Projeto da UC de Computação Gráfica - 2023/2024

Engine 3D

Definição

Engine 3D gráfica para visualização de primitivas (figuras geométricas) e criação de cenas gráficas.

Notas do repositório

• Neste repositório existem 4 versões deste projeto representando as 4 fases.
• As fases 1, 2 e 3 representam etapas do projeto que não foram alteradas desde a sua entrega (sendo estas as menos instáveis).
• Estas fases também contém testes especificados para cada uma, que mostram o estado do projeto em cada fase.
• A fase 4 é a fase final e a mais estável e contém os testes de todas as fases (a fase que deve ser usada para execução do projeto).
• Cada fase é compatível com todas as fases seguintes, mas não existe retrocompatibilidade entre fases (testes da fase N não funcionam em qualquer fase < N).

Visão geral dos programas

A execução e explicação detalhada destes programas encontra-se aqui

Generator

• Programa de execução imediata (sem interação).
• Criação de ficheiros formatados com a primitiva gerada para execução.

Engine

• Programa que cria cenas visuais das primitivas geradas pelo gerador.
• É interativa.

Funcionalidades

Diretórios

Nota: Todos os comandos que serão listados aqui podem assumir dois PWD:

• Para compilação o PWD é a raiz deste repositório.
• Para execução, o PWD deve ser alterado para /FASEN/build

cd FASEN
cd build

Onde N representa o número da fase.

Compilação

Notas:

• Este projeto utiliza o CMake para compilação pelo que deve ser instalado.
• Para além disso deve ser colocado no CMakeLists.txt da fase a ser executada o caminho para os toolkits (linha 77).
• Cada fase pode ser compilada individualmente com o comando

make build_fN

Onde N representa o número da fase.

• Ou então é possível compilar tudo ao mesmo tempo com o comando

make

• Será criada a pasta build dentro da fase compilada com todos os artifactos da compilação (incluindo os executáveis).
• Este comando também gera automaticamente as primitivas necessárias para os testes dessa fase.
• As pastas build podem ser apagadas.
• Porém e recomendado fazer isso apenas quando necessário visto que contém ficheiros de cache que aceleram o processo de compilação.
• Para fazer isso basta executar o comando

make clean

Generator

Este programa gera as primitivas em formato .3d para serem lidos pela engine.

• Para executar, no diretório de execução basta executar o comando

./Release/generator "type" [args] "local_de_saida"

• Precisa de ser dado o local de saída que deve ser a pasta out da fase N (por predefinição os testes da engine usam essa pasta) como será exemplificado de seguida

Tipos de primitivas

Plano

• Um plano precisa do seu tamanho L (lado) e de divisões X (será criado um plano de lado L com X por X divisões
• Pode ser gerado assim:

./Release/generator plane 2 3 ../FASEN/out/nome_do_ficheiro.3d

Caixa

• Uma caixa precisa das mesmas coisas que um plano visto que a caixa é constituída por 6 planos.
• Pode ser gerado assim:

./Release/generator box 2 3 ../FASEN/out/nome_do_ficheiro.3d

Esfera

• Uma esfera precisa do seu raio, de slices e stacks. As stacks representam "linhas de latitude" e slices representam quantas divisões constituem cada stack
• Pode ser gerado assim:

./Release/generator sphere 1 10 10 ../FASEN/out/nome_do_ficheiro.3d

Cone

• Um cone precisa de um raio da base, altura, slices e stacks (como a esfera)
• Pode ser gerado assim:

./Release/generator cone 1 2 4 3 ../FASEN/out/nome_do_ficheiro.3d

Anel

• Um anel precisa de um raio interno, um raio externo e de divisões (quanto mais divisões mais detalhado o anel fica)
• Pode ser gerado assim:

./Release/generator ring 1.5 2 40 ../FASEN/out/nome_do_ficheiro.3d

Patch

• O generator suporta geração de figuras através de patches de bezier. Este lê os pontos de control e cria os pontos da figura de acordo.
• Os pontos de controlo devem estar num ficheiro de formato .patch na pasta patches.
• Precisa do ficheiro patch e da tesselação (tamanho das divisões, quanto mais, maior detalhe e menor performance).
• Pode ser gerado assim:

./Release/generator patch ../FASEN/patches/teapot.patch 10 FASEN/out/bezier_10.3d

Engine

Este programa cria cenas visuais com as primitivas geradas pelo gerador.

• Para executar a engine basta executar o comando no diretório de execução:

./Release/engine "xml_teste"

Ficheiros XML

As cenas devem ser escritas num ficheiro XML com um formato específico onde são dadas informações sobre a camera, luz, possíveis transformações nas figuras e cor.

• Os ficheiros de teste foram evoluindo ao longo das fases, logo não existir retrocompatibilidade entre as fases.
• A fase 4 contém todos os ficheiros de teste XML onde pode ser analisada a sua estrutura (pastas test).
• Na fase 4 qualquer teste pode ser executado, tendo que ser o caminho para ele especificado.
• Por exemplo:

./Release/engine ../test_files_4/test_4_3.xml

• A engine abrirá com a cena visual correspondente ao teste.

Controlos da engine

É possível interagir com a engine através de binds implementadas para isso:

• Rodar a camera:

  • W: Mover a camera para baixo
  • S: Mover a camera para cima
  • A: Mover a camera para direita
  • D: Mover a camera para esquerda

• Modo de visualização:

  • F: Alterar para modo fill
  • L: Alterar para o modo line (visualizar os triângulos)
  • P: Alterar para o modo ponto (visualizar os pontos individuais)

• Modo de desenho:

  • V: Ativar/Desativar modo VBO

• Extra:

  • C: Ativar/Desativar visualização das curvas de Catmull-Rom

VBO

A engine suporta dois modos de desenho das cenas:

• VBO Off:

  • Também conhecido como "modo clássico", desenha os pontos guardados em memória.
  • Performance reduzida, pois precisa de processamento para aceder à memória para ler os pontos.

• VBO On:

  • Carrega os pontos para a GPU (permite rápido acesso visto que as funcionalidades de desenho acontecem lá).
  • Considerável aumento da performance.

Conclusão

Trabalho realizado por Pedro Silva, António Silva, Diogo Barros e Duarte Leitão no âmbito da UC de Computação Gráfica.