Terrain Rendering

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Terrain Rendering

• Francisco Javier Tirado Sarti
• fjtirado_at_lucent.com

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Introducción

• Un terreno no es más que una malla
  tridimensional, con pequeñas alteraciones en la
  altura de los vértices, sobre la que se aplica
  una textura
• Se representa mediante una matriz de nm vértices
  separados entre si por una distancia d, que
  definen un total de (n-1)(m-1) celdas cuadradas.
• Cada celda de la matriz esta compuesta por dos
  triángulos. Luego el numero total de triángulos
  es (n-1)(m-1)2
• La altura del vértice ij viene dado por el valor
  de la matriz en la fila i, columna j

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HeightMap

• Consiste en un fichero bmp de nm píxeles donde
  el valor de cada píxel representa la altura
• Se utilizan 8 bit para cada pixel, lo que da un
  total de 255 posibles valores para la altura.
• Los valores negros (cercanos a 0) representan
  zonas bajas. Los blancos (cercanos a 255) las
  mayores elevaciones.
• Para el caso de que necesitemos mas de 255
  valores para la altura se utiliza un factor de
  escalado.
• Este tipo de ficheros RAW se pueden generar
  usando Adobe Photoshop
• Posteriormente el fichero se procesa por parte de
  la aplicación, generándose un array de enteros en
  memoria, de manera que la altura del vértice ij
  viene dada por la entrada inj del array

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Generando la geometría

• Los pasos para construir un objeto de la clase
  terreno son
• Leer el bitmap con la información de la altura
• Crear el VertexBuffer y el IndexBuffer
  correspondientes
• Crear una textura
• Iluminar la textura
• El VertexBuffer constara de nm vértices. La
  componente z (las filas de la matriz) se calcula
  iterando desde (m-1)d/2 hasta (m-1)d/2 sumando
  d en cada iteración. Mientras que la componente x
  (las columnas de la matriz) se calcula haciendo
  lo mismo desde -(n-1)d/2 hasta (n-1)d/2. La
  componente y nos la da el heightMap
• El IndexBuffer constara de (n-1)(m-1) triángulos.
  Dada la celda cuyo vértice superior izquierdo es
  el vértice ij, el IndexBuffer contendrá entradas
  para los dos triángulos compuestos por los
  vertices (ij, i1j, ij1) y (ij1,i1j, i1j1),
  proceso que hay que repetir para cada celda.
• La coordenadas u y v del vértice (que no tiene
  normal puesto que la luz la calcularemos
  manualmente) son iguales a j/(n-1) y i/(m-1)

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Textura

• La textura a aplicar sobre el terreno puede
  cargarse desde un fichero o puede generarse a
  partir de una textura vacía, con formato
  D3DFMT_X8R8G8B8 y tamaño nm, asignando un color
  a cada texel en función de la altura del vértice.
  De manera que a los texels mas elevados les
  asignaremos un color blanco que simule la nieve y
  a los mas cercanos al nivel del mar un color
  similar al de una playa.
• Para modificar directamente el contenido de una
  textura se utiliza el método HRESULT LockRect(
  UINT Level, D3DLOCKED_RECT pLockedRect, CONST
  RECT pRect, DWORD Flags )
• Level es 0 ya queremos modificar el primer nivel.
• pLockedRect nos devuelve el puntero a la
  estructura D3DLOCKED_RECT
• En flags ponemos 0
• La estructura D3DLOCKED_RECT consta de dos campos
• INT Pitch la anchura de la textura
• VOID pBits el puntero al valor de los texels,
  del que en nuestro caso al tener la textura el
  formato arriba mencionado, se puede hacer casting
  a D3DCOLOR (un valor de 32 bits que representa el
  color)
• Para cambiar el valor del texel ij, hay que
  acceder a la posición iPitch/4j, puesto que el
  Pitch viene expresado en bytes.

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Iluminación

• En lugar de calcular la iluminación en tiempo
  real, la luz que incide sobre el terreno se
  precalcula cuando este se construye con lo que se
  gana rendimiento
• Para ello recorreremos de nuevo la textura (bien
  haya sido generada por el procedimiento anterior,
  bien haya sido cargada desde un fichero),
  multiplicando el color previamente asignado por
  el resultado del producto escalar de la normal de
  la celda por la dirección de la luz.
• La normal se calcula a partir de dos vectores no
  paralelos y coplanares con la celda. Si ABC son
  los vértices de un triangulo de la celda entonces
  U (d,By-Ay,0) y V (0,Cy-Ay,-d), siendo la
  normal el resultado del producto vectorial de U
  por V.
• Una vez hecho esto, desbloqueamos el nivel 0
  mediante el método IDirect3DTexture9UnlockRect(0
  ) y le decimos a DirectX que rellene los otros
  niveles de filtrado de la textura con la función
  D3DXFilterTexture( LPDIRECT3DBASETEXTURE9
  pBaseTexture, CONST PALETTEENTRY pPalette, UINT
  SrcLevel, DWORD MipFilter )
• donde pBaseTextura es la textura
• pPalette es la paleta por defecto, NULL
• srcLevel es el nivel a partir del cual generamos
  los demas, en nuestro caso 0
• MipFilter es el tipo de filtrado, en nuestro caso
  D3DX_DEFAULT

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Altura

• Con el fin de ubicar correctamente la altura de
  la cámara cuando esta ha sido creada en modo
  suelo, necesitamos una manera de obtener la
  coordenada y a partir de las coordenadas x y z
• Es un arduo proceso que se puede resumir en los
  siguientes pasos
• El primero consiste en llevar x y z al origen
  (sumándole width/2 a x y restándole depth/2 a z)
  y convertir d en 1 (dividiendo x y z entre d), de
  manera que podamos usar la parte entera de x y z
  para indexar la matriz que contiene las alturas
  de los vértices de la celda (a las que llamaremos
  A,B,C y D)
• Una vez hecho esto hay que determinar en que
  triangulo de la celda están x y z. Si dz (z menos
  su parte entera) es menor que 1 dx, entonces
  está en el triangulo superior. Si no, en el
  inferior.
• Por ultimo, las formulas para el triangulo
  superior (ABC) e inferior (CBD) son
• A (B-A)dx (C-A)dz
• D (C-D)(1dx) (B-D)(1-dz)

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Dibujando el terreno

• Simplemente consistirá en dibujar el IndexBuffer
  calculado durante la construcción, activando la
  textura correspondiente.
• Hay que deshabilitar la luz, ya que no queremos
  que Direct3D la calcule al haberlo hecho ya
  nosotros
• Hay que asegurarse que el filtrado bilinear esta
  activo o veremos los bordes de las celdas

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Ejercicio

• Implementar la clase Terrain y dibujarla.