Penerapan Model Ray Tracing Pada OpenGL

Pada praktikum 7 mempelajari tentang ray tracing dan menerapkan metode ray tracing tersebut dengan OpenGL.

Metode Ray Tracing me-render obyek dengan melakukan penelusuran sinar dari mata ke arah obyek dengan memperhitungkan semua efek pencahayaan yang mengenai obyek tersebut seperti titik sinar, jumlah sinar dan lain sebagainya. Sehingga konsep dasar metode ini yaitu merunut pada proses yang dialami oleh sebuah cahaya dalam perjalanananya dari sumber cahaya hingga layer dan memperkirakan warna seperti apa yang akan ditampilkan pada pixel tempat jatuhnya cahaya. Kemudian proses tersebut akan terus diulang hingga seluruh pixel yang dibutuhkan telah terpenuhi.

Perbedaan kelebhan rasterisasi dengan ray tracing yaitu rasterisasi sulit mendapatkan tampilan yang cukup bagus namun proses perhitungannya lebih lama. 

Contoh Program :

#include "stdafx.h"

#include <windows.h>

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <math.h>

#include <glut.h>

#include <GLAux.h>          

#include <vector>

#include "praktikum07.h"

// tentukan ukuran window OpenGL

#define screenWidth 480

#define screenHeight 480

// buat variable untuk menyimpan bola yang akan dibuat

std::vector<Sphere> spheres;

// lakukan ray tracing dengan obyek bola

Vec3f trace(

const Vec3f &rayorig,

const Vec3f &raydir,

const std::vector<Sphere> &spheres, const int &depth)

{

float tnear = INFINITY;

const Sphere* sphere = NULL;

// hitung perpotongan cahaya ini dengan bola yang ada dilayar

for (unsigned i = 0; i < spheres.size(); ++i)

{

float t0 = INFINITY, t1 = INFINITY;

if (spheres[i].intersect(rayorig, raydir, t0, t1))

{

if (t0 < 0) t0 = t1;

if (t0 < tnear)

{

tnear = t0;

sphere = &spheres[i];

}

}

}

// jika tidak ada perpotongan maka kembalikan warna hitam atau warna background

if (!sphere) return Vec3f(2);

Vec3f surfaceColor = 0; // warna permukaan obyek yang berpotongan dengan sinar

Vec3f phit = rayorig + raydir * tnear; // titik perpotongan

Vec3f nhit = phit - sphere->center; // normal di titik perpotongan 

nhit.normalize(); // menormalisasikan arah normal

// jika normal dan arah pandang tidak berlawanan satu sama lain

// balikkan arah normal yang berarti arah sekarang berada didalam bola

// membuat bagian dalam bola bernilai benar.

float bias = 1e-4; // tambahkan bias pada titik dimana akan di telusuri

bool inside = false;

if (raydir.dot(nhit) > 0)

nhit = -nhit, inside = true;

if ((sphere->transparency > 0 || sphere->reflection > 0)

&& depth < MAX_RAY_DEPTH)

{

float facingratio = -raydir.dot(nhit);

// ubah nilai mix untuk memberikan efek

float fresneleffect = mix(pow(1 - facingratio, 3), 1, 0.1);

// hitung arah refleksi sinar

// (tidak perlu dinormalisasi karena sudah ternormalisasi di awal) 

Vec3f refldir = raydir - nhit * 2 * raydir.dot(nhit); refldir.normalize();

Vec3f reflection = trace(phit + nhit * bias,

refldir, spheres, depth + 1); Vec3f refraction = 0;

// jika bola nya transparan maka hitung sinar tembusnya

if (sphere->transparency)

{

float ior = 1.1, eta = (inside) ? ior : 1 / ior;

float cosi = -nhit.dot(raydir);

float k = 1 - eta * eta * (1 - cosi * cosi);

Vec3f refrdir = raydir * eta + nhit * (eta * cosi - sqrt(k));

refrdir.normalize();

refraction = trace(phit - nhit * bias, 

  refrdir, spheres, depth + 1);

}

// hasilnya merupakan campuran dari pantulan dan tembusan cahaya

// (jika bolanya transparan)

surfaceColor = (reflection * fresneleffect + refraction

* (1 - fresneleffect) * sphere->transparency)

* sphere->surfaceColor;

}

else {

// bila obyek diffuse tidak perlu dilakukan ray tracing 

for (unsigned i = 0; i < spheres.size(); ++i)

{

if (spheres[i].emissionColor.x > 0)

{

// cahaya

Vec3f transmission = 1;

Vec3f lightDirection = spheres[i].center - phit;

lightDirection.normalize();

for (unsigned j = 0; j < spheres.size(); ++j)

{

if (i != j)

{

float t0, t1;

if (spheres[j].intersect(phit + nhit * bias, lightDirection, t0, t1))

{

transmission = 0;

break;

}

}

}

surfaceColor += sphere->surfaceColor * transmission

* max(float(0), nhit.dot(lightDirection))

* spheres[i].emissionColor;

}

}

}

return surfaceColor + sphere->emissionColor;

}

// fungsi untuk menggambar obyek 

void drawObject()

{

float invWidth = 1 / float(screenWidth); 

float invHeight = 1 / float(screenHeight); 

float fov = 45;

float aspectratio = screenWidth / float(screenHeight);

float angle = tan(M_PI * 0.5 * fov / 180.);

// telusuri sinar

for (unsigned y = 0; y < screenHeight; ++y)

{

for (unsigned x = 0; x < screenWidth; ++x)

{

float xx = (2 * ((x + 0.5) * invWidth) - 1) * angle * aspectratio;

float yy = (1 - 2 * ((y + 0.5) * invHeight)) * angle;

Vec3f raydir(xx, yy, -1);

raydir.normalize();

Vec3f pixel = trace(Vec3f(0), raydir, spheres, 0);

// tentukan warna setiap titik 

float r = min(float(1), pixel.x); float g = min(float(1), pixel.y); float b = min(float(1), pixel.z);

// gambar titik warna permukaan hasil ray tracing 

glColor3f(r, g, b);

glBegin(GL_POINTS);

glVertex2f(-1.0f + 2 * (float)x / screenWidth, 1.0f - 2

* (float)y / screenHeight);

glEnd();

}

}

}

// taruh semua obyek yang akan digambar di fungsi display()

void display()

{

    // bersihkan layar dan buffer

    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

    glLoadIdentity();

    // posisikan kamera pandang

    // dalam hal ini sumbu Y ada diatas dan posisi kamera pandang di (posX, posY, posZ)

 //   gluLookAt(posX, posY, posZ, posX + rotX, posY + rotY, posZ + rotZ, 0.0f, 1.0f, 0.0f);

    // panggil fungsi untuk menggambar obyek

    drawObject();

    

    // tampilkan obyek ke layar

    // gunakan glFlush() bila memakai single buffer

    // gunakan glutSwapBuffers() bila memakai double buffer

    glutSwapBuffers();

}

// inisialisasi variabel, pencahayaan, tekstur dan pengaturan kamera pandang di fungsi init()

void init(void)

{

// inisialisasi warna latar belakang layar dalam hal ini warna putih 

glClearColor(1.0, 1.0, 1.0, 0.0);

glEnable(GL_DEPTH_TEST); // mengaktifkan depth buffer

glMatrixMode(GL_PROJECTION);

glLoadIdentity();

gluOrtho2D(0, screenWidth, 0, screenHeight); // set proyeksi ke orthogonal

// posisi bola, radius bola, warna permukaan, tingkat pantulan,

// transparansi, warna emisi

// buat 3 bola biasa

spheres.push_back(Sphere(Vec3f(0.0, -10004, -20), 10000, Vec3f(0.20, 0.20, 0.20), 0, 0.0));

spheres.push_back(Sphere(Vec3f(0.0, 0, -30), 4,

Vec3f(1.00, 0.32, 0.36), 1, 0.5));

spheres.push_back(Sphere(Vec3f(5.0, -1, -25), 2, Vec3f(0.90, 0.89, 0.12), 1, 0.0));

// buat 1 bola cahaya 

spheres.push_back(Sphere(Vec3f(0.0, 20, -40), 3,

Vec3f(0.00, 0.00, 0.00), 0, 0.0, Vec3f(3)));

                    

}

// fungsi ini digunakan bila layar akan diresize (default)

void reshape(int w, int h)

{

    glViewport(0, 0, (GLsizei)w, (GLsizei)h);

    glMatrixMode(GL_PROJECTION);

    glLoadIdentity();

    gluPerspective(45, (GLfloat)w / (GLfloat)h, 1.0, 100.0);

    glMatrixMode(GL_MODELVIEW);

}

// timer untuk animasi (gunakan bila perlu)

void timer(int value)

{

    glutPostRedisplay();

    glutTimerFunc(55, timer, 0);

}

// program utama

int main(int argc, char** argv)

{

srand48(13);

// inisialisasi jendela OpenGL

// GLUT_SINGLE berarti memakai single buffer

// GLUT_DOUBLE berarti memakai double buffer

// GLUT_RGB berarti mode tampilan yang dipakai RGB

// GLUT_RGBA berarti mode tampilang yang dipakai RGBA

// GLUT_DEPTH berarti memakai depth buffer

glutInit(&argc, argv);

glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGBA | GLUT_DEPTH);

// set ukuran jendela tampilan 

glutInitWindowSize(screenWidth, screenHeight);

glutInitWindowPosition(100, 100);

// judul jendela (wajib diubah dengan informasi NAMA / NIM - JUDUL PRAKTIKUM)

glutCreateWindow("Imam Muamar Kharisma/ 1502318006- PRAKTIKUM 07 : RAY TRACING");

  //  glutCreateWindow("PRAKTIKUM 04 - IMAM MUAMAR KHARISMA - 1501318006");

printf("PRAKTIKUM 07\n "); 

printf("Imam Muamar Kharisma\n "); 

printf("\n "); 

printf("\n "); 

printf("\n "); 

printf("\n ");

// panggil fungsi init untuk inisialisasi awal

init();

// event handler untuk display

glutDisplayFunc(display); // display

// looping 

glutMainLoop();

return 0;

}

Screecshoot :

• Tweet
• Share
• Share
• Share
• Share