OpenGL

1. OpenGL Modulo 2E: - transformações - cores - luz Marcus G. Pivatto

2. Conteúdo • realidade virtual ? (linguagens 3D & resultados) • projeções e seus efeitos • rotação, translação, escala • animação, problemas hardware/software • atribuição de cores • definições de luz

3. TITLE: warm_up Megapov 0.7 • NAME: Norbert Kern, Germany • TOPIC: Insects and Spiders • PARSE: 11min 40s TRACE: 101 h 18 min MEMORY: 1110 MB peak • HARDWARE USED: 1,4 GHz Athlon C / 1 GB RAM

4. TITLE: The wet bird • NAME: Gilles Tran, France • TOPIC: City • RENDER TIME: 21 h • HARDWARE USED: Pentium II 350 • Megapov 0.4

5. M.C. Escher (1898- 1972) • A Dutch graphic artist, most recognized for spatial illusions, impossible buildings, repeating geometric patterns (tessellations), and his incredible techniques in woodcutting and lithography.

6. Projeções • visão  percepção • real  virtual • 2D  3D • TITLE: That's Impossible • NAME: Joe Wise • COUNTRY: USA

7. Ortogonal • A Projeção Ortogonal é selecionada pelo comando glOrtho e utiliza seis parâmetros que definem um volume de visão. glOrtho(left,right,bottom,top,near,far);

8. Perspectiva • A percepção das distâncias entre os objetos e o ponto de visão é o efeito característico da projeção em perspectiva. • Comando glFrustum, define o volume de visão em forma de tronco de pirâmide ( frustum ). glFrustrum(left,right,bottom,top,near,far); ou gluPerspective(angle,aspect,near,far);

9. Exemplo - Ortogonal • Observar o sentido de rotação do disco colorido!

10. Exemplo - Perspectiva • Observar o sentido de rotação do disco colorido!

11. Transformações - Comandos • Translação • Rotação • Escala • Reinicialização • Armazenar e restaurar um “estado de transformação” anterior.

12. Estado de Transformação • A idéia central as transformações em OpenGL é que elas são cumulativas, ou seja, podem ser aplicadas umas sobre as outras. • Uma transformação geométrica de OpenGL é armazenada internamente em uma matriz. A cada tranformação esta matriz é alterada e usada para desenhar os objeto a aprtir daquele momento, até que seja novamente alterada.

13. Matrizes de Transformação • O OpenGL mantém três matrizes de transformação: ModelView, Projection e ViewPoint que são usadas para transformar um vértice qualquer dado em um ponto da janela de visualização. • Cada vértice especificado é multiplicado por estas três

14. Pipeline de Transformação • glMatrixMode executado com uma das constantes: GL_MODELVIEW, GL_PROJECTION ou GL_TEXTURE.

15. O GL_Fotógrafo • Arrumar o tripé e posicionar a câmera para fotografar a cena - equivalente a especificar as transformações de visualização ( função gluLookAt ); • Arrumar a cena para ser fotografada, incluindo ou excluindo objetos/pessoas - equivalente à etapa de modelagem (inclui as tranformações geométricas, glTranslatef, glScalef, glRotatef, e o desenho dos objetos); • Escolher a lente da câmera ou ajustar o zoom - equivalente a especificar as transformações de projeção ( função gluPerspective ); • Determinar o tamanho final da foto (maior ou menor) - equivalente a especificar a viewport (funções glViewport e ChangeSize).

16. Exemplo de Código glMatrixMode( GL_MODELVIEW ); // Define a Matriz alvo glLoadIdentity(); // re-inicializa a matriz DesenhaObjeto(); // Desenha o objeto na posição // correspondente às suas coordenadas // originais                 glTranslatef(10,10,10); DesenhaObjeto(); // Desenha o objeto descolado de 10                  // unidades em cada eixo glTranslatef(10,10,10); DesenhaObjeto(); // Desenha o objeto descolado de 20 // unidades em cada eixo // LEMBRE-SE, AS TRANSFORMAÇÕES SÃO // CUMULATIVAS

17. Transformações - Translação     Para efetuar uma translação há o comando: glTranslatef(tx, ty, tz) que move todas as coordenadas dos objetos ao longo dos eixos coordenados.

18. Transformações - Rotação    Para efetuar uma rotação há o comando: glRotatef(Angulo, x, y, z) que gira o objeto ao redor do vetor (x,y,z). O giro é de Angulo graus, no sentido anti-horário.

19. Transformações - Escala   Para efetuar uma escala há o comando: glScalef(ex, ey, ez) que altera a escala do objeto ao logo dos eixos coordenados.

20. Reinicializando as Tranformações    Para permitir que a transformação atual seja reinicializada há o comando: glLoadIdentity().

21. Limitando o escopo das Tranformações   Para permitir que uma transformação valha somente em um certo trecho de prograam e assim não altere o que está sendo desenhado depois, há os comados: glPushMatrix() e glPopMatrix(). A idéia é que o glPushMatriz armazene as transformações atuais em um pilha interna do OpenGL e que estas transformações possam ser retiradas depois por um glPopMatriz.

22. Exercício 1 Inserir os comandos: glLoadIdentity glPushMatrix glPopMatrix glRotatef glTransalef adequadamente no código fornecido, de maneira a obter um disco branco, girando como uma moeda sobre a mesa.

23. Cor – Conceitos Básicos

24. Cor – Comandos Básicos • glClearColor(1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f); define a cor ( Red, Green, Blue, Alpha ) utilizada ao se apagar a janela • glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); apaga a janela com a cor definida em glGlearColor • glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f); define a cor ( Red, Green, Blue ) com a qual os próximos objetos serão desenhados

25. Cada vértice tem cor própria ! glBegin( GL_TRIANGLES ); // red glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f); glVertex3f(0.000f, 1.000f, -5.000f); // green glColor3f(0.0f,1.0f,0.0f); glVertex3f(-0.866f, -0.500f,-5.000f); // blue glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f); glVertex3f(0.866f, -0.500f, -5.000f); glEnd();

26. Vsync? f H = 96kHz horizontal scanning frequency Vres = 768 pixel Hres = 1024 pixel Refresh rate = f H / Hres * 0.95 = 89 Hz  Vsync

27. Luz OpenGL considera que a luz é dividida em quatro componentes independentes: • Ambiente: resultado da luz refletida no ambiente; é uma luz que vem de todas as direções; • Difusa: luz que vem de uma direção, atinge a superfície e é refletida em todas as direções; assim, parece possuir o mesmo brilho independente de onde a câmera está posicionada; • Especular: luz que vem de uma direção e tende a ser refletida numa única direção; • Emissiva: simula a luz que se origina de um objeto; a cor emissiva de uma superfície adiciona intensidade ao objeto, mas não é afetada por qualquer fonte de luz; ela também não introduz luz adicional da cena.

28. Materiais • A cor do material de um objeto depende da porcentagem de luz vermelha, verde e azul incidente que ele reflete. Para determiná-la deve-se multiplicar o coeficiente de reflexão (MR, MG, MB) do material pelos componentes (LR, LG, LB) de intensidade da luz incidente. luz que chega no observador é dada por: (LR.MR, LG.MG, LB.MB)

29. Efeito da luz sobre o objeto Abaixo o memo modelo com todos parâmetros de luz definidos

30. Parâmetros de luz • glEnable(GL_LIGHTING);habilita a iluminação GL_COLOR_MATERIAL atribui a cor para o material a partir da cor corrente • glShadeModel(GL_SMOOTH); estabelece o modelo de tonalização (GL_FLAT, GL_SMOOTH) • glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR, especularidade); estabelece os parâmetros do material que serão usados pelo modelo de iluminação (GL_AMBIENT, GL_DIFFUSE, GL_SPECULAR, GL_EMISSION, GL_SHININESS, GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE ou GL_COLOR_INDEXES)

31. Parâmetros de luz – cont. • glLightModelfv(GL_LIGHT_MODEL_AMBIENT, luzAmbiente); estabelece os parâmetros do modelo de iluminação usado por OpenGL (GL_LIGHT_MODEL_AMBIENT, GL_LIGHT_MODEL_LOCAL_VIEWER ou GL_LIGHT_MODEL_TWO_SIDE;) • glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, luzAmbiente); estabelece os parâmetros da fonte de luz para uma das oito fontes de luz disponíveis de GL_LIGHT0 a GL_LIGHT7 (GL_AMBIENT, GL_DIFFUSE, GL_SPECULAR, GL_POSITION, GL_SPOT_DIRECTION, GL_SPOT_EXPONENT, GL_SPOT_CUTOFF. GL_CONSTANT_ATTENUATION, GL_LINEAR_ATTENUATION, GL_QUADRATIC_ATTENUATION);

32. Bibliografia / Referências Sites diversos: • http://www.worldofescher.com ( World of Escher ) • http://www.irtc.org ( Internet Raytracing Competition ) • http://www.povaray.org ( Persistence of Vision Raytracer ) Páginas de Professores: • http://www.inf.pucrs.br/~manssour/OpenGL/index.html • http://www.inf.pucrs.br/~pinho/CG/Aulas/OpenGL/OpenGL.html • http://www.cesec.ufpr.br/~mcunha/opengl/ • http://astronomy.swin.edu.au/~pbourke/opengl/ Documentos e Livros: • The OpenGL Graphic System: A Specification ( Version 1.4 ) • The OpenGL Graphics System Utility Library ( Version 1.3 ) • The OpenGL Utility Toolkit Programming Interface ( API Version 3 ) • OpenGL Reference Manual 2nd. ed. ( Version 1.1 )