1 / 55

Wprowadzenie do grafiki komputerowej

Podstawy OpenGL Wersja 2.1, a właściwie 1.x Krótka informacja o JOGL. Wprowadzenie do grafiki komputerowej. Co to jest OpenGL ?. Jest to p rzenośna , wieloplatformowa biblioteka graficzna . Działa w środowisku MS Windows, Linux, IOS, Android…

clyde
Download Presentation

Wprowadzenie do grafiki komputerowej

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Podstawy OpenGL Wersja 2.1, a właściwie 1.x Krótka informacja o JOGL Wprowadzenie do grafiki komputerowej Podstawy OpenGL

  2. Co to jest OpenGL? • Jest to przenośna, wieloplatformowabibliotekagraficzna. • Działa w środowisku MS Windows, Linux, IOS, Android… • Oryginalnie przewidziana do współpracy z językiem C • Dzięki licznym wrapperom może być użyta z wieloma językami. Można zajrzeć na stronę http://www.opengl.org/wiki/Language_bindings. Między innymi: • C++ • Java • Python • Ruby • … • (w sumie 16 języków lub coś koło tego)

  3. Co to jest OpenGL, c.d. najkrótszej charakterystyki • Open GL jest określany jako API (Application Programming Interface, Interfejs programowania aplikacji). • OpenGL jest niezależny od sprzętu • Obecnie to nie sprzęt dyktuje warunki. Jednak dawniej było inaczej – przykład Silicon Graphics. • Jest uważany za bibliotkę niskopoziomową grafiki 3D. • Stanowipodstawędlabibliotekipakietównarzędziowychwysokiegopoziomu (np. Open Inventor, Open SceneGraphiinnych) oraz licznych aplikacji.‏ • Głównym konkurentem OpenGL jest wprowadzona w roku 1995 przez Microsoft biblioteka Direct3D/DirectX

  4. OpenGL jako narzędzie do renderowania • Tworzy elementarne obiekty geometryczne (primitives) • Wykorzystuje do tego: punkty, linie, wielokąty • Wykonuje operacje na obrazach rastrowych • Renderuje sceny zależnie od stanu • Uwzlędnia: kolory, materiały, źródła światła, etc. ‏

  5. Najkrótsza historia OpenGL • Utworzona z biblioteki IRIS GL (Graphics Library) – SGI, z 1982. • Od 1992 rozwijanaprzez Architecture Review Board (ARB) jużjako OpenGL (wersja 1.0 została ogłoszona w czerwcu 1992). Kluczowi uczestnicy ARB: SGI, DEC, IBM, Intel, Microsoft. • W kolejnych latach ogłaszane są oficjalne wersje: 1.1, 1.2, 1.2.1, 1.3, 1.4, 1.5. Wersja 2.0 ogłoszona w 2004 włączyła oficjalnie język shaderów (OpenGLShadingLanguage, GLSL). • Wersja 2.1 kończy serię bibliotek kompatybilnych wstecz. W dalszym ciągu może być i jest używana.

  6. Najkrótsza historia OpenGL, c.d. • Od września 2006 nadzór na rozwojem OpenGL sprawuje Khronos Group. • W sierpniu 2008 ogłoszono OpenGL 3.0, kompatybilny z wcześniejszymi wersjami, ale zapowiadający usuwanie starszych rozwiązań w kolejnych wersjach. Realizuje wersję 1.30 GLSL. • W marcu 2009 – OpenGL 3.1 + GLSL 1.40. • W sierpniu 2009 – OpenGL 3.2 + GLSL 1.50. • W marcu 2010 – OpenGL 3.3 i 4.0 • W lipcu 2010 – OpenGL 4.1 • W tej chwili bieżącymi wersjami są OpenGL3.3 i 4.4

  7. Na czym polega przełom pomiędzy wersją 2.1, a późniejszymi? • Wersje =< 2.1 pozwalały na ukrycie karty graficznej przed użytkownikiem • W wersji 2.1 można jawnie programować kartę graficzną za pomocą GLSL (jawnie korzystać z shaderów), można jednak korzystać jedynie z mechanizmów OpenGL. • W wersji 3.3 istnieje tryb tradycyjny (CompatibilityMode) i tryb nowy (CoreMode) pozwalający na efektywne wykorzystanie procesorów graficznych. • W wersji 3.3 (CoreMode) jawne korzystanie z shaderów jest konieczne.

  8. Podsumowanie • Przygotowując program w OpenGL w wersji > 3.0, w rzeczywistości przygotowujemy DWA programy: • pierwszy, opisany przy pomocy funkcji OpenGL realizowany na CPU (przygotowuje scenę, buduje obiekty) • drugi opisany przez język shaderów GLSL, realizowany na GPU (dokonuje przekształceń obiektów i renderowania) • W wersji 2.1 mamy możliwość wyboru: piszemy albo z shaderami, albo bez – przełączenie nie jest zbyt zgrabne. • W wersjach wcześniejszych nie korzystamy z shaderów. Prościej, ale: • Mniejsze możliwości renderowania, niższa efektywność kodu, nie zawsze jasne działanie funkcji OpenGL.

  9. Potok renderowania; model klient-serwer klient – kod pracujący na CPU serwer – kod pracujący na GPU

  10. Różne linki do tutoriali „starego” OpenGL • W tej chwili podstawowym linkiem jest: http://www.opengl.org/wiki/Code_Resources • W nim można znaleźć dużo przykładów i tutoriali.

  11. Z czego składa się OpenGL? • Z biblioteki właściwej GL;Nazwy funkcji zaczynają się od gl(np. glClearColor). • W wersji 2.1 mamy 249 funkcji. • W wersji 3.3 - 199 funkcji. • Z pomocniczej biblioteki narzędziowej • W wersji 2.1 – Biblioteka GLU (OpenGL Utilities) • W wersji 3.3 …no właśnie … wszystko jest w trakcie tworzenia …Można np. korzystać z biblioteki GLTools związanej z podręcznikiem OpenGLSuperBible. • Przykłady, m.in. http://www.starstonesoftware.com/OpenGL/

  12. Z czego składa się OpenGL? • GL - biblioteka podstawowa, >180 funkcji, nazwy funkcji zaczynają się od gl(np. glClearColor())‏ • GLU - biblioteka funkcji pomocniczych (OpenGL Utilities). Funkcje GLU obsługują orientację w przestrzeni (np. gluLookAt()), rzutowanie (np. gluPerspective()), renderowaniekrzywych i powierzchni. • GLUT - biblioteka narzędziowa (OpenGLUtilityToolkit),GUI obsługuje okna, zdarzenia, prosty interfejs użytkownika. Jej główną zaletą jest prostota. • Dostępne są liczne inne GUI. Podstawy OpenGL

  13. Pożyteczne książki • R.S.Wright, et al.. OpenGL-Superbible, 5th edition, Addison-Wesley, 2010 • Randi J. Rost, OpenGLShadingLanguage, 3rd edition,‏ 2009 • T. Akenine-Moller, Real-time rendering, 3rd edition, 2009 • M. Bailey i S. Cunnigham, Graphicsshaders, A.K. Peters, 2009 • M.Woo, J.Neider, T.Davies, OpenGL – Programming Guide, Addison-Wesley, 7th edition, 2010 (wersja elektroniczna, np. fly.srk.fer.hr/~unreal/theredbook/www.opengl.org/documentation/red_book_1.0)‏ Podstawy OpenGL

  14. Dostępne książki (po polsku + RedBook) • R.S.Wright, M.Sweet, OpenGL-Księga eksperta, Helion 1999 • R.S.Wright, B.Lipchak, OpenGL-Księga eksperta, Helion 2005 (wyd 3.)‏ • K.Hawkins, D.Astle, OpenGL – Programowanie Gier, Helion 2003 • P. Andrzejewski, J.Krzak, Wprowadzenie do OpenGL, Kwantum 2000 • M.Woo, J.Neider, T.Davies, OpenGL – Programming Guide, Addison-Wesley (wersja elektroniczna, np. fly.srk.fer.hr/~unreal/theredbook/www.opengl.org/documentation/red_book_1.0)‏ Podstawy OpenGL

  15. Pożyteczne linki • www.nopper.tv • strona Janusza Ganczarskiegojanuszg.hg.pl • znany tutorialnehe.gamedev.net • strona podstawowa OpenGL, www.opengl.org

  16. Instalacja JOGL w Eclipse • Skorzystałem z tutoriala: http://youtu.be/2EaaQrgvsL0 • Autor (http://schabby.de/) prowadzi też stronę-blog m.in. na temat JOGL • Inny wideo tutorial: http://youtu.be/DnVWNFwelTI

  17. Pożyteczne linki dla JOGL • http://jogamp.org/ podstawowa strona biblioteki, taki odpowiednik opengl.org • http://math.hws.edu/graphicsnotes/ sympatyczna strona z podręcznikiem i licznymi przykładami • http://thebetaprogrammer.com/ kurs wideo (również na youtube) + przykłady oparte na NeHe

  18. Na początek – GLUT (a właściwie FreeGLUT) Na następnych slajdach przedstawione są krótko wybrane funkcje GLUT (daleko nie wszystkie). Pełny opis w dokumentacji Marka Kilgarda (autora biblioteki).www.opengl.org/documentation/.... Również jest dostępna nagd.tuwien.ac.at/graphics/GLUT/glut3.html freeGLUT - bieżąca wersja: 2.8.1 z kwietnia 2013 (z wxDev C++ działa chyba wersja 2.6.0) Podstawy OpenGL

  19. Zasadnicze funkcje biblioteki GLUT/freeglut • Obsługa okien (otwarcie okna, ustalenie poczatkowego położenia i rozmiarów, etc.) • Obsługa zdarzeń (klawiatury, myszki, zmiany rozmiarów i proporcji okna) • Przygotowanie prostego menu • Budowanie prostych obiektów geometrycznych (sfera, sześcian i inne wielościany, walec, …)

  20. Przykład z czerwonej książki #include <stdio.h> #include <GL/glut.h> voidinit(void)‏ { glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 0.0); // czarne tło glMatrixMode(GL_PROJECTION); // tryb rzutowania glLoadIdentity(); // macierz jednostkowa glOrtho(0.0, 10.0, 0.0, 10.0, -1.0, 1.0); // obszar rzutowania } void display(void) { glClear( GL_COLOR_BUFFER_BIT); glColor3f(0.0, 1.0, 0.0); glBegin(GL_POLYGON); glVertex3f(2.0, 4.0, 0.0); glVertex3f(8.0, 4.0, 0.0); glVertex3f(8.0, 6.0, 0.0); glVertex3f(2.0, 6.0, 0.0); glEnd(); glFlush(); } Podstawy OpenGL

  21. Przykład z czerwonej książki, c.d. intmain(intargc, char **argv) { glutInit(&argc, argv); glutInitDisplayMode ( GLUT_SINGLE | GLUT_RGB | GLUT_DEPTH); glutInitWindowPosition(100,100); glutInitWindowSize(300,300); glutCreateWindow ("square"); init(); glutDisplayFunc(display); glutMainLoop(); return 0; } Podstawy OpenGL

  22. Omówienie niektórych funkcji GLUT

  23. Inicjalizacja i obsługa okien • Mamy dostępne następujące funkcje: • glutInit(); • glutInitWindowPosition(); • ‏glutInitWindowSize()‏; • glutInitDisplayMode(); • glutCreateWindow();‏

  24. GLUT, freeglut – inicjowanie biblioteki voidglutInit(int *argcp, char **argv)‏ Zainicjowanie biblioteki GLUT. Ta funkcja zawsze jest wywoływana na początku. Może zakończyć się błędem, gdy np. system nie obsługuje OpenGL. W ogólności przekazuje parametry umieszczone w linii wywołania programu, ale tylko w X Windows została zaimplementowana interpretacja kilku parametrów. Podstawy OpenGL

  25. GLUT – inicjowanie okna voidglutInitWindowPosition(int x, int y);‏ voidglutInitWindowSize(int x, int y)‏; Zgodnie z nazwą, funkcje określają: • początkowe położenie okna – x, y są współrzędnymi lewego górnego rogu; • początkowy rozmiar okna, domyślnie 300x300 pikseli • x, y są współrzędnymi ekranowymi wyrażonymi w pikselach od lewego górnego rogu ekranu. Podstawy OpenGL

  26. GLUT- inicjowanie trybu wyświetlania w oknie voidglutInitDisplayMode(GLbitfieldmode);‏ voidglutInitDisplayMode(unsigned long intmode);‏ mode jest bitową sumą poszczególnych masek bitowych (zapisanychsymbolicznie): GLUT_RGBA, GLUT_INDEX GLUT_SINGLE, GLUT_DOUBLEpojedynczy lub podwójny bufor ekranu GLUT_DEPTHaktywny bufor głębokości GLUT_ACCUMaktywny bufor akumulacji GLUT_ALPHA GLUT_STENCIL GLUT_STEREO Podstawy OpenGL

  27. GLUT – obsługa okienOtwarcie okna graficznego voidglutCreateWindow(char *name)‏ Otwarcie okna na ekranie; namejest łańcuchem znaków wpisanym w górnej belce okna. Podstawy OpenGL

  28. Wybrane funkcje obsługi zdarzeń voidglutDisplayFunc(void(*func)(void))‏ voidglutReshapeFunc(void(*func)(intw, inth))‏ voidglutKeyboardFunc(void(*func) (unsigned char key, intx, inty))‏ Podstawy OpenGL

  29. Wybrane funkcje obsługi zdarzeń void glutSpecialFunc(void(*func) (unsigned char key, int x, int y))‏ Oznaczenia kluczy: GLUT_KEY_* GLUT_KEY_F1,...,GLUT_KEY_F12 GLUT_KEY_LEFT, GLUT_KEY_UP, GLUT_KEY_RIGHT, GLUT_KEY_DOWN GLUT_KEY_PAGE_UP, GLUT_KEY_PAGE_DOWN GLUT_KEY_HOME, GLUT_KEY_END, GLUT_KEY_INSERT Podstawy OpenGL

  30. Wybrane funkcje obsługi zdarzeń voidglutMouseFunc(void(*func)‏ (intbutton, intstate, intx, inty))‏ button: GLUT_LEFT_BUTTON, GLUT_MIDDLE_BUTTON, GLUT_RIGHT_BUTTON state: GLUT_DOWN, GLUT_UP voidglutMotionFunc(void(*func)(intx, inty)) voidglutMainLoop(void); ‏ Podstawy OpenGL

  31. Wybrane funkcje obsługi zdarzeń voidglutIdleFunc(void (*func)(void))‏ glutIdleFuncwprowadza nieprzerywalną pętlę. Ew. przerwanie: glutIdleFunc(NULL)‏ voidglutPostRedisplay(void)‏ Podstawy OpenGL

  32. Obiekty z oryginalnej biblioteki GLUT (tylko do wersji 2.1 włącznie) • voidglutWireSphere(GLdoubler, GLintslices, GLintstacks)‏;voidglutSolidSphere(GLdoubler, GLintslices, GLintstacks)‏; • voidglutWireCube(GLdoublesize)‏; • voidglutWireTorus(GLdoubleinnerRadius, GLdoubleouterRadius,GLintnsides, GLintrings)‏; • voidglutWireIcosahedron(void)‏; • voidglutWireOctahedron(void)‏; • voidglutWireTetrahedron(void)‏; • voidglutWireDodecahedron(GLdoubleradius)‏; • voidglutWireTeapot(GLdoublesize)‏;

  33. W bibliotece freeglut dochodzi jeszcze parę obiektów. • glutWireCone, glutSolidCone • glutWireRhombicDodecahedron, glutSolidRhombicDodecahedron • glutWireTeacup, glutSolidTeacup, glutWireTeaspoon, glutSolidTeaspoon • Można je znaleźć w dokumentacji freegluthttp://freeglut.sourceforge.net/docs/api.php

  34. Typy danych w OpenGL OpenGL wprowadził własne typy danych w celu zapewnienia przenośności programów. Używanie standardowych oczywiście też jest dopuszczalne Suffix Data type C type OpenGL type b 8-bit integer signed char GLbyte s 16-bit integer short GLshort i 32-bit integer int/long GLint, GLsizei f 32-bit floating point float GLfloat, GLclampf d 64-bit floating point double GLdouble, GLclampd ub 8-bit unsigned integer unsigned char GLubyte, GLboolean us 16-bit unsigned integer unsigned short GLushort ui 32-bit unsigned integer unsigned int/long GLuint, GLenum, GLbitfield Podstawy OpenGL

  35. Typy danych w OpenGL, cd Gdy spojrzymy na typy danych OpenGL, odnajdujemy odpowiedniki z C/C++. Z małymi wyjątkami. GLclampf, GLclampd – to float i double obcięty do [0,1] Podstawy OpenGL

  36. Konwencje nazw funkcji • OpenGL w zasadzie nie dopuszcza przeładowania funkcji. • W zamian za to wprowadzony jest system jedno- lub dwuznakowych sufiksów; Maksymalnie można użyć trzech: • pierwszy określa liczbę argumentów, • drugi (jeden lub dwa znaki) określa typ parametru • trzeci – jeśli występuje, pokazuje że podany jest adres do argumentów • Od OpenGL 1.5 możliwe jest przeładowywanie funkcji odwołujących się do buforów jako obiektów (wspomnimy o tym później)

  37. Konwencje nazw funkcji • Wszystkie funkcje poprzedzone są przedrostkiem gl, glu, glut • po którym następuje określenie funkcji pisane dużą literą. • Nazwy funkcji wskazują na liczbę i typ argumentów.Funkcje zakończone na f wymagają float, i wymagają int, b wymagają byte, ub wymagają unsignedbyte, itd. • Funkcje zakończone na v wymagają tablicy. • Na przykład glColor3f() 3 floaty glColor4fv() tablica 4 floatów Podstawy OpenGL

  38. glVertex3fv( v )‏ Data Type Vector Number of components b - byte ub - unsigned byte s - short us - unsigned short i - int ui - unsigned int f - float d - double omit “v” for scalar form glVertex2f( x, y )‏ 2 - (x,y) 3 - (x,y,z)‏ 4 - (x,y,z,w)‏ Konwencje nazw funkcji – jeszcze raz Podstawy OpenGL

  39. Konwencje nazw zmiennych stanu biblioteki OpenGL zawiera ponad 250 parametrów (zmiennych stanu) określających „stan maszyny OpenGL” – środowisko tworzenia grafiki. Parametry zapisywane symbolicznie dużymi literami są poprzedzone przedrostkiem GL_, np. GL_SMOOTH, GL_FLAT. Analogiczne parametry (choć w mniejszej ilości) dostarczone są do bibliotek GLU, GLUT. Ich postać jest analogiczna, np. GLU_POINTGLUT_RGBAGLUT_SINGLE Podstawy OpenGL

  40. Jeszcze o zmiennych stanu Zmienne stanu mogą być skalarami lub tablicami zawierającymi maski bitowe lub wielkości typu int, float, double. Do ich ustawienia stosujemy raczej funkcje OpenGL, niż bezpośrednie podstawienie wartości – o tym będzie mowa później. Możemy też pytać o bieżące ustawienia zmiennych stanu. Zmienne stanu mają na początku pewne sensowne wartości domyślne, więc na ogół coś się na ekranie narysuje (choć nie zawsze tak, jak tego chcielibyśmy). Podstawy OpenGL

  41. Pytanie o binarne zmienne stanu O zmienne stanu, które są wartościami logicznymi możemy zapytać funkcją: GLbooleanglIsEnabled(GLenum opis);‏ np. glIsEnabled(GL_DEPTH_TEST)‏; W odpowiedzi otrzymujemy GL_TRUElub GL_FALSE O inne zmienne pytamy przez glGet…()‏ Podstawy OpenGL

  42. Ogólne pytanie o zmienne stanu OpenGL umożliwia również ogólne zapytanie o zmienne stanu różnych typów: voidglGetBooleanv(GLenumpname, GLboolean* param); voidglGetDoublev(GLenumpname, GLdouble* param); voidglGetFloatv(GLenumpname, GLfloat* param); voidglGetIntegerv(GLenumpname, GLint* param); pname jest nazwą zmiennej stanu; niestety trzeba znać te nazwy. Można je znaleźć między innymi na stroniehttp://www.opengl.org/sdk/docs/man/xhtml/glGet.xml param zwraca wskaźnik do zmiennej zawierającej wartość wybranej zmiennej stanu

  43. x z Układ współrzędnych y W OpenGL przyjęto układ prawoskrętny. (Przeciwstawiając się wcześniejszej tradycji, zgodnie z którą w grafice komputerowej stosowano raczej układ lewoskrętny)‏ Podstawy OpenGL

  44. Niektóre operacje wstępne Na następnym slajdzie... Podstawy OpenGL

  45. Czyszczenie ekranu (lub ogólniej buforów)‏ voidglClear(GLbitfieldmask)‏ voidglClear(unsigned long intmask)‏ Argument maskwskazuje, które bufory powinny zostać wyczyszczone. GL_COLOR_BUFFER_BIT GL_DEPTH_BUFFER_BIT GL_STENCIL_BUFFER_BIT GL_ACCUM_BUFFER_BIT Obecnie interesuje nas przede wszystkim postać voidglClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT)‏ Podstawy OpenGL

  46. Czyszczenie ekranu różnymi kolorami voidglClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); domyślnie czyści ekran kolorem czarnym (zeruje bufor) Możemy określić dowolny kolor funkcją: voidglClearColor(GLclampfred, GLclampfgreen, GLclampfblue, GLclampfalpha); Np. voidglClearColor(1.0f,1.0f,1.0f,1.0f); Podstawy OpenGL

  47. Ustawienie bieżącego koloru do rysowania Zajmujemy się wyłącznie trybem RGB/RGBA Tryb pracy zazwyczaj jest taki: ustaw_bieżący_kolor(red);rysuj_obiekt(A);rysuj_obiekt(B);ustaw_bieżący_kolor(blue);ustaw_bieżący_kolor(green);rysuj_obiekt(C); Samo rysowanie jest oderwane od koloru. Bieżący kolor jest kontekstem ustawionym przez zmienne stanu. Podstawy OpenGL

  48. Ustawienie bieżącego koloru do rysowania, c.d. Ustawienie bieżącego koloru. Ogólna postać. Przesadnie ogólna, ale tym razem niech będzie voidglColor3{b|s|i|f|d|ub|us|ui} (TYPE r, TYPE g, TYPE b)‏; voidglColor4{b|s|i|f|d|ub|us|ui} (TYPE r, TYPE g, TYPE b, TYPE a)‏; voidglColor3{b|s|i|f|d|ub|us|ui}v(constTYPE *v)‏; voidglColor4{b|s|i|f|d|ub|us|ui}v(const TYPE *v)‏; Podstawy OpenGL

More Related