Wprowadzenie do programowania

w OpenGL

Wykład 4

GKS (

Graphical Kernel System

)

GKS-3D

PHIGS (

Programmer’s Hierarhical Interactive Graphics System

)

PHIGS+

CGM (

Computer Graphics Metafile

)

CGI (

Computer Graphics Interface

)

Standardy przemysłowe

XWindow (

MIT

)

IRIS Performer (

Silicon Graphics

)

OpenGL (

Silicon Graphics

)

PostScript (

Adobe

)

konsorcjum OpenGL Architecture Review Board (

Silicon

Graphics, IBM, Intel, HP, Microsoft, Intergraph

)

biblioteka kilkuset procedur i funkcji graficznych opracowana dla
potrzeb najnowszych tendencji w technologii sprzętu grafiki
komputerowej. Wykorzystywany model klient – serwer, w którym
klient (program) wysyła polecenia a serwer (GL) wykonuje
polecenia

OpenGL jest niezależny od systemu operacyjnego (UNIX, Linux,
Win95/98/NT, Mac OS, OS/2) i dostępny na wielu platformach
sprzętowych

OpenGL stanowi podstawę do tworzenia zaawansowanych bibliotek
graficznych (np.

SGI OpenGL Performer, MultiGen-Paradigm Vega

prymitywów graficznych w pełnym zestawie barw (24 bity)

wykonywanie

na obiektach przekształceń geometrycznych

(translacje, rotacje, skalowanie, rzutowanie)

wykonywanie

obliczeń

związanych

z

oświetleniem,

odwzorowaniem tekstur i usuwaniem niewidocznych linii i
powierzchni

wspomaganie programisty w zakresie realizacji złożonych efektów
graficznych, takich jak: wizualizacja mgły i głębi przestrzennej,
rozmycie obiektów w ruchu, oraz usuwanie efektu aliasingu

opisywania

złożonych

obiektów

za

pomocą

gotowych

mechanizmów

(np.

brak

wbudowanych

mechanizmów

zapisywania/czytania modeli obiektów z pliku)

generowania w sposób automatyczny efektów wizualnych takich
jak: cienie, odbicia lustrzane obiektów

krzywe

i

powierzchnie

nieregularne

definiowane

przez

niejednorodne parametryczne funkcje B-sklejane (NURBS)

pełen zestaw barw (24 bity)

cieniowanie metodą Gourauda

operacje HLHSR realizowane z wykorzystaniem Z-bufora

modelowanie oświetlenia (do 8 różnych źródeł światła)

operacje na pixelach

funkcje sterujące buforowaniem ekranu

antyaliasing - poprawa jakości obrazu

funkcje sterujące nakładaniem (mapowaniem) tekstury
modelowanie efektów atmosferycznych (mgła, zachmurzenie, pora

X, Win32, MAC OS – warstwa graficzna systemu operacyjnego;

GLUT

GLU

OpenGL

GLX, AGL

or WGL

X, Win32, Mac O/S

Sprzęt

Program

OpenGL Motif

Lista

poleceń

Operacje na

wierzchołkach

Rasteryzacja

Bufor
ramki

Pamięć

tekstury

Operacje na

pikselach

Operacje na

mapach bitowych

Moduł

wyliczeniowy

CPU

Void Kwadrat()
{

glColor3f(0.0,0.0,1.0);
glBegin(GL_QUADS);

glVertex3f(0.0, 0.0, 0.0);
glVertex3f(0.0, 1,0, 0.0);
glVertex3f(1.0, 1.0, 0.0);
glVertex3f(1.0, 0.0, 0.0);

glEnd();

}

Płaszczyzna XY

Obiekt: kwadrat o boku 1 leżący na płaszczyźnie XY

Void Koło()
{

glColor3f(0.0,1.0,0.0);
glBegin(GL_TRIANGLE_FUN);

glVertex3f(0.0, 0.0, 0.0);

for (i=0; i*dAlfa<=360.0; i++);

{

glVertex3f(r*cos(DEG2RAD(i*dAlfa)),

0.0,r*sin(DEG2RAD(i*dAlfa)));

- dAlfa – wartość kąta wyznaczającego kolejny punkt na okręgu

dAlfa=360/N; gdzie: N-liczba podziałów koła

Płaszczyzna XZ

v

1

v

2

v

3

v

4

v

5

v

6

v

8

v

7

v

0

Void powierzchnia_boczna_walca()
{

glColor3f(1.0,1.0,0.0);
glBegin(GL_QUAD_STRIP);

for (i=0; i*dAlfa<=360.0; i++);

{

glVertex3f(r*cos(DEG2RAD(i*dAlfa)),

0.0,r*sin(DEG2RAD(i*dAlfa)));

glVertex3f(r*cos(DEG2RAD(i*dAlfa)),

podstawy w punkcie (0,0,0) leżącej na płaszczyźnie XZ

- dAlfa – wartość kąta wyznaczającego kolejny punkt na brzegu podstawy

dAlfa=360/N; gdzie: N-liczba podziałów pionowych walca

Z

X

Y

V

i+1

V

i+3

V

i+2

V

i

r

h

układzie współrzędnych kartezjańskich

x

x

y

y

z+

z+

układ

lewoskrętny

układ

prawoskrętny

Kąty dodatnie – CCW

Kąty dodatnie – CW

macierzowe w postaci:

v’

= M

v

gdzie:

v, v’

– wektory kolumnowe [4x1] opisujące jednorodne

współrzędne punktu odpowiednio przed i po przekształceniu

M – macierz [4x4] opisująca wykonywane przekształcenie

Z

ależności zachodzące między klasycznymi współrzędnymi

kartezjańskimi (

x

k

,y

k

,z

k

), a współrzędnymi jednorodnymi (

x

j

,y

j

,z

j

,w

j

):













=













k

k

j

j

y

x

y

x









=









j

j

k

w

y

w

x

y

x

/

/

translacja

skalowanie

obrót wokół zadanej osi

glTranslate*(x, y, z)

glScale*(x, y, z)

Składanie przekształceń realizowane jest poprzez mnożenie macierzy:

C’ = CM

gdzie:

C

– aktualna macierz przekształceń

M

– macierz opisująca dodawane przekształcenie

C’

– macierz przekształceń po dodaniu przekształcenia M

Obraz wierzchołka

v

po przekształceniach

CM

:

v’ = C’v

v’ =

R

T

v

Najpierw translacja potem obrót

Najpierw obrót potem translacja

v’ =

T

R

v

Współrzędne

w układzie

obiektu

Macierz

modelowania

M

Macierz

modelowania

M

Macierz

rzutowania

P

Macierz

rzutowania

P

Normalizacja

do

współrzędnych

urządzenia

Normalizacja

do

współrzędnych

urządzenia

Przekształcenie

do

współrzędnych

ekranowych

Przekształcenie

do

współrzędnych

ekranowych

















o

o

y

x

Współrzędne

w układzie

obserwatora

Współrzędne

odcięte

Znormalizowane

współrzędne

urządzenia

Współrzędne

ekranowe













s

s

y

x

















=

















o

o

e

e

y

x

M

y

x

















=

















e

e

c

c

z

y

x

P

z

y

x













=













c

c

c

c

d

d

w

y

w

x

y

x

/

/

Macierz

modelowania

M

n

Macierz

modelowania

M

n

Macierz

rzutowania

P

m

Macierz

rzutowania

P

m

Normalizacja

(dzielenie

perspektywiczne)

Normalizacja

(dzielenie

perspektywiczne)

Przekształcenie

do

współrzędnych

ekranowych

Przekształcenie

do

współrzędnych

ekranowych

Macierz

modelowania

M

n-1

Macierz

modelowania

M

n-1

Macierz

rzutowania

P

m-1

Macierz

rzutowania

P

m-1

Stos macierzy

Stos macierzy

Macierze aktywne

glPushMatrix() – skopiowanie aktywnej macierzy i odłożenie jej na stosie,

glPopMatrix() – zdjęcie aktywnej macierzy ze stosu,

glLoadIdentity() – odłożenie na stosie macierzy jednostkowej,

glMultMatrix(T m[16]) – przemnożenie aktywnej macierzy przez macierz m,

glLoadMatrix(T m[16]) – odłożenie na stosie macierzy m,

glMatrixMode(mode) – wybór stosu, na którym będą wykonywane operacje.

Wszystkie przedstawione wcześniej funkcje wykonujące przekształcenia

modelujące i rzutujące przemnażają

aktywną macierz na wybranym stosie.

Rodzaje rzutów w OpenGL:

rzut perspektywiczny

rzut ortogonalny (równoległy)

Etapy rzutowania:

przekształcenie współrzędnych obserwatora do współrzędnych

odciętych (macierz

P

),

odcięcie (odrzucenie) prymitywów leżących poza kanoniczną bryłą

widzenia

Układ współrzędnych

obserwatora

Układ współrzędnych

odciętych

-f

-n

l

r

t

b

(

)









+









2

/

o

x

p

x

(o

xl

o

y

)

1

1

1

p

y

p

x

(o

x

, o

y

)

-1

Y

d

Z

d

Współrzędne ekranowe (pikselowe)

glViewport(int x, int y, int w, int h) – funkcja wyznaczająca prostokątny
obszar okna, na którym mapowany będzie rzutowany obraz sceny,
gdzie:

-

x,y – współrzędne ekranowe lewego dolnego rogu prostokąta;

-

w i h – szerokość i wysokość obszaru okna wyrażone w pikselach.

glDepthRange(int near, int far) – funkcja ustalająca przedział
mapowania współrzędnej z

d

. Wartości near i far odwzorowywane są na

przedział wartości dyskretnych bufora głębokości.

void

KonfigurujKanalWizualizacji(int x0,int y0,
int szerokosc,int wysokosc)

glViewport(x0, y0, szerokosc, wysokosc);
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
gluPerspective(40.0,(float)szerokosc/(float)wysokosc

1.0, 1000.0);

glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity();

Otworzyć stronę:

http://intranet.ita.wat.edu.pl:8080/wosat/OpenGL/Binaria/

Otworzyć w nowym oknie link:

glut-3.7.6-bin.zip

Zapisać na dysk w katalogu np.

D:\Temp\GLUT

Rozpakować w tym samym katalogu (np. WinZip). Po rozpakowaniu utworzony zostanie

folder glut-3.7.6-bin zawierający pliki:

glut32.dll

- pliki systemowe DLL

glut32.lib

- bibloteka funkcji GLUT

glut.def
glut.h

- pliki nagłówkowe *.h

Readme-win32.TXT

Skopiować:

plik glut32.dll do katalogu

C:\WINDOWS\system32

plik glut32.lib do katalogu

C:\Microsoft Visual Studio. Net 2003\Vc7\PlatformSDK\LIB\

Wybrać nowy projekt w języku Visual C++
Wybrać aplikację konsolową Win32 Console Project
Podać nazwę projektu: np. grupa_nazwisko (

I4YS0_Kowalski

)

Wybrać lokalizację: D:\Temp
W ApplicationSetting wybrać Empty Project
W prawym oknie pojawią się informacje o plikach projektu
Załadować przykładowy program:

otworzyć stronę

http://intranet.ita.wat.edu.pl:8080/wosat/OpenGL/Przyklady/

otworzyć w nowym oknie link z wybraną nazwą program np. walec.c, szescian.c, kula.c
zapisać plik w katalogu D:\Temp\

I4YS0_Kowalski

\

Przejść do środowiska Visual C++, prawym klawiszem wybrać Source i „add existing project

10. Zlokalizować przykładowy program i załadować
11. Otworzyć załadowany program (dwukrotnie kliknąć na nazwę programu w katalogu Source
12. Po otwarciu w g ównym oknie wy wietli si kod ród owy programu