Computer Graphics
Lezione 5:
prepariamoci ad
implementare
Università dell’Insubria
Facoltà di Scienze MFN di Varese
Corso di Laurea in Informatica
Anno Accademico 2005/06
Marco Tarini
Ambiente di sviluppo
• Chiaramente va bene come qualunque altro.
–
–
–
–
Leggero (9 MB), simpatico e free software (GNU GPL)
Progetti in C e C++
Include compilatore Mingw/GCC
Ha un un buon package downloader e manager che
permette di istallare facilmente le librerie che usiamo
(OpenGL, SDL...) e della ducumentazione
• "tools" -> "check for update/pakages"
– Funziona
• Per info, sull'uso, potete scaricare la lez 1 del corso di lab linguaggi:
http://vcg.isti.cnr.it/~tarini/?51
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• Simple DirectMedia Layer
– cross-platform multimedia library
– GNU LGPL
– fornisce accesso (a livello abb basso) a
• audio,
• keyboard, mouse, joystick,
• windowing
• 3D hardware via OpenGL
• 2D video framebuffer.
– gira su: Linux, Windows, BeOS, MacOS X ...
– completato di librerie "figlie" per vari scopo (e.g. SDL_png per file png)
– C++
• http://www.libsdl.org
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Struttura programma
• Struttura classica dei programmi a linea di comando:
main()
{
init();
do_my_beautiful_algorithm();
exit();
}
non va bene per
applicazioni
interattive !
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Struttura programma
• Sistema a eventi
– "a callback" (o "a message handlers" ecc)
main()
{
init();
while (true) {
get_event() ;
process_event();
}
}
eventi tipo:
• mouse, tastiera...
• sistema di finistre
• reshape, minimizzazione...
• generati dall'applicazione stessa
• o da thread differenti
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La minima applicazione SDL: headers
#ifdef WIN32
#define WIN32_LEAN_AND_MEAN
#include <windows.h>
#endif
#include
#include
#include
#include
<GL/gl.h>
<GL/glu.h>
<stdlib.h>
<SDL.h>
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La minima applicazione SDL: main
int main(int argc, char **argv)
{
SDL_Init(SDL_INIT_VIDEO);
SDL_SetVideoMode(640, 480, 0, SDL_OPENGL);
int done = 0;
while ( ! done ) /* Loop, drawing and checking events */
{
myDrawGLScene(); /* Questa poi la vediamo */
SDL_Event event;
SDL_WaitEvent(&event);
switch(event.type)
{
case SDL_QUIT
: done = 1;
break ;
case SDL_KEYDOWN :
if ( event.key.keysym.sym == SDLK_ESCAPE )
done = 1;
break;
}
}
SDL_Quit();
return 1;
}
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Meglio:
• Ridisegna la scena troppe volte
• Gestiamo anche l’evento
“necessita’ di ridisegnare”
• Nel ciclo degli eventi:
case SDL_VIDEOEXPOSE
:
myDrawGLScene();
break;
• E togliamo il myDrawGLScene dal ciclo
degli eventi
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La minima applicazione SDL:
la parte che disegna
void DrawGLScene()
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
/* disegna tutto */
glFinish(); /* aspetta che sia tutto finito */
SDL_GL_SwapBuffers(); /* questa fra un sec */
}
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Double buffering
• Piccolo trucco utile alle applicazioni interattive
setup
rasterizer
triangoli
setup
rasterizer
segmenti
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computazioni
per frammento
rasterizer
punti
(candidati pixels)
setup
frammenti
Vertici
proiettati
(punti in R2)
– nascondere il frame buffer mentre viene riempito
frame
buffer A
[ pronto ]
frame
buffer B
al
video
A
[ in costruzione ]
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Double buffering
• Piccolo trucco utile alle applicazioni interattive
setup
rasterizer
triangoli
setup
rasterizer
segmenti
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computazioni
per frammento
rasterizer
punti
(candidati pixels)
setup
frammenti
Vertici
proiettati
(punti in R2)
– nascondere il frame buffer mentre viene riempito
frame
buffer A
[ in costruzione ]
frame
buffer B
[ pronto ]
B
al
video
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x
rasterizer
triangoli
setup
rasterizer
segmenti
computazioni
per frammento
setup
(candidati pixels)
rasterizer
punti
frammenti
setup
pixel
finali
(nello
screen-buffer)
ora di qui
sappiamo tutto
v1
v2
(punti in R2)
Z
y
v0
Vertici
proiettati
Vertici
(punti in R3)
computazioni
per vertice
Riassunto puntate precedenti 1/3
v1
v0
z
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v2
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Struttura Applicazione OpenGL+SDL
OpenGL Application
OpenGL
OpenGL
API
SDL
Operative System
Graphical User Interface
API
Graphics Hardware Driver
Graphics Hardware
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Non lo studiamo qui, ma esiste
• Direct3D
– Parte di DirectX
• Microsoft
– Stessi scopi di OpenGL
• un API per usare lo stesso hardware
• dtruttura non dissimile
– L'alternativa piu' comune a OpenGL
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• Open Graphic Language
• Libreria C
– Cross platform
– Qualche centinaio di routines
• www.opengl.org
– specifiche
Specifiche
ver 2.0
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Storia
• inizialmente sviluppato da Silicon Graphics
• ora:
OpenGL Architecture Review Board
– mantiene e aggiorna le specifiche
– versione attuale: 2.0
– una compagnia, un voto
ARB
• ci sono anche le estensioni private
– Soprattutto
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e
...
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Vicini di casa
• OpenGL e’ il layer di base
• GLU (GL utilites)
– insieme di funzioni di utility costruite sopra OpenGL,
piu’comode da usare
– esempio void gluLookAt(eyex,eyey,eyez,
cx,cy,cz,
upx, upy, upz);
• GLUT e’ il Toolkit di interfaccia con il SO
• Wgl e GLx sono i sottoinsiemi di OpenGL che
dipendono dal SO
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Syntax
• Tutte le funzioni di Opengl si chiamano:
glSomethingXXX
– Dove XXX specifica (numero) il tipo dei parametri:
– esempio:
glColor3f(float, float, float);
glColor3fv( float*);
f: float
d: double ...
v: vettore
– Non e’ C++…
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Syntax
• Ma anche:
glColor3b, glColor3d, glColor3f,
glColor3i, glColor3s, glColor3ub,
glColor3ui, glColor3us, glColor4b,
glColor4d, glColor4f, glColor4i,
glColor4s, glColor4ub, glColor4ui,
glColor4us, glColor3bv, glColor3dv,
glColor3fv, glColor3iv, glColor3sv,
glColor3ubv, glColor3uiv, glColor3usv,
glColor4bv, glColor4dv, glColor4fv,
glColor4iv, glColor4sv, glColor4ubv,
glColor4uiv, glColor4usv
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Basato sullo stato
• Una state machine
– ad esempio
• current color
• posizione luci
• matrici
fanno parte dello stato corrente
• Molti comandi OpenGL non fanno nulla
– se non cambiare lo stato
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Basato sullo stato
• Stato comprende 2 matrici (e due stacks)
– Model-View
– Projection
• Una di queste e’ sempre la matrice di lavoro
– la matrice corrente
• I comandi che modificano matrici lavorano
su questa matrice
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Matrici
• Nota: assume che siano memorizzate per colonne
– detto anche in column major order
a0
a
 1
 a2

 a3
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a4
a5
a8
a9
a6
a7
a10
a11
a12 
a13 

a14 

a15 
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Matrici
• Per cambiare quale é la matrice di lavoro:
glMatrixMode(***);
GL_MODELVIEW
GL_PROJECTION
• Per rimpiazzare la matrice di lavoro
– glLoadIdentity();
– glLoadMatrixf( float* m );
• Tutti gli altri comandi modificano (moltiplicano
per un altra matrice) la matrice corrente.
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Matrici
in gradi
• Rotazioni
– glRotatef(angle,ax,ay,az);
• Traslazioni
– glTranslatef(dx,dy,dz);
• Scalature (non uniformi)
asse di rotazione
passante per l'origine
– glScalef(ax,ay,az);
• Generica
– glMultMatrixf(float f*);
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Matrici
• Vista:
void gluLookAt(eyex,eyey,eyez,
cx,cy,cz,
upx, upy, upz);
centro. La direzione
e' (c – eye)
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Matrici
• Operazione sullo Stack:
glPushMatrix()
glPopMatrix()
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Matrici di proiezione
• Matrici di proiezione:
glOrtho2D(left, right,
bottom top);
void gluPerspective(
fovy,
aspect,
zNear,
zFar);
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in gradi
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Viewport
• Per settare il viewport:
glViewPort(int x, int y,
int w, int h);
reminder: il rapporto fra w e h deve essere lo
stesso specificato nella matrice di proiezione!
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Evento Window Reshape
• Succede all'inizio
– e ogni volta che l'utente
cambia dimensioni alla finestra
– devo permettere all'utente di farlo, durante
l'inizializzazione:
SDL_SetVideoMode(640,480,0, SDL_OPENGL | SDL_RESIZABLE)
– gestione dell'evento: (devo fare di nuovo il set up del video)
...
case SDL_VIDEORESIZE :
SDL_SetVideoMode(event.resize.w,event.resize.h,
0, SDL_OPENGL |SDL_RESIZABLE);
myReshapeFunc(event.resize.w,event.resize.h);
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Adattare la camera alla finestra:
proiezione ortografica
void myReshapeFunc(GLsizei w, GLsizei h)
{
glMatrixMode (GL_PROJECTION);
glLoadIdentity ();
float ratio=(float)h/(float)w;
glOrtho2D(-1,1,-ratio,ratio);
glViewport (0, 0, (GLsizei) w, (GLsizei) h);
glMatrixMode (GL_MODELVIEW);
}
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Ricordare sempre:
OpenGL = state machine
manipolazioni di stato
(es. settare la matrice)
primitive
qui
stato di OpenGL
tutto il pipeline
(proiezione, setup, rasterizzazione...)
pixels
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Come si "sparano" i triangoli nel pipeline
glBegin (GL_TRIANGLES);
glVertex3d(x1,y1,z1);
glVertex3d(x2,y2,z2);
glVertex3d(x3,y3,z3);
primo triangolo
glVertex3d(x4,y4,z4);
glVertex3d(x5,y5,z5);
glVertex3d(x6,y6,z6);
secondo triangolo
glVertex3d(x7,y7,z7);
glVertex3d(x8,y8,z8);
glVertex3d(x9,y9,z9);
...
glEnd();
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terzo triangolo
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Come si "sparano" i triangoli nel pipeline
glVertex3d(x,y,z);
oppure glVertex3f(x,y,z);
coordinata w=1
sottointesa!
oppure glVertex3i(x,y,z);
oppure glVertex2d(x,y);
oppure glVertex4d(x,y,z,w);
coordinata z =0
sottointesa!
oppure glVertex4dv(vett);
oppure...
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Non solo
glBegin (GL_TRIANGLES);
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linea finale quando
si fa la glEnd()
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Non solo
glBegin (GL_TRIANGLES);
quanti
triangoli rasterizzati
per quanti
vertici proiettati ?
Le specifiche
OpenGL non
prescrivono quale
diagonale usare
(quindi dipende
dall'implementazione
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