Computer Graphics Assignment2

Overview

• 이 프로젝트는 평면과 세 개의 구로 구성된 장면을 레이 트레이싱 알고리즘으로 렌더링하는 과제입니다.
• Q1 - Phong 모델을 기반으로 조명을 계산하며, 광원, 재질 특성(ambient, diffuse, specular), 그림자 효과 등을 모두 직접 구현합니다.(컬러)
• Q2 - Gamma correction을 구현합니다.
• Q3 - Antialiasing을 구현합니다.

---

Table of Contents

• Compilation Instructions
• Run Instructions
• Short Description

---

Compilation Instructions

Using Visual Studio

1. 솔루션 열기
   openglviewer.sln 파일을 Visual Studio에서 엽니다.
2. 프로젝트 설정 확인
   • Include 디렉토리: include 폴더 경로가 포함되어야 합니다.
   • Library 디렉토리: lib 폴더 경로가 포함되어야 합니다.
3. Clean & Rebuild
   상단 메뉴에서 Build > Clean Solution을 선택한 후, Build > Rebuild Solution을 실행하여 최신 코드를 빌드합니다. 또는 단축키(Ctrl + Shift + B)로 빌드 가능

---

Run Instructions

1. 실행 파일로 실행 (권장)

• 빌드가 완료되면 실행 파일이 bin 폴더에 생성됩니다:
  • ComputerGraphicsHW2_Q1.exe
  • ComputerGraphicsHW2_Q2.exe
  • ComputerGraphicsHW2_Q3.exe
• 원하는 .exe 파일을 더블 클릭하여 실행합니다.

---

2. Visual Studio에서 실행

• 솔루션에는 총 3개의 프로젝트가 포함되어 있습니다.
• 특정 프로젝트만 실행하려면:
  1. 솔루션 탐색기에서 원하는 프로젝트를 마우스 오른쪽 클릭
  2. "Set as Startup Project" 선택
  3. Ctrl + F5를 눌러 실행 (디버깅 없이 실행)

---

3. 실행 시 동작

• 프로그램 실행 후, 계산된 최종 이미지가 창에 출력됩니다.
• 프로그램 종료는 키보드에서 ESC 키 또는 Q 키를 누르면 됩니다.

---

Short Description

Q1 - Material struct 추가

• ka, kd, ks, specularPower의 정보를 담는 struct를 추가해준다.

Q1 - Sphere Class에 intersect 함수의 인자로 법선벡터(normal) 추가

• 카메라의 광선이 Sphere에 맞는 위치에서 구의 중심 위치를 빼서 법석벡터를 구한 값을 참조를 통해 값을 넘겨겨준다.

Q1 - Plane Class에 intersect 함수의 인자로 법선벡터(normal) 추가

• 여기서의 Plane은 y값만 인자로 받는 Plane이기 때문에 법선벡터는 vec3(0.0f, 1.0f, 0.0f) 고정이다. 이 값을 인자로 넘겨준다.

Q1 - Scene Class에 trace함수에서 흑백처리 -> 컬러처리(Lighting, Shawdow, Phong illumination)로 수정

• 1. 기존의 카메라광선과 물체가 hit할 시 흰 색으로 return하던 부분을 빼준다.
• 2. 빛의 정보를 추가해준다.
• 3. 빛의 색상을 흰색으로 설정한다.
• 4. 빛의 방향을 빛의 위치에서 카메라광선과 물체가 hit한 point를 빼주고 단위벡터로 만들어준다.
• 5. 자신을 향한 방향의 단위벡터를 카메라광선의 반대방향으로 구해준다.
• 6. 빛까지의 반대 방향 벡터와 카메라광선과 충돌한 각 물체의 지점에서의 법선벡터를 reflect를 통해 빛이 반사된 reflectDir 벡터를 알아낸다.
• 7. 그림자를 처리하기 위해 각 물체의 충돌한 지점에서 빛을 향하는 Ray를 하나 만들어준다.
• 8. 이때 충돌한 지점에서 빛까지의 방향으로 Ray를 만들면 중복처리등의 문제가 발생할 수도 있기에 법선벡터방향으로 아주 작은 값을 시작지점에 더해줘서 문제를 없애준다.
• 9. 모든 surfaces를 돌면서 그림자 광선이 충돌하는 surfaces가 있는지 확인한다.
• 10. 이때 빛과 시작지점 사이에 물체가 있는지 확인하는 과정이므로 이 사이값안에서만 intersect하는 지 확인한다.
• 11. 만약 intersect하는 surface가 있다면 색상값에서 ka값만 즉, ambient값만 반환해준다.
• 12. 그림자 처리를 지나고 그림자가 지는 공간이 아니라면 나머지 값들도 계산해준다.
• 13. ambient는 각 물체에 설정한 ka값대로 설정한다.
• 14. diffuse값은 물체의 법선벡터와 빛의 방향과 내적을 통해 최소 0보다 큰 값으로 설정한다.
• 15. specular는 카메라광선의 반대방향인 보이고 있는 viewDir과 빛이 반사된 reflectDir과 내적을 한 0보다 큰 값을 미리 설정한 specularPower값만큼 제곱해주어 물체의 재질등을 표현해준다.
• 16. 한 픽셀에서의 색상정보는 ambient와 diffuse, specular값을 더한 값으로 넘겨준다.
• 17. 넘겨받은 값을 이미지에 넣어서 결과물을 완성한다.

Q2 - Gamma correction (γ = 2.2)

• render함수에서 각 픽셀의 색을 OutputImage에 넣기 전 r,g,b의 각각의 성분에 (color의 r,g,b)^(1/2.2)을 통해 제곱을 해주어 Gamma correction을 구현하였다.

Q3 - Antialiasing (N = 64)

• 1. Camera클래스의 GetRay함수에서 각 픽셀의 위치를 구하는 과정에서 ix, iy에 0.5를 더하는 값을 0 ~ 1 사이의 랜덤한 float형 값으로 바꿔준다.
• 2. render함수에서 각 픽셀에서의 컬러를 구할 때 하나의 정해진 픽셀의 위치에서 나오는 컬러값에서 Getray함수에 랜덤한 offsetX, offsetY값을 넣어주어 여기서 나온 color값을 구한다. 총 이 과정을 64번 반복하여 나온 color값을 64로 나눠주면 된다.
• 3. 이러한 과정을 통해 한 픽셀내에서 랜덤한 64개의 위치에서의 color값의 평균을 내어 Antialiasing을 구현할 수 있다.