Computação Gráfica Básica em C

Esse repositório contém alguns algoritmos clássicos de Computação Gráfica implementados em C. Esse projeto é parte da cadeira de Computação Gráfica da UFRPE (BCC, 2023.1). Especificamente, esse repositório contém uma pipeline de renderização simples baseada no scanline e o modelo de reflexão e tonalização de Phong. Para execução da pipeline, são necessários os arquivos que descrevem: (i) a câmera virtual; (ii) a malha do objeto 3D; e (iii) a iluminação da cena.

Quickstart

Para testar os resultados obtidos, basta realizar o download do executável mais recente com seu sistema operacional (Windows ou Linux) e extrair os arquivos presentes no zip. Uma outra opção é compilar o projeto manualmente (necessário o SDL2, CMake e Make) utilizando o Makefile e CMake.

Uma vez realizado obtido o executável, podemos testar a pipeline de renderização da seguinte forma:

# Executando em sistemas Linux-like
# ./render <path/to/camera.txt> </path/to/object.byu> </path/to/light.lux>
./render camera_1.txt calice2.byu basic.lux    

# Executando no Windows
# render.exe <path/to/camera.txt> </path/to/object.byu> </path/to/light.lux>
render.exe camera_1.txt calice2.byu basic.lux    

Ao executar as linhas acima, será produzido como resultado a seguinte visualização:

Podemos atualizar os arquivos de câmera (.txt) e de objeto (.byu) e apertar a tecla R para reexecutar o processo de renderização.

Arquivo de descrição da Câmera

O arquivo de descrição da câmera possui os parâmetros da câmera virtual a serem utilizadas no processo de renderização. A tabela a seguir contém a descrição de cada um desses parâmetros.

Parâmetro	Descrição
C	vetor, representa o ponto de foco.
N	vetor, base ortonormal do sistema.
V	vetor, base ortonormal do sistema.
d	escalar, define a distância do foco ao plano de vista.
hx	escalar, determina o retângulo de vista.
hy	escalar, determina o retângulo de vista.

Um exemplo para esse arquivo é:

C = 0 -500 500
N = 0 1 -1
V = 0 -1 -1
d = 5
hx = 2
hy = 2

Arquivo de descrição do Objeto

Esse é um arquivo que descreve a malha 3D do objeto a ser renderizado. Nele, são definidos todos os triângulos em coordenadas globais e como eles se conectam para formar o objeto. O formato desse arquivo é .byu e ele deve conter os seguintes dados:

<no de vértices> <no de triângulos>
<coordenada x do vértice 1> <coordenada y do vértice 1> <coordenada z do vértice 1>
<coordenada x do vértice 2> <coordenada y do vértice 2> <coordenada z do vértice 2>
...
<coordenada x do vértice n> <coordenada y do vértice n> <coordenada z do vértice n>
<índice do vértice 1 do triângulo 1> <índice do vértice 2 do triângulo 1> <índice do vértice 3 do triângulo 1>
<índice do vértice 1 do triângulo 2> <índice do vértice 2 do triângulo 2> <índice do vértice 3 do triângulo 2>
...
<índice do vértice 1 do triângulo k> <índice do vértice 2 do triângulo k> <índice do vértice 3 do triângulo k>

Arquivo de descrição de Iluminação

Esse é um arquivo que define os parâmetros de iluminação (ambiente, difusa e especular) para a cena e o objeto 3D. O formato desse arquivo é .lux e ele deve conter os seguintes parâmetros:

Parâmetro	Descrição
Iamb	vetor, representa a cor da luz ambiente.
Ka	escalar, coeficiente de reflexão ambiental.
Il	cor da luz incidente da componente difusa.
Pl	vetor, posição da fonte de luz.
Kd	vetor, coeficiente de reflexão difusa.
Od	vetor, cor difusa da superfície do objeto.
Ks	escalar, coeficiente de reflexão especular do objeto.
eta	escalar, modela o tamanho do destaque especular.

Um exemplo para esse arquivo é:

Iamb = 100 100 100
Ka = 0.2
Il = 127 213 254
Pl = 60 5 -10
Kd = 0.5 0.3 0.2
Od = 0.7 0.5 0.8
Ks = 0.5
eta = 1

Compilando o projeto (Linux)

Também é possível realizar o clone do repositório e compilar o projeto (~15s) para geração do executável. Para realizar a compilação, é necessário:

• SDL2: https://wiki.archlinux.org/title/SDL;
• CMake (3.20+): https://cmake.org/;
• Make;

Uma vez que todas as dependências estejam instaladas, podemos fazer:

git clone https://github.com/moesio-f/classic-cg/
cd classic-cg
make
./build/render data/camera/camera_1.txt data/objects/maca2.byu

# Para realização o cross-compile para windows
# precisamos do mingw64 e do SDL2 para o mingw64
# após isso, podemos fazer:
# make compile-windows