Informatique Graphique

ShaderToy

Lancer de rayon

  • Vous allez utiliser le code suivant qui vous donne l'origine et la direction d'un rayon pour chaque pixel.
  • 
                               vec2 uv = gl_FragCoord.xy / iResolution.xy;
    vec3 origine = vec3(0.0, 0.0, -2.0);
    vec3 direction = normalize(vec3(uv, 1.0));
    
                          
  • Pour éviter les complexes calculs d'intersection, on va utiliser la technique du RayMarching.

Le RayMarching et son principe

  • Lancer un rayon depuis son origine.
  • Avancer d'un cran dans sa direction.
  • Verifier si à cette position on se trouve dans un objet.
  • Continuer à avancer tant qu'on ne se trouve pas dans un objet.

Premier exercice : une sphere

  • En utisant le principe du RayMarching, afficher une sphére de position (1.0,1.0,1.0) et de rayon 1.0.
  • En faisant avancer votre rayon 512 fois avec un pas de 0,05.
  • Dans un premier temps vous afficherez la sphere avec comme couleur le nombre de pas effectués (avant de rentrer dans la sphère) projeté sur l'intervalle [0,1].

Eclairage de phong

  • Afin d'obtenir une image plus réaliste, il faut mettre en place l'éclairage de phong
  • Calculer et afficher la normale de la sphère.
  • Rajouter une lumière (aux coordonnées (1,1,-2)) pour calculer et afficher la composante diffuse du modèle de phong.
  • Calculer la composante spéculaire avec un facteur spéculaire de 64.
  • Afficher la sphère avec le modéle de phong complet (ambiant+diffus+speculaire).

Eclairage de phong

  • Faire bouger la lumière à l'aide des fonction sinus, cosinus et la variable iGlobalTime.
  • Modifier le facteur spéculaire à l'aide de la position de la souris. Que constatez vous?

Pour aller plus loin

  • Remplacer la fonction qui calcule la distance d'un point à la sphère par une fonction de bruit "noise" en rajoutant les fonction ci-dessous au début de votre shader.
  • 
    
    
    vec3 mod289(vec3 x) {
    return x - floor(x * (1.0 / 289.0)) * 289.0;
    }
    vec4 mod289(vec4 x) {
    return x - floor(x * (1.0 / 289.0)) * 289.0;
    }
    vec4 permute(vec4 x) {
    return mod289(((x*34.0)+1.0)*x);
    }
    vec4 taylorInvSqrt(vec4 r)
    {
    return 1.79284291400159 - 0.85373472095314 * r;
    }
    float noise(vec3 v)
    {
    v=0.1*v;
    const vec2 C = vec2(1.0/6.0, 1.0/3.0) ;
    const vec4 D = vec4(0.0, 0.5, 1.0, 2.0);
    // First corner
    vec3 i = floor(v + dot(v, C.yyy) );
    vec3 x0 = v - i + dot(i, C.xxx) ;
    // Other corners
    vec3 g = step(x0.yzx, x0.xyz);
    vec3 l = 1.0 - g;
    vec3 i1 = min( g.xyz, l.zxy );
    vec3 i2 = max( g.xyz, l.zxy );
    // x0 = x0 - 0.0 + 0.0 * C.xxx;
    // x1 = x0 - i1 + 1.0 * C.xxx;
    // x2 = x0 - i2 + 2.0 * C.xxx;
    // x3 = x0 - 1.0 + 3.0 * C.xxx;
    vec3 x1 = x0 - i1 + C.xxx;
    vec3 x2 = x0 - i2 + C.yyy; // 2.0*C.x = 1/3 = C.y
    vec3 x3 = x0 - D.yyy; // -1.0+3.0*C.x = -0.5 = -D.y
    // Permutations
    i = mod289(i);
    vec4 p = permute( permute( permute(
    i.z + vec4(0.0, i1.z, i2.z, 1.0 ))
    + i.y + vec4(0.0, i1.y, i2.y, 1.0 ))
    + i.x + vec4(0.0, i1.x, i2.x, 1.0 ));
    // Gradients: 7x7 points over a square, mapped onto an octahedron.
    // The ring size 17*17 = 289 is close to a multiple of 49 (49*6 = 294)
    float n_ = 0.142857142857; // 1.0/7.0
    vec3 ns = n_ * D.wyz - D.xzx;
    vec4 j = p - 49.0 * floor(p * ns.z * ns.z); // mod(p,7*7)
    vec4 x_ = floor(j * ns.z);
    vec4 y_ = floor(j - 7.0 * x_ ); // mod(j,N)
    vec4 x = x_ *ns.x + ns.yyyy;
    vec4 y = y_ *ns.x + ns.yyyy;
    vec4 h = 1.0 - abs(x) - abs(y);
    vec4 b0 = vec4( x.xy, y.xy );
    vec4 b1 = vec4( x.zw, y.zw );
    //vec4 s0 = vec4(lessThan(b0,0.0))*2.0 - 1.0;
    //vec4 s1 = vec4(lessThan(b1,0.0))*2.0 - 1.0;
    vec4 s0 = floor(b0)*2.0 + 1.0;
    vec4 s1 = floor(b1)*2.0 + 1.0;
    vec4 sh = -step(h, vec4(0.0));
    vec4 a0 = b0.xzyw + s0.xzyw*sh.xxyy ;
    vec4 a1 = b1.xzyw + s1.xzyw*sh.zzww ;
    vec3 p0 = vec3(a0.xy,h.x);
    vec3 p1 = vec3(a0.zw,h.y);
    vec3 p2 = vec3(a1.xy,h.z);
    vec3 p3 = vec3(a1.zw,h.w);
    //Normalise gradients
    vec4 norm = taylorInvSqrt(vec4(dot(p0,p0), dot(p1,p1), dot(p2, p2), dot(p3,p3)));
    p0 *= norm.x;
    p1 *= norm.y;
    p2 *= norm.z;
    p3 *= norm.w;
    // Mix final noise value
    vec4 m = max(0.6 - vec4(dot(x0,x0), dot(x1,x1), dot(x2,x2), dot(x3,x3)), 0.0);
    m = m * m;
    return 42.0 * dot( m*m, vec4( dot(p0,x0), dot(p1,x1),
    dot(p2,x2), dot(p3,x3) ) );
    }
    
                          
  • On considère être dans l'objet si la valeur retournée par la fonction noise est supérieure à 0.7.
  • Faire bouger la camera en fonction du temps.