Tema1

Redarea volumelor folosind texturi 3D

Să se implementeze redarea volumelor folosind texturi 3D (cursul 6).

Teorie

Geometria proxy - un set de poligoane paralele cu planul de vizualizare
- Poligoanele - rasterizate în ordinea din spate în față
- Geometria trebuie recalculată la fiecare schimbare a direcției de vizualizare
Volumul de date - textură 3D
- Textura 3D - texeli care pot fi adresați prin coordonate de textură 3D
```
0 <= s, t, r <=1
```
- Vârfurile geometriei proxy - coordonate
```
0 <= x, y, z <= 1
```

Generarea poligoanelor

Se calculează intersecția dintre planul de secționare și liniile drepte pe care se află laturile volumului încadrator
Se elimină punctele de intersecție duplicat (care coincid cu un colț al volumului) și cele nevalide (care nu sunt pe segmentele volumului)
Se sortează punctele de intersecție rămase pentru a forma un poligon închis (fie în ordine trigonometrică, fie în ordine orară)

Detalii de implementare

Se poate porni de la laboratoarele 2 (Ray casting) și 3 (Redarea folosind texturi 2D)

Atribute importante

volumul de date (volumeData) și dimensiunea acestuia (xsize, ysize, zsize)
textura 3D, cu datele din volum (volumeTexture)
vectorul de vizualizare (viewVec)
numărul de poligoane care se vor genera (poligsNo)

Metode importante

Citirea și încărcarea datelor: Citirea dintr-un fișier .raw și încărcarea datelor în volum

Se poate folosi funcția loadRAWFile() din laboratoarele anterioare

Crearea unui cub cu vârfurile în intervalul (0,0,0)-(1,1,1)

Se poate folosi funcția createCube() din laboratorul 2

Generarea texturii 3D și încărcarea datelor din volum în această textură

Se poate folosi funcția createVolumeTexture() din laboratorul 2

Intersecția dintre o dreaptă și un plan

Intersecția se poate calcula cu formulele de aici (forma algebrică)
Planul este caracterizat prin:
- normala la plan
- un punct de pe plan
Dreapta este caracterizată prin
- versorul acesteia
- un punct de pe dreaptă

Sortarea punctelor în ordine trigonometrică sau orară

Se poate folosi algoritmul prezentat aici

Generarea unui poligon din geometria proxy în funcție de vectorul de vizualizare, poziția observatorului (obsPos) și distanța de la observator la planul de secționare (viewDist)

Pentru fiecare latură a cubului, se calculează intersecția dintre dreapta pe care stă latura și planul de secționare curent
- Planul de secționare e caracterizat prin
  - vectorul de vizualizare viewVec
  - un punct de pe plan (de exemplu, dat de obsPos + viewVec * viewDist)
- Dreapta curentă e caracterizată prin
  - versorul acesteia (deoarece dreptele conțin laturile cubului, versorii pot fi (0,0,1), (0,1,0) sau (1,0,0))
  - Un punct de pe dreaptă (se pot alege vârfuri ale cubului care aparțin și dreptei curente)
Se elimină punctele nevalide (punctele duplicat sau punctele din afara laturilor)
Punctele rămase se sortează în ordine trigonometrică/orară

Afișarea geometriei proxy

Funcția de generare a unui poligon proxy se apelează de poligNo ori, modificând distanța de la observator la planul curent de secționare (se randează poligoanele în ordinea de la cel mai îndepărtat la cel mai apropiat)
- poligNo poate fi modificat de la tastatură
Se activează blending-ul și se setează funcția de blending pentru acumularea din spate în față (la fel ca în laboratorul 3)

Indicații suplimentare

Tema va fi implementată în OpenGL și C++. Este indicat să folosiți framework-ul și Visual Studio.

Pentru implementarea temei, în folderul src/lab_m1 puteți crea un nou folder, de exemplu Tema1, cu fișierele Tema1.cpp și Tema1.h (pentru implementare POO, este indicat să aveți și alte fișiere). Pentru a vedea fișierele nou create în Visual Studio în Solution Explorer, apăsați click dreapta pe filtrul lab_m1 și selectați Add→New Filter. După ce creați un nou filtru, de exemplu Tema1, dați click dreapta și selectați Add→Existing Item. Astfel adăugați toate fișierele din folderul nou creat. În fișierul lab_list.h trebuie adăugată și calea către header-ul temei. De exemplu: #include “lab_m1/Tema1/Tema1.h”

Generarea geometriei proxy se poate realiza fie în programul aplicație (fișierul .cpp), fie în vertex shader (mai complicat) sau geometry shader (recomandat).

Dacă alegeți implementarea în shadere, aveți grijă la următoarele aspecte:

Dacă folosiți instrucțiunea for, mergeți cu număr fix de iterații. De exemplu, dacă vreți să procesați elementele unui vector de puncte de dimensiune nrPuncte (care e o variabilă cu valoarea maximă 12), puteți folosi următorul artificiu:
```
for (int i = 0; i < 12; i++)
{
   if (i >= nrPuncte)
      break;
   ....
   //procesare punct curent
   ....
}
```
Dacă generați geometria proxy în geometry shader, intrarea programului shader poate fi un obiect bogus (de exemplu, un punct sau o linie formată din două puncte). Totuși, aveți grijă la limita de puncte care se pot genera pentru o singură primitivă. Astfel, este indicat ca o rulare a programului geometry shader să genereze un singur poligon al geomtriei proxy, și nu toată geometria.

Barem (Total 250 puncte)

Încărcarea datelor în volum, generarea texturii 3D, crearea cubului încadrator (30p)
Generarea corectă a unui poligon proxy (120p)
1. Calculul corect al intersecției dintre o dreaptă a cubului și un plan de secționare (50p)
2. Calculul punctelor de intersecție dintre planul de secționare și toate dreptele cubului (20p)
3. Sortarea corectă a punctelor de intersecție valide în sens orar/trigonometric (30p)
Generarea întregii geometrii proxy (50p)
Texturarea corectă a poligoanelor și acumularea din spate în față (50p)