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TP n°1 et TP n°2 : Premières implantations OpenGL Exercice n°1
Télécharger le fichier archive IG-2024-2025.zip. Ce fichier archive contient une "solution" Visual Studio 2022. Une solution est un package destiné à référencer
des projets de développement Visual Studio (exécutables, librairies, dll, drivers..., mais aussi éventuellement sites web statiques ou dynamiques). La concrétisation physique d'une solution est formée
a minima d'un fichier .sln quand elle ne contient aucun projet de développement. Elle consistera plus généralement en un fichier .sln, en les fichiers .vcxproj des projets qu'elle inclut et en
les fichiers (source ou autre) nécessaires à la compilation de ces projets. Il est bon que tout cela soit organisé physiquement en répertoires pour que tout ne soit pas mélangé.
Le contenu de la solution peut être visualisé dans Visual Studio en utilisant l'explorateur de solution (item supérieur du menu Affichage). La solution IG-2024-2025 comprend
un seul projet de développement nommé Exemple. Ce projet référence un seul fichier source Exemple.cpp et est préconfiguré pour une compilation utilisant OpenGL :
1) Extraire l'archive IG-2024-2025.zip. Lancer Visual Studio et charger la solution. Elle est théoriquement compatible avec les versions 2015, 2017, 2019 et 2022 de
Visual Studio au prix d'une conversion qui devrait être proposée lors du premier chargement. 2) Le fichier code source GLUtMinimum.cpp illustre le fonctionnement événementiel de la librairie GLUt. On rappelle que nous allons utiliser cette librairie annexe à OpenGL pour construire l'interface utilisateur de nos programmes OpenGL, celui-ci ne contenant aucune fonction dédiée à cette fin.
Le fichier source GLUtMinimum.cpp contient le minimum possible d'appels à OpenGL tout en affichant quand-même quelque chose, de façon à mettre en évidence les fonctionnalités GLUt et non les fonctionnalités OpenGL. a) Télécharger le fichier GLUtMinimum.cpp. Repérer dans le code les appels de fonction qui semblent correspondre aux fonctionnalités implantées listées ci-dessous en italique. Placer des commentaires dans le code pour garder une trace de ce que vous avez repéré.
La scène construite est constituée d'un unique tore muni du matériel par défaut d'OpenGL. Le calcul d'illumination est activé et une seule lumière est allumée. L'élimination des parties
cachées est activée. La projection est réalisée en projection orthographique. Le contenu du volume cubique dont la diagonale est définie par les positions (-1.0,-1.0,-1.0) et (1.0,1.0,1.0) du repère de
modélisation est affiché dans le viewport de visualisation (la fenêtre) en projection selon l'axe -z du repère de modélisation. Le viewport de visualisation est configuré pour occuper automatiquement
(dynamiquement) l'intégralité de la fenêtre.
Les événements suivants sont gérés "normalement" avec exécution de code OpenGL valide et cohérent : b) Remplacer le fichier Exemple.cpp par le fichier GLUtMinimum.cpp dans le projet VisualStudio. Vérifier que la compilation et l'exécution fonctionnent. Le fichier GLUt-3-spec.pdf contient la documentation de référence de GLUt. Il pourra vous aider à implanter les réponses aux questions c) à g).
De par sa nature non orientée objet la librairie GLUt ne peut pas être employée sans utiliser des variables globales. Celles-ci permettent le partage d'informations entre les différentes fonctions
implantées pour être exécutées en réponse aux événements. De façon à ne pas aller contre le fonctionnement événementiel de GLUt mais plutôt à s'inscrire dans son cadre, on évitera de s'autoriser
à placer des instructions OpenGL dans toutes les fonctions événementielles et on limitera un tel placement aux seules fonctions display (rafraichissement de la fenêtre de dessin) et reshape (changement
de la taille de la fenêtre de dessin). Il est naturel que ces deux fonctions aient à contenir de l'OpenGL car la fonction reshape devra configurer la caméra virtuelle de visualisation OpenGL et la
fonction display devra modéliser la scène en OpenGL. Au lancement de l'application, GLUt entre en boucle infinie après post automatique d'un événement reshape et d'un événement display. Il
exécute donc la fonction reshape puis la fonction display, et se met en attente d'événements. Les événements peuvent arriver à n'importe quel instant et être de n'importe quel type lorsqu'ils
arrivent y compris des reshape et des display. Placer des instructions OpenGL dans d'autres fonctions que reshape et display n'est pas interdit mais présenterait pour inconvénient de générer un
flux OpenGL plus difficile à rendre déterministe, nous allons donc éviter de le faire.
c) Implanter un contrôle clavier permettant de switcher entre les modes d'affichage plein et fil de fer en utilisant la touche de clavier Espace.
d) Implanter une animation telle que le tore tourne sur lui-même autour de l'axe Ox à raison de 1° de rotation entre chaque image.
e) Implanter un contrôle clavier permettant d'activer/désactiver l'animation au moyen de la touche Entrée.
f) Implanter un contrôle clavier permettant de faire tourner interactivement le tore sur lui-même autour de l'axe Oy dans un sens ou dans l'autre en utilisant les touches Flèche gauche
et Flèche droite du clavier. On pourra par exemple appliquer une rotation de 1° ou de -1° à chaque utilisation d'une des flèches.
g) Implanter un contrôle permettant de faire tourner le tore sur lui-même autour de l'axe Oy en réaction aux mouvements horizontaux de la souris bouton gauche appuyé à raison de 1° de
rotation par pixel de déplacement. h) Compléter le contrôle souris de la question g) pour faire tourner le tore sur lui-même autour de l'axe Ox en réaction aux mouvements verticaux de la souris bouton gauche appuyé à raison de 1° de rotation par pixel de déplacement. Compléter une nouvelle fois le contrôle souris pour qu'un clic du bouton droit entraine le changement de sens du mouvement de rotation automatique. i) Ajouter un contrôle clavier permettant d'utiliser les touches n, m, N et M pour augmenter et diminuer les nombres de facettes du tore (en longitude pour n et N, en latitude pour m et M). j) Ajouter un contrôle clavier d'activation/désactivation de l'élimination des parties cachées. Ajouter un contrôle clavier d'activation/désactivation de la gestion des lumières.
TD n°1 : Modélisation géométrique par objets canoniques, premières scènes OpenGL Exercice n°1
(1) Programmer en OpenGL la scène suivante sous la forme d'une fonction C sans utiliser les fonctions glPushMatrix et glPopMatrix ailleurs qu'en début et fin de fonction : (2) Reprogrammer en OpenGL la scène de la question (1) de telle manière que les cubes aient une de leurs faces orientée vers l'origine du repère. (3) Reprogrammer en OpenGL la scène de la question (2) en utilisant les fonctions glPushMatrix et glPopMatrix pour rendre les objets indépendants les uns des autres et simplifier l'écriture de la fonction scène.
(4) Programmer une scène OpenGL en plaçant 3 cubes de côté 2.0 aux 3 sommets d'un triangle équilatéral défini avec les caractéristiques suivantes :
Exercice n°2
(1) Programmer la scène OpenGL modélisant un bras robot simplifié composé d'un bras et d'un avant-bras.
(2) Modifier la fonction OpenGL de l'exercice n°1 en remplaçant les parallélépipèdes par des cylindres de tailles équivalentes à celles des objets qu'ils remplacent.
Exercice n°3 (supplémentaire) (1) Implanter en OpenGL une fonction de dessin d'une molécule de Benzène (C6H6).
Les atomes de carbone (atomes centraux) ont un rayon égal à 0.5.
(2) Modifier la modélisation de la molécule de benzène de la question précédente pour que les liaisons carbone-carbone soient alternativement des liaisons simples et
des liaisons doubles (voir figure ci-dessous).
Solutions
TD n°2 : Modélisation géométrique par facettes Exercice n°1
(1) Modéliser par facettes un cube de côté c centré sur l'origine du repère de modélisation. On ne générera pas les normales.
(2) Modifier la modélisation de la question précédente pour ajouter la gestion des normales.
Modéliser par facettes un cylindre selon les caractéristiques suivantes:
Question supplémentaire : Ajouter un découpage latéral (selon l'axe y) pour une valeur nl.
Solutions
TP n°3 : Modélisation géométrique par objets canoniques Exercice n°1 (1) Implanter la question n°4 de l'exercice n°1 du TD n°1 (les trois cubes).
(2) Implanter la question n°1 de l'exercice n°2 du TD n°1 (le bras robot). Les cylindres n'étant pas disponibles dans GLUt, on pourra se limiter aux premières questions de l'exercice c'est
à dire celles où des "cubes" sont utilisés. On pourra aussi utiliser des "sphères" (des ellipsoïdes) au lieu de cylindres. (3) Implanter des contrôles clavier permettant de modifier les angles r1 et r2 du bras robot de la question n°2. On utilisera les touches '1' et '4' pour augmenter et diminuer r1 et les touches '2' et '5' pour augmenter et diminuer r2. Exercice n°2 On considère une scène constituée d'une sphère de rayon 0.5 et d'un cube de côté 0.1. La sphère est centrée sur l'origine. Le cube est "posé" sur la sphère (accolé à la sphère) sur l'axe 0z.
Pour la suite de l'exercice, pour changer la couleur des objets et donc mieux les visualiser, on pourra glisser les lignes de codes suivantes
(1) Implanter une animation où le cube tourne autour de la sphère (sur la surface de la sphère et autour du centre de la sphère) dans le plan xOz à raison de 2° de rotation entre chaque image. (2) Modifier l'animation de la question (1) de façon à ce que chaque fois que le cube repasse à sa position initale, son plan de rotation subisse une rotation de 6° autour de l'axe Oz.
Solutions
TD n°3 : Matériel et lumières en OpenGL Tests divers sur les lumières et le matériel d'OpenGL en session interactive :
TP n°4 : Modélisation géométrique à base d'ensembles de facettes Exercice n°1
Modéliser par facettes une facette carrée percée d'un trou carré.
Exercice n°2
a) Implanter et valider la fonction de modélisation d'un cube de l'exercice 1 du TD n°2 (version avec normales). b) Implanter la modélisation de cube de la question a) en représentant chacune des 6 faces au moyen d'un maillage de n x n facettes carrées. c) Implanter et valider la fonction de modélisation d'un cylindre de l'exercice 2 du TD n°2 (version avec normales). Solutions
Epreuve n°1 : Modélisation géométrique et animation
TD n°4 : Programmation de lumières et d'un matériel, calcul de diffusion Exercice n°1
On souhaite modéliser des lumières au sein d'un programme destiné à réaliser la modélisation de scènes 3D illuminées. Exercice n°2
On souhaite modéliser des matériels au sein d'un programme destiné à réaliser la modélisation de scènes 3D constitués d'objets auxquels un matériel est attribué. Exercice n°3
On souhaite utiliser les classes développées aux exercices 1 et 2 pour implanter une méthode de calcul de la quantité de lumière diffusée par un matériel sous l'éclairage d'une lumière. Quelles sont les ajouts à réaliser aux classes des exercices 1 et 2 pour réaliser l'implantation ?
TP n°5 : Matériel et lumières en OpenGL
Soient les fichiers sources suivants : Le but de l'exercice consiste à modifier MateriauxEtLumieresBase.cpp pour y intégrer différentes fonctionnalités d'éclairage et d'attribution de matériaux.
(1) Ajouter les contrôles clavier permettant : (2) Modifier le paramétrage de la lumière 1 pour qu'elle devienne une lumière uniquement ambiante d'énergie (0.5,0.5,0.5). (3) Modifier le paramétrage de la lumière 2 pour qu'elle devienne une lumière uniquement diffuse d'énergie (1.0,0.0,0.0).
(4) Modifier le paramétrage de la lumière 3 pour qu'elle devienne une lumière uniquement spéculaire d'énergie (0.0,1.0,1.0). Dans les questions suivantes, les positions et directions spécifiées sont à considérer dans le repère global.
(5) Modifier les paramétrages des lumières 1, 2 et 3 pour qu'elles deviennent respectivement :
(6) Configurer la lumière 4 pour qu'elle devienne un spot blanc et diffus placé en position (-5.0,-5.0,10.0) éclairant vers l'origine du repère avec un angle d'ouverture de 2°.
(7) Tester les animations suivantes :
(8) Jouer sur le paramétrage des matériaux pour que les objets de la scène aient des looks différents : (9) Modifier la lumière 4 pour qu'elle intégre une décroissance de l'éclairage fonction inverse du carré de la distance (au lieu de sans atténuation). Modifier l'énergie de votre spot pour que la scène redevienne visible.
TD n°5 : Mathématiques pour l'Informatique Graphique Exercice n°1 a) Définir une méthode mathématique permettant de calculer la normale d'une facette triangulaire non dégénérée. b) Définir une méthode mathématique permettant de tester le parallèlisme de deux facettes triangulaires non dégénérées en utilisant uniquement les produit scalaire et produit vectoriel. c) Définir une méthode mathématique permettant de tester la planarité d'une facette quadrangulaire non dégénérée en utilisant uniquement les produit scalaire et produit vectoriel. d) Définir une méthode mathématique permettant de tester la convexité du bord d'une facette polygonale plane non dégénérée en utilisant uniquement les produit scalaire et produit vectoriel. Exercice n°2 L'implantation de l'algorithme de lancer de rayons nécessite de tester l'existence d'intersection(s) entre des rayons lumineux et les objets de la scène. a) Comment modéliser mathématiquement un rayon lumineux se déplaçant en ligne droite depuis un point d'émission donné et selon une direction donnée. b) On souhaite tester l'existence d'une intersection entre un rayon lumineux et une sphère caractérisée par son rayon et la position de son centre. Résoudre mathématiquement ce problème. Exercice n°3 Une courbe 3D est définie par la donnée de son système d'équations paramétriques. Celles-ci sont des équations polynomiales de degré 3. a) On souhaite calculer le vecteur vitesse de déplacement sur cette courbe. Comment faire ? b) On souhaite calculer le vecteur accélération de déplacement sur cette courbe. Comment faire ?
TP n°6 : Mise en route du projet
Le thème du projet est : Jeu de l'oie.
Les requis de développement sont les suivants :
Le calendrier du projet est :
Hiérarchie de classes
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