///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
/// private constant ObtenirFiltreDeSurface \n
/// Description : Obtenir le filtre du matériau de la surface. Le coefficient de
/// réfraction nous indique du même coup s'il y a transparence de la
/// surface.
///
/// @param [in, out] LumiereRayon CRayon & Le rayon de lumière (ou d'ombre) à tester
///
/// @return const CCouleur Le filtre de couleur
///
/// @author Olivier Dionne
/// @date 13/08/2008
///
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
const CCouleur CScene::ObtenirFiltreDeSurface( CRayon& LumiereRayon ) const
{
CCouleur Filter = CCouleur::BLANC;
CIntersection LumiereIntersection;
REAL Distance = CVecteur3::Norme( LumiereRayon.ObtenirDirection() );
LumiereRayon.AjusterDirection( LumiereRayon.ObtenirDirection() / Distance );
// TODO : À COMPLÉTER LORS DU VOLET 2...
// Tester le rayon de lumière avec chaque surface de la scène
// pour vérifier s'il y a intersection
CIntersection Result;
CIntersection Tmp;
for (SurfaceIterator aSurface = m_Surfaces.begin(); aSurface != m_Surfaces.end(); aSurface++)
{
Tmp = (*aSurface)->Intersection(LumiereRayon);
if (Tmp.ObtenirDistance() > EPSILON)
{
Filter *= Tmp.ObtenirSurface()->ObtenirCoeffRefraction() * Tmp.ObtenirSurface()->ObtenirCouleur();
}
}
// S'il y a une intersection appliquer la translucidité de la surface
// intersectée sur le filtre
return Filter;
}
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
/// public virtual Intersection \n
/// Description : Effectue l'intersection Rayon/Triangle
///
/// @param [in] Rayon const CRayon & Le rayon à tester
///
/// @return Scene::CIntersection Le résultat de l'ntersection
///
/// @author Olivier Dionne
/// @date 13/08/2008
///
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
CIntersection CTriangle::Intersection( const CRayon& Rayon )
{
CIntersection Result;
// Tomas Akenine-Moller and Eric Haines "Real-Time Rendering 2nd Ed." 2002, p.581
// http://jgt.akpeters.com/papers/MollerTrumbore97/code.html
CVecteur3 Edge1 = m_Pts[ 1 ] - m_Pts[ 0 ];
CVecteur3 Edge2 = m_Pts[ 2 ] - m_Pts[ 0 ];
// Commencer par le calcul du déterminant - aussi utilisé pour calculer U
CVecteur3 VecP = CVecteur3::ProdVect( Rayon.ObtenirDirection(), Edge2 );
// Si le déterminant est près de 0, le rayon se trouve dans le PLAN du triangle
REAL Det = CVecteur3::ProdScal( Edge1, VecP );
if( Abs<REAL>( Det ) < EPSILON )
return Result;
else
{
REAL InvDet = RENDRE_REEL( 1.0 ) / Det;
// Calculer la distance entre point0 et l'origine du rayon
CVecteur3 VecS = Rayon.ObtenirOrigine() - m_Pts[ 0 ];
// Calculer le paramètre U pour tester les frontières
REAL u = CVecteur3::ProdScal( VecS, VecP ) * InvDet;
if ( u < 0 || u > 1 )
return Result;
else
{
CVecteur3 VecQ = CVecteur3::ProdVect( VecS, Edge1 );
// Calculer le paramètre V pour tester les frontières
REAL v = CVecteur3::ProdScal( Rayon.ObtenirDirection(), VecQ ) * InvDet;
if( v < 0 || u + v > 1 )
return Result;
else
{
Result.AjusterSurface( this );
Result.AjusterDistance( CVecteur3::ProdScal( Edge2, VecQ ) * InvDet );
Result.AjusterNormale( m_Normale );
}
}
}
return Result;
}
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
/// public virtual Intersection \n
/// Description : Effectue l'intersection Rayon/Triangle
///
/// @param [in] Rayon const CRayon & Le rayon à tester
///
/// @return Scene::CIntersection Le résultat de l'ntersection
///
/// @author Olivier Dionne
/// @date 13/08/2008
///
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
CIntersection CTriangle::Intersection(const CRayon& Rayon)
{
CIntersection Result;
// À COMPLÉTER ...
// Voici deux références pour acomplir le développement :
// 1) Tomas Akenine-Moller and Eric Haines "Real-Time Rendering 2nd Ed." 2002, p.581
// 2) Son article: http://www.graphics.cornell.edu/pubs/1997/MT97.pdf
// Notez que la normale du triangle est déjà calculée lors du prétraitement
// il suffit que de la passer à la structure d'intersection.
CVecteur3 edge1 = m_Pts[1] - m_Pts[0];
CVecteur3 edge2 = m_Pts[2] - m_Pts[0];
CVecteur3 pvec = CVecteur3::ProdVect(Rayon.ObtenirDirection(), edge2);
REAL det = CVecteur3::ProdScal(edge1, pvec);
if (det < EPSILON)
return Result;
CVecteur3 tvec = Rayon.ObtenirOrigine() - m_Pts[0];
REAL U = CVecteur3::ProdScal(tvec, pvec);
if ((U < EPSILON) || (U > det))
return Result;
CVecteur3 qvec = CVecteur3::ProdVect(tvec, edge1);
REAL V = CVecteur3::ProdScal(Rayon.ObtenirDirection(), qvec);
if ((V < EPSILON) || (U + V > det))
return Result;
REAL t = CVecteur3::ProdScal(edge2, qvec) / det;
Result.AjusterDistance(t);
Result.AjusterSurface(this);
if (CVecteur3::ProdScal(m_Normale, Rayon.ObtenirDirection()) > EPSILON) {
Result.AjusterNormale(-m_Normale);
}
else {
Result.AjusterNormale(m_Normale);
}
return Result;
}
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
/// private constant ObtenirCouleurSurIntersection \n
/// Description : Obtient la couleur à un point d'intersection en particulier
/// Calcule les contributions colorées de toutes les lumières, avec
/// les modèles de Phong et de Gouraud. Aussi, dépendemment des
/// propriétés de la surface en intersection, on réfléchi ou in
/// réfracte le rayon courant.
/// current ray.
///
/// @param [in] Rayon const CRayon & Le rayon à tester
/// @param [in] Intersection const Scene::CIntersection & L'ntersection spécifiée
///
/// @return const CCouleur La couleur à l'intersection donnée
///
/// @author Olivier Dionne
/// @date 13/08/2008
///
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
const CCouleur CScene::ObtenirCouleurSurIntersection( const CRayon& Rayon, const CIntersection& Intersection ) const
{
CCouleur Result = Intersection.ObtenirSurface()->ObtenirCouleur() * Intersection.ObtenirSurface()->ObtenirCoeffAmbiant();
CVecteur3 IntersectionPoint = Rayon.ObtenirOrigine()+ Intersection.ObtenirDistance() * Rayon.ObtenirDirection();
// Calculer les contribution colorées des toutes les lumières dans la scène
CCouleur LumiereContributions = CCouleur::NOIR;
CRayon LumiereRayon;
for( LumiereIterator uneLumiere = m_Lumieres.begin(); uneLumiere != m_Lumieres.end(); uneLumiere++ )
{
// Initialise le rayon de lumière (ou rayon d'ombre)
LumiereRayon.AjusterOrigine( IntersectionPoint );
LumiereRayon.AjusterDirection( ( *uneLumiere )->GetPosition() - IntersectionPoint );
LumiereRayon.AjusterEnergie( 1 );
LumiereRayon.AjusterIndiceRefraction( 1 );
if( CVecteur3::ProdScal( LumiereRayon.ObtenirDirection(), Intersection.ObtenirNormale() ) > 0 )
{
// Obtenir la couleur à partir de la lumière
CCouleur Filter = ObtenirFiltreDeSurface( LumiereRayon );
CCouleur LumiereCouleur = ( *uneLumiere )->ObtenirCouleur() * Filter;
// Ajouter la contribution de Gouraud
REAL GouraudFactor = ( *uneLumiere )->GetIntensity() * Intersection.ObtenirSurface()->ObtenirCoeffDiffus() *
CVecteur3::ProdScal( Intersection.ObtenirNormale(), LumiereRayon.ObtenirDirection() );
Result += Intersection.ObtenirSurface()->ObtenirCouleur() * GouraudFactor * LumiereCouleur;
// ...
}
}
return Result;
}
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
/// private constant ObtenirCouleur \n
/// Description : Obtenir la couleur du pixel pour un rayon donné
///
/// @param [in] Rayon const CRayon & Le rayon à tester
///
/// @return const CCouleur La couleur du pixel
///
/// @author Olivier Dionne
/// @date 13/08/2008
///
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
const CCouleur CScene::ObtenirCouleur( const CRayon& Rayon ) const
{
CIntersection Result;
CIntersection Tmp;
for( SurfaceIterator aSurface = m_Surfaces.begin(); aSurface != m_Surfaces.end(); aSurface++ )
{
Tmp = ( *aSurface )->Intersection( Rayon );
if( Tmp.ObtenirDistance() > EPSILON && ( Tmp.ObtenirDistance() < Result.ObtenirDistance() || Result.ObtenirDistance() < 0 ) )
Result = Tmp;
}
// S'il n'y a aucune intersection, retourner la couleur de l'arrière-plan
// Sinon, retourner la couleur à l'intersection
return ( Result.ObtenirDistance() < 0 ) ? m_CouleurArrierePlan : ObtenirCouleurSurIntersection( Rayon, Result );
}
bool CTriangleMesh::Hit(CRay const& ray, CIntersection & intersection) const
{
// Вычисляем обратно преобразованный луч (вместо вполнения прямого преобразования объекта)
CRay invRay = Transform(ray, GetInverseTransform());
CVector3d const& invRayStart = invRay.GetStart();
CVector3d const& invRayDirection = invRay.GetDirection();
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Здесь следует выполнить проверку на пересечение луча с ограничивающим
// объемом (bounding volume) полигональной сетки.
// При отсутствии такого пересечения луч гарантированно не будет пересекать
// ни одну из граней сетки, что позволит избежать лишних проверок:
// if (!ray_intesects_bounding_volume)
// return false;
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Получаем информацию о массиве треугольников сетки
CTriangle const* const triangles = m_pMeshData->GetTriangles();
const size_t numTriangles = m_pMeshData->GetTriangleCount();
// Массив найденных пересечений луча с гранями сетки.
std::vector<FaceHit> faceHits;
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Используется поиск пересечения луча со всеми гранями сетки.
// Данный подход является очень неэффективным уже на полигональных сетках,
// содержащих более нескольких десятков граней, а, тем более, сотни и тысячи граней.
//
// Для эффективного поиска столкновений следует представить полигональную сетку
// не в виде массива граней, а в виде древовидной структуры (Oct-Tree или BSP-Tree),
// что уменьшит вычислительную сложность поиска столкновений с O(N) до O(log N)
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
FaceHit hit;
for (size_t i = 0; i < numTriangles; ++i)
{
CTriangle const& triangle = triangles[i];
// Проверка на пересечение луча с треугольной гранью
if (triangle.HitTest(invRayStart, invRayDirection, hit.hitTime, hit.hitPointInObjectSpace, hit.w0, hit.w1, hit.w2))
{
// Сохраняем индекс грани и добавляем информацию в массив найденных пересечений
hit.faceIndex = i;
if (faceHits.empty())
{
// При обнаружени первого пересечения резервируем
// память сразу под 8 пересечений (для уменьшения количества операций выделения памяти)
faceHits.reserve(8);
}
faceHits.push_back(hit);
}
}
// При отсутствии пересечений выходим
if (faceHits.empty())
{
return false;
}
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Упорядочиваем найденные пересечения по возрастанию времени столкновения
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
size_t const numHits = faceHits.size();
std::vector<FaceHit const *> hitPointers(numHits);
{
// Инициализируем массив указателей на точки пересечения
for (size_t i = 0; i < numHits; ++i)
{
hitPointers[i] = &faceHits[i];
}
// Сортируем массив указателей по возрастанию времени столкновения
// Сортируются указатели, а не сами объекты, чтобы сократить
// издержки на обмен элементов массива:
// На 32 битной платформе размер структуры FaceHit равен 64 байтам,
// а размер указателя - всего 4 байта.
if (numHits > 1)
{
std::sort(hitPointers.begin(), hitPointers.end(), HitPointerComparator());
// Теперь указатели в массиве hitPointers отсортированы
// в порядке возрастания времени столкновения луча с гранями
}
}
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Возвращаем информацию о найденных пересечениях
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
for (size_t i = 0; i < numHits; ++i)
{
// Получаем информацию о столкновении
FaceHit const& faceHit = *hitPointers[i];
// Сохраняем информацию только о первом пересечении
if (i == 0)
{
ExtendedHitData *hd = (ExtendedHitData*)&m_lastHitData;
hd->faceIndex = faceHit.faceIndex;
hd->vc[0] = static_cast<float>(faceHit.w0);
hd->vc[1] = static_cast<float>(faceHit.w1);
hd->vc[2] = static_cast<float>(faceHit.w2);
}
// Точка столкновения в мировой системе координат
CVector3d hitPoint = ray.GetPointAtTime(faceHit.hitTime);
// Грань, с которой произошло столкновение
CTriangle const& triangle = triangles[faceHit.faceIndex];
// Нормаль "плоской грани" во всех точках столкновения равна нормали самой грани
CVector3d normalInObjectSpace = triangle.GetPlaneEquation();
if (!triangle.IsFlatShaded())
{
// Для неплоских граней выполняется интерполяция нормалей вершин треугольника
// с учетом их весовых коэффициентов в точке пересечения
Vertex const& v0 = triangle.GetVertex0();
Vertex const& v1 = triangle.GetVertex1();
Vertex const& v2 = triangle.GetVertex2();
// Взвешенный вектор нормали
normalInObjectSpace =
faceHit.w0 * v0.normal +
faceHit.w1 * v1.normal +
faceHit.w2 * v2.normal;
}
// Нормаль в мировой системе координат
CVector3d normal = GetNormalMatrix() * normalInObjectSpace;
// Добавляем информацию о точке пересечения в объект intersection
intersection.AddHit(
CHitInfo(
faceHit.hitTime, *this,
hitPoint,
faceHit.hitPointInObjectSpace,
normal, normalInObjectSpace
)
);
}
return true;
}
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
/// public virtual Intersection \n
/// Description : Effectue l'intersection Rayon/Quadrique
///
/// @param [in] Rayon const CRayon & Le rayon à tester
///
/// @return Scene::CIntersection Le résultat de l'ntersection
///
/// @author Olivier Dionne
/// @date 13/08/2008
///
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
CIntersection CQuadrique::Intersection( const CRayon& Rayon )
{
CIntersection Result;
// algorithme d'intersection tiré de ...
// Eric Haines, Paul Heckbert "An Introduction to Rayon Tracing",
// Academic Press, Edited by Andrw S. Glassner, pp.68-73 & 288-293
CVecteur3 RayonDirection = Rayon.ObtenirDirection();
CVecteur3 RayonOrigin = Rayon.ObtenirOrigine();
const REAL ACoeff = RayonDirection.x * ( m_Quadratique.x * RayonDirection.x +
m_Mixte.z * RayonDirection.y +
m_Mixte.y * RayonDirection.z ) +
RayonDirection.y * ( m_Quadratique.y * RayonDirection.y +
m_Mixte.x * RayonDirection.z ) +
RayonDirection.z * ( m_Quadratique.z * RayonDirection.z );
const REAL BCoeff = RayonDirection.x * ( m_Quadratique.x * RayonOrigin.x + RENDRE_REEL( 0.5 ) *
( m_Mixte.z * RayonOrigin.y + m_Mixte.y * RayonOrigin.z + m_Lineaire.x ) ) +
RayonDirection.y * ( m_Quadratique.y * RayonOrigin.y + RENDRE_REEL( 0.5 ) *
( m_Mixte.z * RayonOrigin.x + m_Mixte.x * RayonOrigin.z + m_Lineaire.y ) ) +
RayonDirection.z * ( m_Quadratique.z * RayonOrigin.z + RENDRE_REEL( 0.5 ) *
( m_Mixte.y * RayonOrigin.x + m_Mixte.x * RayonOrigin.y + m_Lineaire.z ) );
const REAL CCoeff = RayonOrigin.x * ( m_Quadratique.x * RayonOrigin.x +
m_Mixte.z * RayonOrigin.y +
m_Mixte.y * RayonOrigin.z +
m_Lineaire.x ) +
RayonOrigin.y * ( m_Quadratique.y * RayonOrigin.y +
m_Mixte.x * RayonOrigin.z +
m_Lineaire.y ) +
RayonOrigin.z * ( m_Quadratique.z * RayonOrigin.z +
m_Lineaire.z ) +
m_Cst;
if( ACoeff != 0.0 )
{
REAL Ka = -BCoeff / ACoeff;
REAL Kb = CCoeff / ACoeff;
REAL Delta = Ka * Ka - Kb;
if( Delta > 0 )
{
Delta = sqrt( Delta );
REAL T0 = Ka - Delta;
REAL T1 = Ka + Delta;
REAL Distance = Min<REAL>( T0, T1 );
if( Distance < EPSILON )
Distance = Max<REAL>( T0, T1 );
if( !( Distance < 0 ) )
{
Result.AjusterDistance( Distance );
Result.AjusterSurface( this );
// Calcule la normale de surface
CVecteur3 HitPt = RayonOrigin + Distance * RayonDirection;
CVecteur3 Normal;
Normal.x = RENDRE_REEL( 2.0 ) * m_Quadratique.x * HitPt.x +
m_Mixte.y * HitPt.z +
m_Mixte.z * HitPt.y +
m_Lineaire.x;
Normal.y = RENDRE_REEL( 2.0 ) * m_Quadratique.y * HitPt.y +
m_Mixte.x * HitPt.z +
m_Mixte.z * HitPt.x +
m_Lineaire.y;
Normal.z = RENDRE_REEL( 2.0 ) * m_Quadratique.z * HitPt.z +
m_Mixte.x * HitPt.y +
m_Mixte.y * HitPt.x +
m_Lineaire.z;
Result.AjusterNormale( CVecteur3::Normaliser( Normal ) );
}
}
}
else
{
Result.AjusterSurface ( this );
Result.AjusterDistance( -RENDRE_REEL( 0.5 ) * ( CCoeff / BCoeff ) );
Result.AjusterNormale ( CVecteur3::Normaliser( m_Lineaire ) );
}
return Result;
}
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
/// public virtual Intersection \n
/// Description : Effectue l'intersection Rayon/Quadrique
///
/// @param [in] Rayon const CRayon & Le rayon à tester
///
/// @return Scene::CIntersection Le résultat de l'ntersection
///
/// @author Olivier Dionne
/// @date 13/08/2008
///
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
CIntersection CQuadrique::Intersection( const CRayon& Rayon )
{
CIntersection Result;
float a, b, c, d, e, f, g, h, i, j;
float A, B, C;
float t0, t1, tf;
const CVecteur3 rd = Rayon.ObtenirDirection();
const CVecteur3 r0 = Rayon.ObtenirOrigine();
/*a = m_Quadratique[0];
e = m_Quadratique[1];
h = m_Quadratique[2];
b = m_Mixte[0];
c = m_Mixte[1];
f = m_Mixte[2];
d = m_Lineaire[0];
g = m_Lineaire[1];
i = m_Lineaire[2];
j = m_Cst;
A = a * rd.x * rd.x + 2 * b * rd.x * rd.y + 2 * c * rd.x * rd.z +
e * rd.y * rd.y + 2 * f * rd.y * rd.z + h * rd.z * rd.z;
B = 2 * (a * r0.x * rd.x + b * (r0.x * rd.y + rd.x * r0.y) + c * (r0.x * rd.z + rd.x * r0.z) +
d * rd.x + e * r0.y * rd.y + f * (r0.y * rd.z + rd.y * r0.z) + g * rd.y +
h * r0.z * rd.z + i * rd.z);
C = a * r0.x * r0.x + 2 * b * r0.x * r0.y + 2 * c * r0.x * r0.z + 2 * d * r0.x +
e * r0.y * r0.y + 2 * f * r0.y * r0.z + 2 * g * r0.y +
h * r0.z * r0.z + 2 * i * r0.z + j;*/
a = m_Quadratique[0];
b = m_Quadratique[1];
c = m_Quadratique[2];
d = m_Mixte[0];
e = m_Mixte[1];
f = m_Mixte[2];
g = m_Lineaire[0];
h = m_Lineaire[1];
i = m_Lineaire[2];
j = m_Cst;
A = a * rd.x * rd.x + b * rd.y * rd.y + c * rd.z * rd.z + d * rd.x * rd.y +
e * rd.x * rd.z + f * rd.y * rd.z;
B = 2 * a * r0.x * rd.x + 2 * b * r0.y * rd.y + 2 * c * r0.z * rd.z +
d * (r0.x * rd.y + r0.y * rd.x) + e * (r0.x * rd.z) + f * (r0.y * rd.z + rd.y * r0.z) +
g * rd.x + h * rd.y + i * rd.z;
C = a * r0.x * r0.x + b * r0.y * r0.y + c * r0.z * r0.z + d * r0.x * r0.y +
e * r0.x * r0.z + f * r0.y * r0.z + g * r0.x + h * r0.y + i * r0.z + j;
if (A == 0.f)
{
tf = -C / B;
}
else
{
float discriminant = B * B - 4 * A * C;
if (discriminant < 0)
{
return Result;
}
else
{
tf = (-B - sqrt(discriminant)) / (2 * A);
if (tf < 0)
{
tf = (-B + sqrt(discriminant)) / (2 * A);
if (tf < 0)
return Result;
}
}
}
CVecteur3 intersection(r0 + rd * tf);
Result.AjusterDistance(CVecteur3::Norme(intersection - r0));
CVecteur3 normale;
normale.x = (2 * a * intersection.x + d * intersection.y + e * intersection.z) + g;
normale.y = (d * intersection.x + 2 * b * intersection.y + f * intersection.z) + h;
normale.z = (e * intersection.x + f * intersection.y + 2 * c * intersection.z) + i;
normale = CVecteur3::Normaliser(normale);
Result.AjusterNormale(CVecteur3::ProdScal(normale, rd) > 0 ? -normale : normale);
Result.AjusterSurface(this);
return Result;
}
