Programação Gráfica – Cap2 · Polígonos não planares Atributos (fronteira do polígono) Objectos Pontos versus Vértices. Programação Gráfica

Programação Gráfica –Cap 2

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Programação Gráfica (2.2 a 2.7)

Instituto Superior Técnico, 2006/2007

2©2006, CG&M/IST e Figuras Addison Wesley

Índice

Programação 2DSistemas de CoordenadasAPI do OpenGLPrimitivas e AtributosIntrodução à CorProjecçõesInteracção com o Sistema de JanelasRemoção de Elementos OcultosFundamentos de Animação


Programação 2D

Representação Interna 3DObjectos definidos no plano Z=0p = (x, y, z)

Vertex versus Point


Múltiplas Funções

glVertex* ()

* é interpretado como nt ou ntvn – dimensão (1 a 4)t – i, f, dv – apontador para um array


Desenho de Linhas e Pontos

glBegin (GL_Lines);glVertex3f (x1, y1, z1);glVertex3f (x2, y2, z2);

glEnd();

glBegin (GL_Points);glVertex3f (x1, y1, z1);glVertex3f (x2, y2, z2);

glEnd();

glFlush ();6

©2006, CG&M/IST e Figuras Addison Wesley

Com Apontador

Typedef GLfoat pont2 2 ;

point2 p;glVestex2fv (p);

overloading de operadores ...


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Sistemas de Coordenadas

Coordenadas de ecrã? Origem? Dimensões?

Qualquer Sistema de CoordenadasDo ObjectoDo Mundo(Da Câmara)

Do Dispositivo


Independência do Dispositivo


API do OpenGL

Semelhante ao DirectX e ao Java3D com funções:

PrimitivasAtributosVisualizaçãoTransformaçãoEntrada de DadosControloInterrogação


Vantagens

Norma industrial (mais de 300 empresas)EstávelPortávelEscalávelFácil de UsarBem documentadaSuporta a programação de GPUs


Máquina OpenGL

Máquina de EstadosInformação:

Flui através do PipelineAltera o Estado do Pipeline

Pontos?

Cor?


Bibliotecas


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GLU, OpenGL Utility Library

Criação de objectos complexosEsferasTeapotCurvas QuadráticasNurbs (superfícies paramétricas)Gestão de Erros (ocorrência e descrição de erros)

Transformação em objectos suportados directamente pelo OpenGL


GLU (cont)

Especificação de TexturasTransformação de Coordenadas (gluLookAt,..)Tesselação (triangulação de polígonos isto écriação de facetas)


Teapot


GLUT (Toolkit) e GLX, WGL e AGL

Gestão de Janelas simplificado:Criação, redesenho, posição, dimensões,..Gestão de Tabela de CoresFunções de Retorno (callback)Gestão das Unidades de Entrada de Dados (rato, teclado)Ciclo de Execução (glutMainLoop)


WGL

Extensão para Microsoft a qual suporta:Formato das quadrículasAcesso a extensões (dependentes do ambiente)Gestão de buffersSincronização (com o pipeline do Windows –GDI)Acesso directo à Tabela de Cores


Tipos de Primitivas

Primitivas GráficasPrimitivas Raster

Dois sub-pipelines


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Pipeline Simplificado


Primitivas Geométrica


Polígonos


Mais Polígonos

Usados, por exemplo, em Modelos Digitais de Terrenos


Limitações dos Polígonos

Polígonos ConvexosPolígonos PlanosPolígonos que não se auto-intersectamPolígonos sem Buracos


Aplicação Shapes

Tipos de Objectos Geométricos (glBegin)O Estado Cor (usar o polígono)Geometria da malha de triângulos (alterar 2ªe 3ª cor do Triangle_Strip)Polígonos não planaresAtributos (fronteira do polígono)Objectos Pontos versus Vértices


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Tipos de Texto

Texto Vectorial (Post-Script)Podem ser transformados

Texto Raster


Texto Vectorial


Texto RasterRectângulo de bits (bit blocks)Alterar a dimensãoBiblioteca GLUT


Atributos

Modo com uma primitiva é desenhada, por exemplo a sua CorAplicados em vários andares do pipelinePoligonos

Preenchimento com padrãoDesenho da fronteira....


Exemplos de Atributos


Cor em OpenGL

Cor RGB glColor3f (1.0, 0.0, 0.0);

Cor para Limpar (como está no início?)glClearColor (1.0, 1.0, 1.0);


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A 4ª “Cor” Alpha

Se a mistura de cores (blending) estiver activaAlpha é o valor da opacidade ou da transparência

Cor branca e opacaglClearColor (1.0, 1.0, 1.0, 1.0);


Mapa de Cores

Nº de cores baixo ou partilhado por várias aplicaçõesManter a profundidade do Frame Buffer (3 * m bits)

Solução:


Color-Lookup Table em OpenGL

Inicialização da Tabela de CoresglutSetColor (int color, GLfloat red,

GLfloat green, GLfloat blue);

Obtenção da corglIndexi (element);


Projecções

Desenhar é Projectar numa superfície planaRepresentações planares no Paleolítico superior (40000AC)Perspectiva surge com o Renascimento

Cúpula de Stª Maria del Fiore


Projecções Geométricas Planas

Linhas Projectantes são rectasSuperfície de Projecção plana (plano de imagem ou de projecção)Pirâmide visual (Alberti)

plano da imagem

Centro de projecção(CDP)


Pirâmide Visual

“Um retrato é a intersecção de uma pirâmide visual a uma dada distância, com um centro fixo e uma dada posição da luz representada por arte com linhas e polígonos numa dada superfície” (Alberti, Tratado sobre a pintura, Séc. XVI)


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Projecções Perspectiva

Determinada pelo centro de projecção (CDP)Distância do CDP ao plano finitaRaios projectores convergentes

A

B

B´

A´

CDP

RaiosProjectores

Plano deProjecção


Projecções Paralelas

Raios projectores paralelos entre siDistância do CDP ao plano infinita.Direcção de projecção versus Plano de Projecção

A

B

B´

A´

Direcção deProjecção

RaiosProjectores

Plano deProjecção


Projecções Ortogonais

Direcção de projecção coincide com a normalNormal ao plano

Vistas: alinhada com um dos eixosAxonométricas: não alinhada


Vistas

Usadas em desenhos técnicosEngenharias Civil e MecânicaArquitectura

VantagensMedidas precisas

todas as vistas na mesma escala

LimitaçõesNão é possível “visualizar” objectos 3DMúltiplas vistas para definir peça

Planta

Alçadolateral

Alçadofrontal


Axonométricas

Isométricas: ângulos de 120º entre eixos (1 escala)

Dimétricas: dois ângulos iguais (2 escalas)

Trimétrica: três ângulos diferentes (3 escalas)


Projecções Oblíquas

Raios projectores formam ângulo oblíquo com o plano de projecção

VantagensMostra forma exacta de uma faceComparação de dimensões possívelIdeia da aparência 3D de um objecto

DesvantagensAparência distorcidaFalta de “realismo”

normalao plano direcção de

projecção


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Exemplos de Projecções Oblíquas

CavaleiraAngulo entre projectores e normal = 45ºFaces perpendiculares à escala

GabineteÂngulo entre projectores e normal arctg(2) = 63.4ºFaces perpendiculares à escala de 50%

1

1

1

1

11/2


Projecções Perspectiva

Linhas paralelas convergem em pontos de fuga.Linhas paralelas aos eixos definem pontos de fuga axiais (máximo de 3)Não mantém proporcionalidade entre distânciasTamanho dos objectos diminui com a distânciaSó mantém a amplitude dos ângulos em faces paralelas ao plano de projecção

Ponto deFuga (x)

Ponto deFuga (y)


Pontos de Fuga

Número de pontos de fuga = eixos coordenados intersectados pelo plano de projecção.1 Ponto de Fuga, Plano Z:y

z

x


Mais Pontos de Fuga

2 ponto de fuga (z e x)

x

z3 pontos de fuga (z y x)

z

y

x


Tipos de Projecções Planas

Paralelas Perspectivas

Ortogonais Oblíquas

AlçadoFrontal

Outras

AlçadoLateral

Planta

Isométrica

Cavaleira

Gabinete

Outras

1 pontode fuga

3 pontosde fuga

2 pontosde fuga


Síntese

NPP - Normal ao Plano de ProjecçãoDP - Direcção de Projecção

1) OrtogonaisNPP || um eixo, DP || NPPuma face, medidas exactas

2) AxonométricasNPP || qq eixo, DP NPfaces adjacentes, nenhuma exacta, uniformemente “encolhidas”

3) OblíquasNPP || um eixo, DP NPPfaces adjacentes, uma exacta, outras uniformemente encolhidas


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Projecção Paralela em OpenGL

Volume de Visualização (objectos podem estar por detrás da câmara)

void glOrtho (GLdouble left, GLdouble right, GLdoublebottom, GLdouble top, GLdouble near, GLdouble far);


Projecção Perspectiva em OpenGL

Volume definido, também, no Sistema de Coordenadas de Visualização

void glFrustum (GLdouble left, GLdouble right, GLdouble bottom, GLdouble top, GLdouble near, GLdouble far);


Aplicação projection

Vários tipos de projecçãoUtilização de função do gluLookAtPlanos de RecorteAbertura da câmara


Sistema de Janelas

Efectuado através de funções do GLUTViewport ou Janela do ecrãResolução = Resolução do ecrãFuncionamento de um programa:

int main(int argc, char** argv){glutCreateWindow("simple"); glutDisplayFunc(mydisplay); glutMainLoop();

}


Funções GLUT#include <GL/glut.h>

int main(int argc, char** argv){

glutInit(&argc,argv);

glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGB | GLUT_DEPTH); glutInitWindowSize(500,500);

glutInitWindowPosition(0,0);

glutCreateWindow("simple program");

glutDisplayFunc(mydisplay);

myinit();

glutMainLoop();

}


Remoção de Elementos Ocultos


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Remoção de Elementos Ocultos em OpenGL

Buffer adicional – Z-Buffer

Inicializar:glEnable (GL_DEPTH_TEST);

Limpar antes de cada desenho:glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT |

GL_DEPTH_BUFFER_BIT)


Animação

Redesenhar um objectoComo se consegue que duas imagens não sejam vistas em sequência?Qual a frequência de desenho?


Exemplo


Execução

Em cada ciclo limpar o buffer de cor:glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT);

Desenhar o Polígono em cada posiçãoglBegin (GL_POLYGON);.....glEnd ();


Uso de dois Buffers

Mostrar num Buffer (front buffer)Desenhar num 2º Buffer (back buffer)

Para trocar os buffers na função de Desenho:glutSwapBuffers ();

Mas:glutInitDisplayMode (... GLUT_DOUBLE);


Frequência de desenho

Desenho das imagens demasiado depressa...Como se controla a velocidade de desenho?

Usar mecanismos de timing do Sistema Operativo...Troca de buffers sincronizada com a frequência de refrescamentoUso do GLUT


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Funcionamento no GLUT

Int n = 60; /* frequencia de refrescamento */glutTimerFunc {100, myTimer, n);

/* funcao de retorno */Void myTimer (int v);{

glutPostRedisplay ();glutTimerFunc (1000/n, myTimer, v);

}


Sumário

Sistemas de CoordenadasIntrodução à Máquina OpenGLPrimitivas e AtributosIntrodução à CorProjecçõesInteracção com o Sistema de Janelas

Remoção de Elementos OcultosFundamentos de Animação

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