Introdução Prática à Programação em OpenGL

An Interactive Introduction to OpenGLProgramming

SIGGRAPH 2001 - Los Angeles 1

Marcelo Walter - UFPE

Introdução Prática à Programaçãoem OpenGL

Marcelo Walter

2Marcelo Walter - UFPE

Objetivos

Demonstrar o suficiente de OpenGL, a fim deque você possa escrever um programa decomputação gráfica interativo com objetos3D




OpenGL…

Permite criar programas interativos queproduzem imagens coloridas de objetos emmovimento


Exemplos Simples

Worms• Bidimensional (2D)

Gears• Tridimensional (3D)




Características Principais

Início em 1992• Projetada para aplicações gráficas interativas 2D e 3D

Descendente de GL (Graphics Library - SGI)Controlada pelo

• Consórcio de indústrias

• 3DLabs, ATI, Discreet, Evans&Sutherland, Intel, Nvidia,SGI, Sun

• … creation of open standard APIs to enable theauthoring and playback of dynamic media on a widevariety of platforms and devices


Versão atual 3.0 (agosto 2008)A partir da versão 1.4 incluiu OpenGL

Shading Language• Programação em Hardware

Linux: MESA (www.mesa3d.org) FREE




Família

Embedded systems


Mais informação www.opengl.org




Livros

OpenGL ProgrammingGuide (Woo, Neider,Davis - Addison-Wesley )

Interactive ComputerGraphics: A Top-DownApproach with OpenGL(E. Angel - Addison-Wesley)

http://www.opengl.org/resources/code/samples/redbook/


Livros

OpenGL ExtensionsGuide (Eric Lengyel)

Opengl ShadingLanguage (Randi J.Rost)




Livros

OpenGL Programming forthe X Window System

OpenGL GameProgramming (Astle,Hawkins, LaMothe)


Porque aprender OpenGL?

Padrão gráfico para aplicações industriais,entretenimento, visualização, etc.

Opção independente de plataforma dehardware

Compete com DirectX (Direct3D)Aprender conceitos de CG




OpenGL como Sintetizador deImagens (Renderizador)

Primitivas geométricas• pontos, linhas e polígonos

Primitivas de ImagensRenderização depende do ESTADO atual

• cor, tipo de linha, escala, etc

• As variáveis de controle têm valores default

Não gerencia eventos de controle (mouse,exibição, teclado, etc)


Formato dos Comandos emOpenGL

glVertex3fv( v )

Número decomponentes

2 - (x,y) 3 - (x,y,z)4 - (x,y,z,w)

Tipo de Dadob - byteub - unsigned bytes - shortus - unsigned shorti - intui - unsigned intf - floatd - double

Vector

omit “v” forscalar form

glVertex2f( x, y )




Primitivas Geométricas de OpenGL

Todas primitivas geométricas são especificadas porvértices

GL_QUAD_STRIP

GL_POLYGON

GL_TRIANGLE_STRIPGL_TRIANGLE_FAN

GL_POINTSGL_LINES

GL_LINE_LOOPGL_LINE_STRIP

GL_TRIANGLES

GL_QUADS


Exemplo Simples

void desenhaRhombus( GLfloat color[] ){

glBegin( GL_QUADS ); glColor3fv( color ); glVertex2f( 0.0, 0.0 ); glVertex2f( 1.0, 0.0 ); glVertex2f( 1.5, 1.118 ); glVertex2f( 0.5, 1.118 ); glEnd();

}




Pipeline deVisualização Modeling

Transformation

ViewingTransformation

ProjectionTransformation

Lighting

3D Geometric Primitives

Image

Clipping

ScanConversion

1

2

3


Transformações em OpenGL

ModelagemVisualização

• Orientação da câmera

• Projeção

AnimaçãoMapeamento para a tela




Analogia com Câmera

3D é como tirar fotografias (muitas!)

câmera

tripé modelo

volumede visualização


Analogia com Câmera eTransformações

Transformações de Projeção• ajusta a lente da câmera

Transformações de Visualização• definem posição e orientação do volume de visualização no

universo

Transformações de Modelagem• movem o modelo

Transformações de Viewport• aumentam ou diminuem o tamanho da fotografia




APIs Relacionadas com OpenGL

AGL, GLX, WGL• “cola” entre OpenGL e o sistema de janelas

GLU (OpenGL Utility Library)GLUT (Graphics Library Utility Toolkit)


GLU (Graphics Utility Library)

Conjunto de rotinas utilizadas freqüentemente• Construídas a partir de comandos OpenGL

Rotinas para:• Manipulação de projeções

• Desenho de superfícies quádricas

• NURBS

• Manipulação de superfícies poligonais




GLUT

Biblioteca de software que se integra comOpenGL (autor: Mark J. Kilgard - SGI)

Habilita acesso aos eventos do sistemaoperacional necessários em programasinterativos• mouse, teclado, display, etc.

Utilizada nos livros que ensinam OpenGL eCG com OpenGL


Filosofia de Projeto de GLUT

Fácil de ProgramarIndependente do sistema de janelas nativoProgramas de tamanho pequeno e médioNão apresenta muitos recursos de interface

(apenas menus)Programação orientada a eventos




Programação Interativa

Programas gráficos são na maioria dos casosinterativos• Usuário controla a execução do programa

Controle é executado via dispositivos deentrada (mouse, teclado, etc.)

2 maneiras básicas para implementação• Amostragem

• Eventos


Eventos

Um gerenciador monitora embackground a ocorrência de eventos eos coloca numa fila de eventos

Evento: mudança no estado dodispositivo causada pela ação dousuário

Programa principal, à sua conveniência,verifica a fila de eventos




Primeiro evento da fila é removidoControle da execução é transferido para

execução de uma rotina associada aoevento

Se a fila estiver vazia, programaprincipal segue execução (rotina idle)

Exemplos de eventos: click do mouse,tecla pressionada, janelaredimensionada, etc.


Gerenciadorde

Dispositivos

Programa

Aplicativo

Tecla Q Click botão direito mouse Tecla X Movimento 30 pixels p/ direita do mouse

FILA DE EVENTOS




Rotinas

Iniciam com prefixo glut(0,0) canto superior esquerdo da janelaIncluir diretiva #include <GL/glut.h>Inicialização

•glutInit( int *argc, char **argc)•glutInitWindowPosition•glutInitWindowSize


Processamento de Eventos•void glutMainLoop( void )

Gerenciamento de janelas•int glutCreateWindow( char *name )•void glutPostRedisplay( void )

Registro de rotinas de callback•glutDisplayFunc•glutReshapeFunc•glutKeyboardFunc•glutMouseFunc

Objetos Pré-definidos•glutSolidSphere, glutWireCube, glutSolidTeapot




Estrutura de um Programa

Configura e cria a janelaInitializa estado de OpenGLRegistra as callback functions de GLUT

•renderização•redimensionamento•entrada: teclado, mouse, etc.

Chama laço principal de processamento


Programa Exemplo

int main( int argc, char** argv ){ glutInit( &argc, argv);glutInitDisplayMode( GLUT_RGB | GLUT_SINGLE);

initOpenGL();

initGLUT();

glutMainLoop();return 1;

}




Inicialização OpenGL

void initOpenGL( void ){ /* Cor default fundo preta */ glClearColor( 0, 0, 0, 0 ); glMatrixMode( GL_MODELVIEW ); glLoadIdentity(); glMatrixMode( GL_PROJECTION ); glLoadIdentity(); /* Cor default para objetos */ glColor3f( 1.0, 0.0, 0.0 );}


Inicialização GLUT

void initGLUT( void ){ glutInitWindowPosition( 200, 100 ); glutCreateWindow( "Exemplo Simples 1" );

/* Registra as rotinas de CallBack */ glutDisplayFunc( desenhaCB ); glutKeyboardFunc( tecladoCB ); glutReshapeFunc( redesenhaCB ); glutMouseFunc( mouseCB );}




Callback para RenderizaçãoTodos desenhos para a tela ficam nesta rotina

glutDisplayFunc( desenhaCB );void desenhaCB( void ){ /* Limpa buffer de cor */

glClear ( GL_COLOR_BUFFER_BIT );glMatrixMode( GL_MODELVIEW );glBegin(GL_POLYGON);

glVertex2i( 200, 200 );glVertex2i( 200, 150 );glVertex2i( 150, 150 );glVertex2i( 150, 200 );

glEnd();glFlush();

}


Callback de Teclado

glutKeyboardFunc( tecladoCB );void tecladoCB( unsigned char tecla, int x, int y ){ switch( tecla ) {case 'q': /* Encerra o programa */case 'Q':

exit( 0 );default:

printf("Opcao nao definida!\n");}

}




Callback de Mouse

glutMouseFunc( mouseCB );void mouseCB( int botao, int estado, int x, int y ){if ( botao == GLUT_LEFT_BUTTON )

glColor3ub( (char) (rand()%256), (char) (rand()%256),

(char) (rand()%256) );

glutPostRedisplay();

}


Callback de Redimensionamento

glutReshapeFunc( redesenhaCB );void redesenhaCB( int w, int h ){

glViewport( 0, 0, w, h );

glMatrixMode(GL_PROJECTION); glLoadIdentity(); glOrtho( 0, (GLfloat) w, 0, (GLfloat) h , -1.0, 1.0

);

}




Compilar e executar primeiroexemplo

http://www.cin.ufpe.br/~marcelow

Ensino -> Processamento Gráfico -> GLUT


Fazer os exercícios do final dapágina




Compilar e executar segundoexemplo

http://www.cin.ufpe.br/~marcelow/Marcelow/cubo.c.html

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