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Computer Graphics

Computer Graphics. Gliederung. Was ist das OpenGL Graphics System? OpenGL, die Zustandsmaschine GL Command Syntax Interfaces (GL Utility Library, GLUT) GL Operationen: Objekte Zeichnen und Transformieren Projektion Farbe und Shading Depht-Buffer-Test Blending Display-List

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Presentation Transcript

  1. Computer Graphics

  2. Gliederung • Was ist das OpenGL Graphics System? • OpenGL, die Zustandsmaschine • GL Command Syntax • Interfaces (GL Utility Library, GLUT) • GL Operationen: • Objekte Zeichnen und Transformieren • Projektion • Farbe und Shading • Depht-Buffer-Test • Blending • Display-List • Zusammenfassung / Ausblick

  3. Was ist das OpenGL Graphics System? • 3D Grafik-Standard (Open Graphics Library) • Geschichte: • Weiterentwicklung der IrisGL (Silicon Graphics, Inc.) zu OpenGL (Version 1.0, 1992) • Kontrolliert durch das Architecture Review Board (ARB): 3Dlabs, Apple, ATI, DELL, IBM, intel, Nvidea, SGI, SUN

  4. Vorteile • Zuverlässigkeit • Plattformunabhängigkeit • Performance • Weiterentwicklung • Effizienz

  5. OpenGL – Die Zustandsmaschine • Zustandsvariablen werden einmal festgelegt und gelten bis sie wieder geändert werden (z.B. Farbe, Position und Charakteristika von Licht, Eigenschaften von Oberflächen oder Material) • (De-)Aktivieren vieler Zustandsvariablen durch glDisable() bzw. glEnable() • Abfragen/Speichern/Wiederherstellen glGetZustand*(), glPushAttrib(), glPopAttrib()

  6. GL Command Syntax • Konstanten: GL_TRUE • Typen: GLfloat • Befehle, Funktionen: glColor3f(1.0f, 1.0f, 1.0f)

  7. Interfaces • GLU: Komplex programmierte GL-Befehle, mehr Modeling-Features (z.B. Kugel, Zylinder, Ringe, Scheiben, … gekrümmte Kurven und Flächen „Nurbs“) • GLUT: Realisierung von Fenstern, Ein-/Ausgabe, Pop-Up Menus, Dreidimensionale Objekte (z.B. Torus), Vorschau von Gitternetz- und festen Modellen

  8. GL-Operationen: Objekte Zeichnen • Zeichnen geometrischer Primitive (Punkte, Linien, Polygone) (Beispiel: hellblaues Quadrat) void display(void) { glClear (1.0f, 1.0f, 1.0f); glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT) glBegin(GL_POLYGON GL_COLOR_BUFFER_BIT); glColor3f (0.0f, 0.5f, 1.0f); glVertex3f (0.25, 0.25, 0.0); glVertex3f (0.75, 0.25, 0.0); glVertex3f (0.75, 0.75, 0.0); glVertex3f (0.25, 0.75, 0.0); glEnd(); glFlush (); }

  9. Objekte zeichnen mit Hilfe von GLUT #include <GL/glut.h> int main(int argc, char** argv) { glutInit(&argc, argv); glutInitDisplayMode (GLUT_SINGLE | GLUT_RGB); glutInitWindowSize (250, 250); glutInitWindowPosition (100, 100); glutCreateWindow ("hello"); glutDisplayFunc(display); glutMainLoop(); return 0; }

  10. GL-Operationen: Transformation Mit Hilfe der GLU-Bibliothek ganz einfach: gluLookAt(0.0, 0.0, 5.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0) Blickpunkt („Eye“), Zentrum der Szene, Up-Vektoren Blickrichtung gluLookAt führt automatisch alle komplexen Matrixtransformationen durch und nimmt dem Benutzer eine Menge Projektionstransformation ab.

  11. GL-Operationen: Projektion • Perspektivische Projektion: Definition des sichtbaren Volumenbereichs („Clipping Volume“) in Form eines Pyramidenstumpfes - was hinausschaut, wird abgeschnitten: glMatrixMode(GL_PROJECTION); //laden der Bearbeitungsfreigabe der Projektionsmatrix glLoadIdentity(); //Initialisirung der aktuell geladenen-, mit der Einheitsmatrix glFrustum(GLdouble left, GLdouble right, GLdouble bottom, GLdouble top, GLdouble near, GLdouble far); • Alternative: „Orthogonale Projektion“

  12. Depth-Buffer-Test • OpenGL zeichnet Objekte in der Reihenfolge, wie sie im Programmcode vorkommen. • damit keine Objekte verdeckt werden: Depth-Test • Depth-Buffer gehört zu Fragment-Operationen und speichert für jeden Pixel den Tiefenwert („z-Buffer“) • wird mit glEnable(GL_DEPTH_TEST) verfügbar und mit glClear(GL_DEPTH_BUFFER_BIT) auf den Standardwert, 1 gesetzt.

  13. Blending • Ziel: (teilweise) Transparenz von Objekten • Erinnerung: glColor4f(1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f) „Alpha-Wert“: 1.0f entspricht solid, 0.0f entspricht transparent • Aktivieren der Transparenz: glEnable(GL_BLEND) • Definition der Transparenzeffekte: glBlendFunc(GLenum sfactor, GLenum dfactor) Standardwerte: GL_SRC_ALPHA GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA

  14. GL-Operationen: Farbe, Shading Farbe: • RGBAmode: Rot/Grün/Blau/Alpha-Werte für jeden Pixel („Bitplanes“)  ca. 16,77 Millionen Farben • color-index mode: Farbnummer für jeden Pixel („color-map“) Shading: glShadeModel(mode) GL_SMOOTH („Gouraud-Shading“) GL_FLAT

  15. Display-List • Generieren und Anlegen von Listen: listName = glGenLists (1); glNewList (listName, GL_COMPILE); glColor3f (1.0, 0.0, 0.0); glBegin (GL_TRIANGLES); … glEnd (); glTranslatef (1.5, 0.0, 0.0); glEndList (); • Ausführen einer Liste: glCallList (listName);

  16. Zusammenfassung und Ausblick OpenGL stellt neben DirectX eine interessante Alternative als Grafikprogrammierschnittstelle dar. Was OpenGL noch alles kann: Beleuchtung und Shadowing Rasterisation und Shading Texture Mapping Ray-Tracing, Radiosity

  17. Quellen • OpenGL Spezifikationen: http://www.opengl.org/documentation/spec.html • The OpenGL Programming Guide - The Redbook: http://www.rush3d.com/reference/opengl-redbook-1.1/ • Dieter Orlamünder/Wilfried Mascolus: Computergrafik und OpenGL • Frank Rieg: Grafikprogrammierung für Windows (beide Carl Hanser Verlag) • Lorenz Burggraf: OpenGL (Markt + Technik Verlag)

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