaften des Phong-Shaders gibt es 'LightSourceDistanceFactor' und 'LightDestFactor'. Setzt man diese Werte auf 0 wird das Ergebnis anreihbar. Genau genommen: Wenn der DistanceFactor 0 ist, bleibt die Distanz zwischen der Lichtquelle und dem Objekt unberücksichtigt. Und wenn der LightDestinationFactor 0 ist, dann bleibt die Position des Objektes beim Berechnen des Lichteinfallswinkels unberücksichtigt.
Wenn jetzt das Formular erzeugt wird, dann erzeugen wir auch die Schokoladentextur:
chocolate := CreateChocolateTexture(80,80);
Und wenn das Formular zerstört wird:
chocolate.Free;
Fügen Sie im OnPaint-Ereignis vor 'phong.DrawSphere' folgende Zeile ein:
image.FillRect(0,0,80*7,80*4,chocolate,dmSet);
Resultierender Code
unit UMain;
{$mode objfpc}{$H+}
interface
uses
Classes, SysUtils, FileUtil, LResources, Forms, Controls, Graphics, Dialogs,
ExtCtrls, Buttons, BGRABitmap, BGRABitmapTypes, BGRAGradients;
type
{ TForm1 }
TForm1 = class(TForm)
Timer1: TTimer;
procedure FormCreate(Sender: TObject);
procedure FormDestroy(Sender: TObject);
procedure FormMouseMove(Sender: TObject; Shift: TShiftState; X, Y: Integer);
procedure FormPaint(Sender: TObject);
private
{ private declarations }
public
{ public declarations }
phong: TPhongShading;
chocolate: TBGRABitmap;
end;
var
Form1: TForm1;
implementation
function CreateChocolateTexture(tx,ty: integer): TBGRABitmap;
var
square,map: TBGRABitmap;
phong: TPhongShading;
margin: integer;
begin
margin := tx div 20;
square := CreateRectangleMap(tx-2*margin,ty-2*margin,tx div 8);
map := TBGRABitmap.Create(tx,ty,BGRABlack);
map.PutImage(margin,margin,square,dmDrawWithTransparency);
BGRAReplace(map,map.FilterBlurRadial(tx div 40,rbFast));
square.free;
result := TBGRABitmap.Create(tx,ty);
phong := TPhongShading.Create;
phong.LightSourceDistanceFactor := 0;
phong.LightDestFactor := 0;
phong.LightSourceIntensity := 200;
phong.AmbientFactor := 0.5;
phong.LightPosition := Point(-50,-100);
phong.LightPositionZ := 80;
phong.Draw(result,map,20,0,0,BGRA(86,41,38));
map.Free;
phong.Free;
end;
{ TForm1 }
procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject);
begin
phong := TPhongShading.Create;
phong.LightPositionZ := 150;
phong.SpecularIndex := 20;
phong.AmbientFactor := 0.4;
phong.LightSourceIntensity := 250;
phong.LightSourceDistanceTerm := 200;
chocolate := CreateChocolateTexture(80,80);
end;
procedure TForm1.FormDestroy(Sender: TObject);
begin
phong.Free;
chocolate.Free;
end;
procedure TForm1.FormMouseMove(Sender: TObject; Shift: TShiftState; X,
Y: Integer);
begin
phong.LightPosition := point(X,Y);
FormPaint(Sender);
end;
procedure TForm1.FormPaint(Sender: TObject);
var
image: TBGRABitmap;
begin
image := TBGRABitmap.Create(ClientWidth,ClientHeight,ColorToBGRA(ColorToRGB(clBtnFace)));
image.FillRect(0,0,80*7,80*4,chocolate,dmSet);
phong.DrawSphere(image,rect(20,20,120,120),50,BGRA(255,0,0));
image.Draw(Canvas,0,0,True);
image.free;
end;
initialization
{$I UMain.lrs}
end.
Starten Sie das Programm
Sie sehen hoffentlich eine leckere Tafel Schokolade mit einer großen Kirsche:
Gemeinsame Nutzung von Perlin noise und Phong-Schattierung
Die Idee dahinter ist, eine Höhenkarte mit dem Perlinrauschen zu erzeugen und dann zur Darstellung die Phong-Schattierung anzuwenden. Damit erzeugen wir hier eine Steintextur:
function CreateStoneTexture(tx,ty: integer): TBGRABitmap;
var
temp: TBGRABitmap;
phong: TPhongShading;
begin
result := CreateCyclicPerlinNoiseMap(tx,ty,1,1,0.6);
temp:= result.GetPart(rect(-2,-2,tx+2,ty+2)) as TBGRABitmap;
phong := TPhongShading.Create;
phong.LightSourceDistanceFactor := 0;
phong.LightDestFactor := 0;
phong.LightSourceIntensity := 100;
phong.LightPositionZ := 100;
phong.NegativeDiffusionFactor := 0.3;
phong.AmbientFactor := 0.5;
phong.Draw(result,temp,30,-2,-2,BGRA(170,170,170));
phong.Free;
temp.Free;
end;
Zuerst erzeugen wir eine zyklische Karte. Zyklisch ist wichtig für eine anreihbare Textur. Aber wenn wir die Phong-Schattierung anwenden wollen, müssen wir dem Shader diesen Zyklus bekanntgeben. Also extrahieren wir mittels Getpart die erzeugte Karte mit 2 zusätzlichen Pixels zu jeder Seite, sodass der Shader zyklisch auf die Karte angewendet werden kann.
Der Aufruf von 'phong.Draw' mit einem Offset (-2,-2) stellt die Karte am rechten Ort dar und berücksichtigt auch unsere zwei zusätzlichen Pixel.
Jetzt lautet das OnPaint-Ereignis:
procedure TForm1.FormPaint(Sender: TObject);
var
image: TBGRABitmap;
stone: TBGRABitmap;
begin
image := TBGRABitmap.Create(ClientWidth,ClientHeight,ColorToBGRA(ColorToRGB(clBtnFace)));
stone := CreateStoneTexture(100,100);
image.FillEllipseAntialias(200,100,150,50,stone);
stone.free;
image.Draw(Canvas,0,0,True);
image.free;
end;
Starten Sie das Programm
Sie sehen ein Formular mit einem steinartigen Hintergrund.
Darstellung von Wasser
Fast die gleiche Prozedur erzeugt uns eine Wassertextur:
function CreateWaterTexture(tx,ty: integer): TBGRABitmap;
const blurSize = 5;
var
temp: TBGRABitmap;
phong: TPhongShading;
begin
result := CreateCyclicPerlinNoiseMap(tx,ty,1,1,1.2);
temp:= result.GetPart(rect(-blurSize,-blurSize,tx+blurSize,ty+blurSize)) as TBGRABitmap;
BGRAReplace(temp,temp.FilterBlurRadial(blurSize,rbFast));
phong := TPhongShading.Create;
phong.LightSourceDistanceFactor := 0;
phong.LightDestFactor := 0;
phong.LightSourceIntensity := 150;
phong.LightPositionZ := 80;
phong.LightColor := BGRA(105,233,240);
phong.NegativeDiffusionFactor := 0.3;
phong.SpecularIndex := 20;
phong.AmbientFactor := 0.4;
phong.Draw(result,temp,20,-blurSize,-blurSize,BGRA(28,139,166));
phong.Free;
temp.Free;
end;
Der Hauptunterschied ist, dass wir einen Weichzeichner auf das Wasser anwenden und die Lichtfarbe anders setzen.
Verwendung von Schwellenwerten liefert Spuren im Schnee
Wenn wir uns auf auf einen kleinen Bereich von Höhen beschränken, haben wir eine Textur, die Fussabdrücken im Schnee ähnelt.
function CreateSnowPrintTexture(tx,ty: integer): TBGRABitmap;
var
v: integer;
p: PBGRAPixel;
i: Integer;
temp: TBGRABitmap;
phong: TPhongShading;
begin
//hier wird eine Zufallskarte erzeugt
result := CreateCyclicPerlinNoiseMap(tx,ty,1,1,1.2);
//jetzt die Schwellenwerte anwenden
p := result.Data;
for i := 0 to result.NbPixels-1 do
begin
v := p^.red;
//wenn der Wert über 80 oder unter 50 ist, dividieren wir durch 10, dadurch wird es fast horizontal
if v > 80 then v := (v-80) div 10+80;
if v < 50 then v := 50-(50-v) div 10;
p^.red := v;
p^.green := v;
p^.blue := v;
inc(p);
end;
//wir geben dem Phong-Shader den Zyklus bekannt
temp:= result.GetPart(rect(-2,-2,tx+2,ty+2)) as TBGRABitmap;
//einen radialen Weichzeichner anwenden
BGRAReplace(temp,temp.FilterBlurRadial(2,rbFast));
phong := TPhongShading.Create;
phong.LightSourceDistanceFactor := 0;
phong.LightDestFactor := 0;
phong.LightSourceIntensity := 100;
phong.LightPositionZ := 100;
phong.NegativeDiffusionFactor := 0.3; //ergibt Schatten
phong.Draw(result,temp,30,-2,-2,BGRAWhite);
phong.Free;
temp.Free;
end;
Wir erhalten dies:
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