J.C. Torres – P. Cano Univ. de Granada. Dpto. Lenguajes y S.I. Diseño Asistido por ordenador

OpenGL1. Introducción2. Estructura de un programa3. Dibujo con OpenGL4. Visualización y transformaciones5. Estructura del código de prácticas

Referencias● Shreiner  et al: OpenGL(R) Programming Guide: The red book, Version 2. Addison

Wesley, 2005. http://www.opengl.org/documentation/red_book/● The OpenGL Reference Manual  The Blue book. Version 1.4. AddisonWesley, 2004.                   http://www.opengl.org/documentation/blue_book/● J. Ribelles, J. Lluch (eds.): OpenGL en fichas: Una introducción práctica. Publicacions de 

la Universitat Jaume I. 2003.● R.S. Wright, B. Lipchak: Programación OpenGL. Anaya  2005● OpenGL Overview.  http://www.opengl.org/about/overview/ ● OpenGL 2.1 Reference Pages http://www.opengl.org/sdk/docs/man/

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1. Introducción

OpenGL es una API abierta y estándar

● Oculta el hardware● Hace que la aplicación sea portable

Permite manejar:

● Elementos geométricos● Propiedades visuales● Transformaciones● Especificación de fuentes de luz● Especificación de cámara

Aplicación

OpenGL

Hardware

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IntroducciónBibliotecas auxiliares: GLU y GLUT

GLU es la librería de utilidades de OpenGL. Incluye funciones para crear texturas y dibujar superficies.

GLUT es el toolkit de OpenGL, incluye funciones para interaccionar con el sistema de gestion de ventanas. Es portable e independiente de la plataforma. Permite crear ventanas gráficas y procesar eventos de entrada. Además incluye funciones para dibujar objetos poliédricos simples.

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La estructura de procesamientoen una implementacióntípica es un cauce

Aplicación

 OpenGLBuffer de ordenes

Transformación e iluminación

Rasterización

Memoria de imagen

Estado

Introducción

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Aplicación

 OpenGL

GPU  (Unidad de procesamiento gráfico)   

Buffer de ordenes

Memoria de imagen

Estado

Rasterización

 Transformación e iluminación

Introducción

Puede estar implementado porsoftware o hardware. 

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2. Estructura de un programavoid pick(int x, int y){   GLuint buff[512];   GLint hits;   GLint viewport[4];   int i;

   glSelectBuffer (512, buff);   (void) glRenderMode (GL_SELECT);     // Paso a modo seleccion

   glInitNames();   glPushName(1);

   glMatrixMode (GL_PROJECTION);   glPushMatrix ();   glLoadIdentity ();

   glGetIntegerv (GL_VIEWPORT, viewport);   gluPickMatrix ((GLdouble) x, (GLdouble) (viewport[3]  y),                  5.0, 5.0, viewport);   fijaProyeccion();

   Dibuja();   glMatrixMode (GL_PROJECTION);   glPopMatrix ();              // Deja la transformacion como estaba

   hits = glRenderMode (GL_RENDER);

   if(hits==0 ) return; // Nada seleccionado   if(hits==1) printf(" Escenario \n");   // buff   // 0 #names1   // 1  min Z1   // 2 max Z1   // 3..2+#names1   names1   // 3+#names1   #names2   // 4+#names1   min Z2   // 5+#names1   max Z2   // 6+#names1..5+#names1+#names2 names2

      i = buff[6+buff[0]]1;   // Primer identificador de segundo hit

      printf (" Id: %d \n",i); // Se mira solo el primer identificador    /*  if(i>0 && i< COCHESSIZE){         if(coches[i].v < 0.01) {                printf(" > velocidad %5.1f \n",vold);                coches[i].v = vold;}         else { }

Ejecución secuencial

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void pick(int x, int y){   GLuint buff[512];   GLint hits;   GLint viewport[4];   int i;

   glSelectBuffer (512, buff);   (void) glRenderMode (GL_SELECT);     // Paso a modo seleccion

   glInitNames();   glPushName(1);

   glMatrixMode (GL_PROJECTION);   glPushMatrix ();   glLoadIdentity ();

   glGetIntegerv (GL_VIEWPORT, viewport);   gluPickMatrix ((GLdouble) x, (GLdouble) (viewport[3]  y),                  5.0, 5.0, viewport);   fijaProyeccion();

   Dibuja();   glMatrixMode (GL_PROJECTION);   glPopMatrix ();              // Deja la transformacion como estaba

   hits = glRenderMode (GL_RENDER);

   if(hits==0 ) return; // Nada seleccionado   if(hits==1) printf(" Escenario \n");   // buff   // 0 #names1   // 1  min Z1   // 2 max Z1   // 3..2+#names1   names1   // 3+#names1   #names2   // 4+#names1   min Z2   // 5+#names1   max Z2   // 6+#names1..5+#names1+#names2 names2

      i = buff[6+buff[0]]1;   // Primer identificador de segundo hit

      printf (" Id: %d \n",i); // Se mira solo el primer identificador    /*  if(i>0 && i< COCHESSIZE){         if(coches[i].v < 0.01) {                printf(" > velocidad %5.1f \n",vold);                coches[i].v = vold;}         else {

void pick(int x, int y){   GLuint buff[512];   GLint hits;   GLint viewport[4];   int i;

   glSelectBuffer (512, buff);   (void) glRenderMode (GL_SELECT);     // Paso a modo seleccion

   glInitNames();   glPushName(1);

   glMatrixMode (GL_PROJECTION);   glPushMatrix ();   glLoadIdentity ();

   glGetIntegerv (GL_VIEWPORT, viewport);   gluPickMatrix ((GLdouble) x, (GLdouble) (viewport[3]  y),                  5.0, 5.0, viewport);   fijaProyeccion();

   Dibuja();   glMatrixMode (GL_PROJECTION);   glPopMatrix ();              // Deja la transformacion como estaba

   hits = glRenderMode (GL_RENDER);

   if(hits==0 ) return; // Nada seleccionado   if(hits==1) printf(" Escenario \n");   // buff   // 0 #names1   // 1  min Z1   // 2 max Z1   // 3..2+#names1   names1   // 3+#names1   #names2   // 4+#names1   min Z2   // 5+#names1   max Z2   // 6+#names1..5+#names1+#names2 names2

      i = buff[6+buff[0]]1;   // Primer identificador de segundo hit

      printf (" Id: %d \n",i); // Se mira solo el primer identificador    /*  if(i>0 && i< COCHESSIZE){         if(coches[i].v < 0.01) {                printf(" > velocidad %5.1f \n",vold);                coches[i].v = vold;}         else {                vold = coches[i].v;                printf(" < velocidad %5.1f \n",vold);                coches[i].v = 0.0;                }         }*/  // setViewTrans();}

Secuencial + subrutinas

Estructura de un programa

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Pulsación de ratón

Entrada de teclado

Redimensionaventana

En un sistema interactivo las acciones son disparadas por eventos

Estructura de un programa

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void pick(int x, int y){   GLuint buff[512];   GLint hits;   GLint viewport[4];   int i;

   glSelectBuffer (512, buff);   (void) glRenderMode (GL_SELECT);     // Paso a modo seleccion

   glInitNames();   glPushName(1);

   glMatrixMode (GL_PROJECTION);   glPushMatrix ();   glLoadIdentity ();

   glGetIntegerv (GL_VIEWPORT, viewport);   gluPickMatrix ((GLdouble) x, (GLdouble) (viewport[3]  y),                  5.0, 5.0, viewport);   fijaProyeccion();

   Dibuja();   glMatrixMode (GL_PROJECTION);   glPopMatrix ();              // Deja la transformacion como estaba

   hits = glRenderMode (GL_RENDER);

   if(hits==0 ) return; // Nada seleccionado   if(hits==1) printf(" Escenario \n");   // buff   // 0 #names1   // 1  min Z1   // 2 max Z1   // 3..2+#names1   names1   // 3+#names1   #names2   // 4+#names1   min Z2   // 5+#names1   max Z2   // 6+#names1..5+#names1+#names2 names2

      i = buff[6+buff[0]]1;   // Primer identificador de segundo hit

      printf (" Id: %d \n",i); // Se mira solo el primer identificador    /*  if(i>0 && i< COCHESSIZE){         if(coches[i].v < 0.01) {                printf(" > velocidad %5.1f \n",vold);                coches[i].v = vold;}         else {                vold = coches[i].v;                printf(" < velocidad %5.1f \n",vold);                coches[i].v = 0.0;                }         }*/  // setViewTrans();}

   glSelectBuffer (512, buff);   (void) glRenderMode (GL_SELECT);     // Paso a modo seleccion

   glInitNames();   glPushName(1);

   glMatrixMode (GL_PROJECTION);   glPushMatrix ();   glLoadIdentity ();

   glGetIntegerv (GL_VIEWPORT, viewport);   gluPickMatrix ((GLdouble) x, (GLdouble) (viewport[3]  y),                  5.0, 5.0, viewport); return;}

Pulsación de ratón

Entrada de teclado

   glSelectBuffer (512, buff);   (void) glRenderMode (GL_SELECT);     // Paso a modo seleccion

   glInitNames();   glPushName(1);

   glMatrixMode (GL_PROJECTION);   glPushMatrix ();   glLoadIdentity ();

   glGetIntegerv (GL_VIEWPORT, viewport);   gluPickMatrix ((GLdouble) x, (GLdouble) (viewport[3]  y),                  5.0, 5.0, viewport); return;}

   glSelectBuffer (512, buff);   (void) glRenderMode (GL_SELECT);     // Paso a modo seleccion

   glInitNames();   glPushName(1);

   glMatrixMode (GL_PROJECTION);   glPushMatrix ();   glLoadIdentity ();

   glGetIntegerv (GL_VIEWPORT, viewport);   gluPickMatrix ((GLdouble) x, (GLdouble) (viewport[3]  y),                  5.0, 5.0, viewport); return;}

Redimensionaventana

La organización del código está dirigida por los eventos

Estructura de un programa

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void pick(int x, int y){   GLuint buff[512];   GLint hits;   GLint viewport[4];   int i;

   glSelectBuffer (512, buff);   (void) glRenderMode (GL_SELECT);     // Paso a modo seleccion

   glInitNames();   glPushName(1);

   glMatrixMode (GL_PROJECTION);   glPushMatrix ();   glLoadIdentity ();

   glGetIntegerv (GL_VIEWPORT, viewport);   gluPickMatrix ((GLdouble) x, (GLdouble) (viewport[3]  y),                  5.0, 5.0, viewport);   fijaProyeccion();

   Dibuja();   glMatrixMode (GL_PROJECTION);   glPopMatrix ();              // Deja la transformacion como estaba

   hits = glRenderMode (GL_RENDER);

   if(hits==0 ) return; // Nada seleccionado   if(hits==1) printf(" Escenario \n");   // buff   // 0 #names1   // 1  min Z1   // 2 max Z1   // 3..2+#names1   names1   // 3+#names1   #names2   // 4+#names1   min Z2   // 5+#names1   max Z2   // 6+#names1..5+#names1+#names2 names2

      i = buff[6+buff[0]]1;   // Primer identificador de segundo hit

      printf (" Id: %d \n",i); // Se mira solo el primer identificador    /*  if(i>0 && i< COCHESSIZE){         if(coches[i].v < 0.01) {                printf(" > velocidad %5.1f \n",vold);                coches[i].v = vold;}         else {                vold = coches[i].v;                printf(" < velocidad %5.1f \n",vold);                coches[i].v = 0.0;                }         }*/  // setViewTrans();}

   glSelectBuffer (512, buff);   (void) glRenderMode (GL_SELECT);     // Paso a modo seleccion

   glInitNames();   glPushName(1);

   glMatrixMode (GL_PROJECTION);   glPushMatrix ();   glLoadIdentity ();

   glGetIntegerv (GL_VIEWPORT, viewport);   gluPickMatrix ((GLdouble) x, (GLdouble) (viewport[3]  y),                  5.0, 5.0, viewport); return;}

Pulsación de ratón

Entrada de teclado

   glSelectBuffer (512, buff);   (void) glRenderMode (GL_SELECT);     // Paso a modo seleccion

   glInitNames();   glPushName(1);

   glMatrixMode (GL_PROJECTION);   glPushMatrix ();   glLoadIdentity ();

   glGetIntegerv (GL_VIEWPORT, viewport);   gluPickMatrix ((GLdouble) x, (GLdouble) (viewport[3]  y),                  5.0, 5.0, viewport); return;}

   glSelectBuffer (512, buff);   (void) glRenderMode (GL_SELECT);     // Paso a modo seleccion

   glInitNames();   glPushName(1);

   glMatrixMode (GL_PROJECTION);   glPushMatrix ();   glLoadIdentity ();

   glGetIntegerv (GL_VIEWPORT, viewport);   gluPickMatrix ((GLdouble) x, (GLdouble) (viewport[3]  y),                  5.0, 5.0, viewport); return;}

Redimensionaventana

Comunicación por variables globales

Datos

Estructura de un programa

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 Main

Dibujo

Cambio tamañoventana X

Entrada

Inicialización

GlutMainLoop

Idle

Cola eventos

Eventos

Estructura de un programa

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Eventos más usuales: 

 Cambio de tamaño de ventana. Entrada de letras Entrada de caracteres especiales Pulsación de ratón Movimiento de ratón Ausencia de eventos pendientes de procesar Eventos cronometrados Redibujado

Estructura de un programa

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3. Dibujo con OpenGL

Estado de OpenGL 

● Crear fuente de luz● Asignar propiedades de material● Asignar normales● Crear geometría

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 Crear fuente de luzDibujo con OpenGL

El modelo más simple para el cálculo de iluminación es el de Lambert

Color s=Color obj I amb I dif I esp

I dif=Rdif cos=Rdif max L ∙ N , 0I esp=Resp max H ∙ N

n , 0

Iamb  es la iluminación ambiente, es un parámetro de la escena, Rdif y Resp son la reflectividad difusa y especular, son parámetros de la superficie

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 Act

ivar

 Par

á met

ros

 Crear fuente de luzGLfloat pos[4] ={10.0, 40.0, 10.0, 1.0 };GLfloat inten[4] ={0.4, 0.4, 0.4, 1.0 };GLfloat light_ambient[ ] = { 0.2, 0.2, 0.2, 1.0};GLfloat light_specular[ ] = { 1.0, 1.0, 1.0, 1.0 };

glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, light_ambient);glLightfv( GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, inten);glLightfv(GL_LIGHT1, GL_SPECULAR, light_specular);glLightfv( GL_LIGHT0, GL_POSITION, pos );

glEnable( GL_LIGHTING );glEnable( GL_LIGHT0 );

Componente homogénea   0= en el infinito

Dibujo con OpenGL

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 Asignar propiedades de materialfloat color[4]={0.2,0.7,1,1};  // R,G,B, AlfaGLfloat mat_specular[ ] = { 1.0, 1.0, 1.0, 1.0 };GLfloat low_shininess[ ] = { 5.0 };

glMaterialfv( GL_FRONT_AND_BACK,   GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE, color );glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR, mat_specular);glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SHININESS, low_shininess);

Dibujo con OpenGL

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Crear geometría

  glBegin( GL_QUADS ); {             glVertex3f( x, 0, 0 );      glVertex3f( x, y, 0 );      glVertex3f( x, y, z );      glVertex3f( x, 0, z );  }   glEnd();

Dibujo con OpenGL

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GL_QUAD_STRIP

Crear geometríaDibujo con OpenGL

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Crear geometríaDibujo con OpenGL

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 Asignar normales: Modo de sombreadoDibujo con OpenGL

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glShadeModel( GL_FLAT );

glShadeModel( GL_SMOOTH );

 Asignar normales: Modo de sombreadoDibujo con OpenGL

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 N

 E2

 E1

N = E1 x E2

N=E1×E2=Y 1 ∙ Z 2−Y 2∙ Z 1 , Z 1∙ X 2−X 1 ∙ Z 2, X 1∙ Y 2−Y 1 ∙ X 2

 Asignar normales: Calculo de normalesDibujo con OpenGL

x

y

z

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glShadeModel( GL_FLAT );glBegin( GL_QUADS );{    

 glNormal3f(1, 0, 0 );         glVertex3f( x, 0, 0 );     .....      glVertex3f( x, 0, z ); }glEnd();glShadeModel( GL_SMOOTH );glBegin( GL_QUADS );{    

 glNormal3f(1, 0, 0 );         glVertex3f( x, 0, 0 );

..... glNormal3f(1, 0, 0 );

      glVertex3f( x, 0, z ); }glEnd();

 Asignar normales: Calculo de normalesDibujo con OpenGL

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Dibujo con OpenGL

Luz ligada al observador Luz fija en la escena

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Pipeline de visualización

xyzw

v é rtice

Matriz de modelado

(Modelview)

Matriz de proyeccióm(Projection)

Normalización

Transformación de viewport

Coordenadasde mundo

Coordenadasde cámara

Coordenadasde recorte

Coordenadasnormalizadas

Coordenadasventana

Se utiliza para ubicar los objetos en el escenario Se utiliza para ubicar la 

cámara

4. Visualización y transformaciones

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glFrustrum

http://www.cs.virginia.edu/~gfx/Courses/2002/Intro.fall.02/Lectures/lecture03.ppthttp://www.cs.utoronto.ca/~faisal/teaching/notes/csc418/faisal/topics05.htmlhttp://www.glprogramming.com/red/chapter03.html

glOrtho

4. Visualización y transformacionesVisualizaciónProyección perspectiva y paralela

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Transformaciones geométricas

http://www.cs.utoronto.ca/~faisal/teaching/notes/csc418/faisal/topics04.html

Selección de transformación a editar:  glMatrixMode( GL_MODELVIEW );

  glMatrixMode( GL_PROJECTION);

Asignación de valor:  glLoadIdentity();  glTranslatef( X, Y, Z );  glRotatef(ang, X, Y, Z);   glScalef( X, Y, Z );

  glLoadMatrixf( M );

(La composición no es conmutativa)

glutSolidTorus(0.5,3,24,32);

glTranslatef(0,5,0);glRotatef(90,0,1,0);glutSolidTorus(0.5,3,24,32);

4. Visualización y transformaciones

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Pila de transformacionesv é rti

ce

Matriz de modelado

(Modelview)

Matriz de proyeccióm(Projection)

Normalización

Transformación de viewport

Coordenadasde mundo

Coordenadasde cámara

Coordenadasde recorte

Coordenadasnormalizadas

Coordenadasventana

MO4MO34MO3

MO12

MP1MP4MP5

Pila de modelado Pila de proyección

glPushMatrix();

glPopMatrix();

4. Visualización y transformaciones

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Coordenadas homogéneas

x

w

y

1

Ph

P

Ph= x , y , z , w P=x ' , y ' , z ' t.q. x '=

xw

; y '=yw

; z '=zw

4. Visualización y transformaciones

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Transformaciones en coordenadas homogéneas

x ' , y ' , z ' , w ' =a 1 1 a 1 2 a 1 3 a 1 4

a2 1 a22 a23 a24

a3 1 a32 a33 a34

a4 1 a42 a43 a44 ∙

xyz1

1- Pasar a coordenadas homogéneas: (x,y,z) -> (x,y,z,1)

2- Aplicar transformación:

3- Proyectar al espacio 3D:(x”,y”,z”) = (x'/w',y'/w',z'/w')

4. Visualización y transformaciones

 ∙ Las transformaciones se pueden componer

 ∙ Las transformaciones se pueden almacenar

J.C. Torres – P. Cano Univ. de Granada. Dpto. Lenguajes y S.I. Diseño Asistido por ordenador

Estructura del código de prácticas

Módulos:

 grua: programa principal entradaMenu entradaTeclado estructura: funciones de dibujo de piezas modelo: evento de redibujado mouse: eventos de ratón visual: Transformación de visualización iu: Interfaz de usuario

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Fichero de cabecera

grua.h modelo.c#ifndef  __gruaH__  #include <GL/glut.h>

#define __gruaH__ #include "glui.h"#ifndef  __modelo__ #include 

#define ambito extern .....#else  #define  __modelo__

#define ambito #include "grua.h"#endif

....ambito int COLORGRUA;

#endif

#undef ambito

Estructura del código de prácticas

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Interfaz de usuario: glui

Estructura del código de prácticas

Menús de persiana

Mensajes

Menús

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Tema 2: Modelado geométrico