19 OpenGL 01 - PUC-Riowebserver2.tecgraf.puc-rio.br/~abraposo/INF1366/2007/19...Pipeline OpenGL •...

OpenGLOpenGL

Alberto B. Raposo

http://www.opengl.org

OpenGL: o que é?

• API– Interface para programador de aplicação

Aplicação

API abstrata

API

Hardware & Software

Dispositivo

de saída

Dispositivo

de entrada

Por que OpenGL?

• rápido• relativamente simples• arquitetura bem definida• bem documentado• independente de sistemas de janelas• primitivas geométricas e imagens• padrão

– disponível em diversas plataformas

Bibliotecas

• O OpenGL propriamente dito:– libGL.so ou opengl32.dll e opengl32.lib

– GL.h ou gl.h

• OpenGL Utility library (GLU): já vem com o OpenGL– libGLU.so ou glu32.dll e glu32.lib

– GLU.h ou glu.h

• O glut toolkit:

– libglut.a ou (glut32.dll e glut32.lib)

– glut.h

OpenGL / GLU

• Aproximadamente 250 comandos e funções– 200 do core OpenGL– 50 da GLU – OpenGL Utility Library

• GLU– contém várias rotinas que utilizam os comandos

OpenGL de baixo nível para executar tarefascomo setar as matrizes para projeção e orientação da visualização, e fazer o rendering de uma superfície

• No Microsoft Visual C++#include <windows.h> #include <gl/gl.h> #include <gl/glu.h>

GLUT

• GLUT - OpenGL Utility Toolkit– toolkit independente de plataforma– Por ser portável, OpenGL não possui funções

para gerenciamento de janelas, tratamento de eventos e manipulação de arquivos

• GLUT faz isso (criação de janelas e menus popup, gerenciamento de eventos de mouse e teclado, etc)

• http://www.opengl.org/resources/libraries/glut/

• http://www.xmission.com/~nate/glut.html

– criada para facilitar o aprendizado e a elaboraçãode programas OpenGL

– independente do ambiente de programação– pegar glut.dll e glut32.dll

Aplicação típica

Aplicação

Sistema de

Interface (GLUT) OpenGL

GLU

Hardware

Nomes de funções

• Todos os nomes das funções OpenGL seguem umaconvenção que indica de qual biblioteca a função fazparte e, freqüentemente, quantos e que tipos de argumentos a função tem. – <PrefixoBiblioteca> <ComandoRaiz>

<ContadorArgumentosOpcional> <TipoArgumentosOpcional>

• Exemplos:– glColor3f possui Color como raiz. O prefixo gl representa a

biblioteca gl, e o sufixo 3f significa que a função possui trêsvalores de ponto flutuante como parâmetro.

– Variações da função: recebe três valores inteiros comoparâmetro (glColor3i), três doubles (glColor3d) e assim pordiante.

– glVertex2f...

Primitivas geométricas básicas

Ponto Linha

Polígono

Triângulo

Quadrado

Objetos 3D

From SIGGRAPH’97 course

Imagem e Textura

Pipeline OpenGL

• Como uma aplicação faz chamadas às funções API OpenGL, oscomandos são colocados em um buffer de comandos. Este buffer épreenchido com comandos, vértices, dados de textura, etc. Quandoeste buffer é "esvaziado", os comandos e dados são passados para o próximo estágio

• Após a etapa de aplicação das transformações geométricas e dailuminação, é feita a rasterização, isto é, é gerada a imagem a partirdos dados geométricos, de cor e textura. A imagem final, então, écolocada no frame buffer, que é a memória do dispositivo gráfico. Istosignifica que a imagem é exibida no monitor .

http://www.inf.pucrs.br/~manssour/OpenGL

Pipeline de renderização

VérticesOperações

geométricas

Operações

sobre imagensImagens Textura

RasterizaçãoOperações

sobre

fragmentos

Frame

Buffer

Máquina de Estados

• OpenGL é uma máquina de estados. É possívelcolocá-la em vários estados (ou modos) que não sãoalterados, a menos que uma função seja chamadapara isto. – Ex.: a cor corrente é uma variável de estado que pode ser

definida como branco. Todos os objetos, então, sãodesenhados com a cor branca, até o momento em que outracor corrente é especificada.

– Outros exemplos de variáveis de estado: estilo (padrão) de linha, posições e características de luzes, propriedades de materiais de objetos que estão sendo desenhados, etc.

• Agrupar objetos por estados pode ser interessante para ganharperformance na etapa de renderização (i.e., envia-se objetoscom mesmos estados em seqüência para a GPU, diminuindoos comandos de troca de estados).

Maquina de Estados

• Trecho de programa a seguir mostraum exemplo da utilização dos estados.

Primeiro Exemplo

Define a função de desenho

“Título” da janela criada

Define modo de operação da GLUT

glutInitDisplayMode

• Parâmetros– GLUT_SINGLE: usa apenas um buffer de cor. A função que

efetua exibição da imagem é glFlush

– GLUT_DOUBLE: usa 2 buffers de cor. Um (visível) armazena a imagem mostrada e outro (invisível) armazena a imagem que está sendo construída. Ao finalizar a construção da imagem, força-se a troca dos buffers com a função glutSwapBuffers

• Double buffering é bom para animações

– GLUT_DEPTH: define que se necessita do Z-buffer– GLUT_RGB/GLUT_RGBA: define que cores são

especificadas por componentes RGB e A (alfa –transparência)

– GLUT_INDEX: cores do programa são especificadas por tabela de cores

Definindo primitivas

• Sempre entre glBegin e glEnd

…define attributo de vértice

…define vértice

glBegin(tipo_de_prim);

glEnd();

Tipos de primitivas em OpenGL

GL_LINES

0

1

2

3 5

4

GL_LINE_STRIP

0

1

2

3

GL_LINE_LOOP0 1

234

GL_POLYGON(convexo)

04

3

2

1

GL_QUADS

03

21

4 7

65

GL_QUAD_STRIP

0

31

2 4

5

GL_TRIANGLES

0

1

2

34

5

GL_TRIANGLE_STRIP

1

02

3

4

5

GL_TRIANGLE_FAN

0

1

2 3

4

GL_POINTS

01

2

Segundo Exemplo

OpenGL: Uma Abordagem Prática e Objetiva

M. Cohen e I. H. Manssour

Segundo Exemplo (cont.)

Indica qual matriz estará no topo da pilha para operações subsequentes:

GL_MODELVIEW: matriz do modelo

GL_PROJECTION: matriz de projeção

GL_TEXTURE: matriz de textura

Define a janela quando se trabalha com projeção 2D:

Parâmetros: x mínimo, x máximo, y mínimo, y máximo

Segundo Exemplo (cont.)

Terceiro Exemplo

Inicializa sistema de coordenadas: sem esse comando, poderia dar erro

Terceiro Exemplo (cont.)

A viewport define a área dentro janela,

em coordenadas de tela, que OpenGL

pode usar para fazer o desenho. O

volume de visualização é, então,

mapeado para a nova viewport. Os 2

primeiros parâmetros são as coordenadas

do canto inferior esquerdo na tela, e as

2 últimas são largura e altura.

Terceiro Exemplo (cont.)

Window vs Viewport

• Window– Parte do universo que é do interesse

(parte do mundo que está sendo visualizada).

• SRU: Sistema de Referência do Universo

• Viewport– Parte do monitor onde será visualizado o

conteúdo

Window vs Viewport

Window vs Viewport

Transformações geométricas

Quarto Exemplo

Primitiva “clássica” em CG: bule

Quarto Exemplo (cont.)

Quarto Exemplo (cont.)

marks the normal plane of current

window as needing to be redisplayed.

gluPerspective

glMatrixMode(GL_PROJECTION);

glLoadIdentity( );

gluPerspective(fovy, aspect, near, far);

glMatrixMode(GL_PROJECTION);

glLoadIdentity( );

gluPerspective(fovy, aspect, near, far);

w / h

gluLookAt

gluLookAt(eyex, eyey, eyez, atx, aty, atz, upx, upy, upz);gluLookAt(eyex, eyey, eyez, atx, aty, atz, upx, upy, upz);

Outras Primitivas 3D

http://www.inf.pucrs.br/~manssour/

OpenGL/Tutorial.html

Solid

• Todas as primitivas anteriores podem ser também sólidas, ao invés de Wireframe:– Ex.: glutSolidTeapot(50.0f)

Exemplo de Animação

Exemplo de Animação (cont.)

c

Tem que chamar a

função timer de novo

Exemplo de Animação (cont.)

Exemplo de Animação (cont.)

http://www.inf.pucrs.br/~manssour/

OpenGL/Tutorial.html

Iluminação em OpenGL

• Shading– Função glShadeModel.

• Parâmetros: GL_FLAT ou GL_SMOOTH (Gouraud shading, default)

• Material

pname: pode determinar as seguintes propriedades do material: GL_AMBIENT, GL_DIFFUSE,

GL_SPECULAR, GL_EMISSION, GL_SHININESS, GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE

ou GL_COLOR_INDEXES

params: vetor que contém as componentes da propriedade que está sendo espeficada

Iluminação em OpenGL

Variação da função

Iluminação em OpenGL

• Modelo de iluminação

Iluminação em OpenGL

• Fontes de luz: Ambiente, Difusa, Especular, Emissiva

Iluminação em OpenGL

Exemplo de Programa com Iluminação

Exemplo de Programa com Iluminação

Exemplo de Programa com Iluminação

Exemplo de Programa com Iluminação

Exemplo de Programa com Iluminação

Material Adicional

• http://www.novateceditora.com.br/livros/opengl• http://www.inf.pucrs.br/~manssour/OpenGL/Tutorial.

html• http://www.cs.trinity.edu/About/The_Courses/cs357/

gl.html• http://www.opengl.org/resources/code/samples/s20

01/• http://fly.cc.fer.hr/~unreal/theredbook/