Intro%20OpenGL

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Intro OpenGL

• Visualización Computacional 2

2
Qué es OpenGL?

• OpenGL es una biblioteca para el desarrollo de
  gráficos por computadora en 2D y 3D
  multiplataforma (Linux, Windows, Unix, MacOS,
  PS3)
• Su nombre proviene de Open Graphics Library
• Es una especificación que define una API (del
  inglés Application Programming Interface -
  Interfaz de Programación de Aplicaciones) para la
  programación de gráficos en varios lenguajes

Nota Referencias de OpenGL Programming Guide,
3rd Edition ver. 1.2(The Red Book).
3
Documentación disponible

• El Libro Rojo - The Red Book The OpenGL
  Programmer's guide.
• Libro de referencia y tutorial. Libro de cabecera
  para programadores de OpenGL.
• El Libro Azul - The Blue Book The OpenGL
  Reference manual.
• En esencia, una copia de la páginas del manual de
  OpenGL.

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Características de OpenGL

• Objetivos
• Ocultar complejidad de Hardware
• Ocultar las capacidades del Hardware
• Propósito Dibujado (puntos, líneas, polígonos)
• OpenGL como una Máquina de estados (o switches)

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OpenGL tiene

• Funciones para dibujar en 2D y 3D
• Transformaciones
• Algoritmos de iluminación
• Z-Buffering
• Mapeo de Texturas
• Soporte para Shaders
• Blending, elementos de antialiasing , efectos de
  Fog

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OpenGL no tiene

• Funciones para manejar ventanas, eventos de ratón
  o teclado ?
• Funciones o procedimientos para crear un objeto
  completo a partir de una descripción natural
  ejemplo comando drawCar()
• Soporte nativo para dibujado de curvas
• Soporte nativo para audio y/o texto
• Detección de colisiones
• Carga de imágenes

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Elementos necesarios

• Biblioteca OpenGL
• Archivos de cabecera (.h, .pas, etc.)
• Archivos obj o lib
• Verificar el soporte dentro de la plataforma
  elegida y bibliotecas para su ejecución
• Bibliotecas auxiliares (GLU, Glut)

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Qué pasa con lo que no tiene

• Y las ventanas , mouse, teclado????
• GLUT GL Utility Toolkit
• API de Win32
• IDE de desarrollo (forms, eventos, etc.)
• Imágenes
• SDL Image
• Devil
• Sonido
• SDL Mixer
• OpenAL
• fmod

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Sintaxis Básica

• OpenGL contiene 3 elementos distintos básicos
• Funciones
• Constantes
• Tipos de datos

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Funciones

• Usos
• Dibujado de elementos
• Manipulación de proyecciones
• Transformaciones Geométricas
• Habilitación / Deshabilitación de switches
• Texturizado
• Aplicación de elementos para lograr iluminación
• Cuenta con 150 funciones básicas

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Sintaxis de funciones

• Se anteponen gl si pertenecen a la biblioteca
  OpenGL, glu o glut si son de éstas
  respectivamente
• Contienen información al final de cuántos
  parámetros reciben y cuál es su tipo
• Ejemplos
• glVertex3f
• glVertex4fv
• glVertex2i

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OpenGL Vertex/Color Command Formats
glVertex3fv( v )
glColor3fv( v )
Number of components
Data Type
Vector
b - byte ub - unsigned byte s - short us -
unsigned short i - int ui - unsigned int f -
float d - double
omit v for scalar form e.g., glVertex2f(x,
y) glColor3f(r, g, b)
2 - (x,y) 3 - (x,y,z), (r,g,b) 4 -
(x,y,z,w), (r,g,b,a)
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Constantes

• Usos
• Activar o desactivar ciertas propiedades de
  dibujado o switches
• Dar ciertos valores a parámetros de funciones que
  configuran algún elemento
• Todos van con mayúsculas empezando con GL y
  generalmente tienen _ cuando presentan espacios,
  ya que sus nombres son muy descriptivos acerca de
  para que sirven

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Constantes

• Ej.
• GL_LIGHTING
• GL_COLOR_BUFFER_BIT
• GL_LINES
• También las encontramos en GLUT
• Ej.
• GLUT_LEFT_BUTTON

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Buffers

• Color Buffer
• Depth Buffer
• Stencil Buffer
• Accumulation Buffer
• Selection Buffer

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• El Front Buffer es lo que vemos en pantalla
  finalmente.
• Se renderiza en Back buffer, luego se llama a
  SwapBuffers

Texture 1
Accumulation Buffer
Stencil Buffer
Depth Buffer
Texture 2
Back Buffer
Texture 3
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OpenGL Depth Buffer, Double Buffer

• Los buffers almacenan color y profundidad
• Eliminación de partes ocultas.
• glEnable (GL_DEPTH_TEST)
• Double buffering
• Dibujar en un buffer mientras se está mostrando
  otro.
• Cuando se termina de renderizar, se intercambian
  los dos.
• glutSwapBuffers() // al finalizar el bucle de
  rendering
• Borrando buffers// Borrar la pantalla con un
  color específico.glClearColor (0.0, 0.0, 0.0,
  0.0)// Borrar color y depth buffers.glClear(GL
  _COLOR_BUFFER_BIT GL_DEPTH_BUFFER_BIT)

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Máquina de estados

• Set
• glPointSize(size)
• glLineWidth(width)
• glLineStipple(repeat, pattern)
• glShadeModel(GL_SMOOTH)
• Get
• glGet()
• Habilitaciones
• glEnable(GL_LIGHTING)
• glDisable(GL_TEXTURE_2D)
• glIsEnable(GL_DEPTH_TEST)

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Seteando estados

• OpenGL es una máquina de estados los polígonos
  son afectados por el color, la transformación, el
  modo de render actuales.
• Habilitar y deshabilitar opciones como
  iluminación, uso de texturas y alpha blending.
• glEnable (GL_LIGHTING) // habilitar lighting
  (disabled por default)
• Olvidarse de habilitar/deshabilitar algo es el
  origen más común de los bugs. Corroborar siempre
  el estado de las variables que necesitamos y sus
  valores por default. (lista de defaults en
  Apéndice B).

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Mini engine (método draw)

• Borrar contenido del buffer actual
• Setear transformaciones (View Projection,
  Viewport transf.)
• Loop para cada primitiva
• Transformaciones
• Tipo de primitiva, atributos, estados de render
• Flush o Swap buffers

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Transformaciones y Vista (Cap.3)

• OpenGL tiene 3 modos distintos de matrices
• GL_MODELVIEW
• GL_PROJECTION
• GL_TEXTURE
• Por ejemplo, para trabajar con modo projection
  matrix glMatrixMode(GL_PROJECTION)
• La matriz Modelview se usa para las
  transformaciones en los objetos.
• La matrix Projection setea la transformación de
  perspectiva. Generalmente se setea una vez al
  comienzo del programa.
• La matriz Texture es usada para aplicar
  transformaciones a las coordenadas de textura.

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MVPV
23
Operaciones de matrices

• glMatrixMode()
• GL_PROJECTION
• GL_MODELVIEW
• GL_TEXTURE
• glLoadIdentity()
• glLoadMatrix()
• glMultMatrix()
• glPushMatrix()
• glPopMatrix()

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Multiplicación de matrices

• glMatrixMode(GL_MODELVIEW)
• glLoadIdentity()
• glMultMatrix(N)
• glMultMatrix(M)
• glMultMatrix(L)
• glBegin(GL_POINTS)
• glVertex3f(v)
• glEnd()
• La transormación final es N(M(Lv))

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Transformaciones de modelos

• Mover/trasladar objeto
• glTranslate234fd( x, y, z )
• Rotar el objeto en un eje arbitrario
• glRotate234fd( angle, x, y, z )
• Escalar, deformar, espejar objeto
• glScale234fd( x, y, z )

Tutoriales de Nate Robins
http//www.xmission.com/nate/tutors.html
26
El orden es importante
Internamente se define un nuevo espacio de
coordenadas local en términos del espacio de
coordenadas anterior.
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Primitivas en glBegin (Cap.2, p.44)

• Puntos GL_POINTS
• Líneas GL_LINES, GL_LINE_STRIP, GL_LINE_LOOP
• Triángulos GL_TRIANGLES, GL_TRIANGLE_STRIP,
  GL_TRIANGLE_FAN
• Cuadrados GL_QUADS, GL_QUAD_STRIP
• Polígonos GL_POLYGON

glBegin(GL_LINES) invocaciones
glVertexglEnd()
glBegin(GL_QUADS) invocaciones
glVertexglEnd()
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OpenGL Normales y Luces

• Especificar normales de manera simple como
  especificamos geometría.
• Normalizar vectores de normales. // each vertex
  has a different normal hereglColor3f (0.8, 1.0,
  0.5)glBegin(GL_TRIANGLES) glNormal3fv
  (n0) glVertex3fv (v0) glNormal3fv
  (n1) glVertex3fv (v1) glNormal3fv
  (n2) glVertex3fv (v2)glEnd()// all
  vertices have the same normal hereglBegin(GL_TRIA
  NGLES) glNormal3fv (n0) glVertex3fv
  (v0) glVertex3fv (v1) glVertex3fv
  (v2)glEnd()

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OpenGL Luces (Cap.5 p.173)

• glEnable (GL_LIGHTING)
• OpenGL soporta un máximo de 8 luces.
• glEnable (GL_LIGHT0)...glEnable (GL_LIGHT7)
• Las luces tienen una posición, un tipo, color,
  etc.
• Posición
• float light0Position4 1.0, 0.0, 4.0,
  1.0glLightfv (GL_LIGHT0, GL_POSITION,
  light0Position)
• El tipo de una luz es puntual, direccional y
  spot. El cuarto componente de la posición (1.0 en
  el ejemplo) determina el tipo. 0 es para luces
  direccionales, 1 es para luces puntuales o spots.
  (pág. 187)
• Podemos setear componentes de Ambient, Diffuse,
  Specular para cada luz.Mirar el texto en el
  libro.

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OpenGL Lighting (cont.)

• OpenGL soporta 2 modelos básicos de shading flat
  y smooth.
• glShadeModel(GL_FLAT) glShadeModel(GL_SMOOTH)

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OpenGL Propiedades de material (Cap.5)

• Se pueden especificar diferentes propiedades de
  material para los polígonos.
• Usar glMaterial(GLenum face, GLenum pname, TYPE
  param)
• Ejemplos (pname), pág. 202
• GL_AMBIENT Ambient color del material
• GL_DIFFUSE Diffuse color del material
• GL_SPECULAR Componente Specular
• GL_SHININESS Exponente Specular

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OpenGL Texturing

• Cargar los datos en crudo
• Provienen de una imagen tga, bmp, jpg
• Creados en tiempo de ejecución
• El resultado final es siempre un arreglo
• Setear valores de entorno
• Crear nombres de textura, construir Mipmaps,
  setear filtros, etc.
• Mapear la textura a los polígonos
• Especificar coordenadas s,t para los vértices del
  polígono.

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OpenGL Texturing

• Cargar los datos
• Unidades y clases que cargan imágenes.
• Setear valores de entorno
• Crear nombre de textura
• glGenTextures(int num, int texNames)
• glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texName)
• Escala, aplicación y Mipmapping
• gluScaleImage()
• glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S,
  GL_CLAMP)
• glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T,
  GL_CLAMP)
• gluBuild2DMipmaps()

34
Creación de apps

• GLUT
• Forms y handles
• Api de Windows

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GLUT OpenGL Utility Toolkit (Apéndice D)

• GLUT es una librería que maneja los eventos del
  sistema y las ventanas de la aplicación en
  múltiples plataformas.
• Ejemplo código
• int main (int argc, char argv)
• glutInit(argc, argv)
• glutInitDisplayMode (GLUT_DEPTH GLUT_DOUBLE
  GLUT_RGBA)
• glutInitWindowSize (windowWidth, windowHeight)
• glutInitWindowPosition (0, 0)
• glutCreateWindow (248 Video Game!")
• SetStates() // Initialize any rendering
  states (your code).
• RegisterCallbacks() // Set up event callbacks
  (your code, coming up).
• glutMainLoop() // Transfer control to GLUT.
  Doesnt return.
• return 0

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GLUT Event Callbacks

• Registrar funciones que son llamadas cuando un
  determinado evento ocurre.
• Ejemplos
• glutDisplayFunc( Display ) // called when its
  time to draw
• glutKeyboardFunc( Keyboard ) // receives key
  input
• glutReshapeFunc( Reshape ) // called when
  window reshapes
• glutMouseFunc( Mouse ) // called when button
  changes
• glutPassiveMotionFunc( PassiveFunc ) // mouse
  moves, no buttons
• glutMotionFunc( MouseDraggedFunc ) // mouse
  moves, some buttons
• glutIdleFunc( Idle ) // called whenever idle

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Forms y Handles (llamadas a API win32)

• Ejemplo código
• procedure TForm1.FormCreate(Sender TObject)
• begin
• initOpengl
• dcGetDC(Panel1.Handle)
• initPixelFormat()
• rc wglCreateContext(dc)
• wglMakeCurrent(dc,rc)
• glInit
• Resize()
• end

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Api de Windows

• Utilizamos la API de windows para crear nuestra
  propia ventana y manejar nuestros eventos.
• Ejemplo código
• function glCreateWnd(Width, Height Integer
  Fullscreen Boolean PixelDepth Integer)
  Boolean
• var
• begin
• h_Instance GetModuleHandle(nil)
  //Grab An Instance For Our Window
• ZeroMemory(_at_wndClass, SizeOf(wndClass)) //
  Clear the window class structure
• with wndClass do // Set up
  the window class
• begin
• style CS_HREDRAW or // Redraws
  entire window if length changes
• CS_VREDRAW or // Redraws
  entire window if height changes
• CS_OWNDC // Unique
  device context for the window
• lpfnWndProc _at_WndProc // Set the
  window procedure to our func WndProc
• hInstance h_Instance
• hCursor LoadCursor(0, IDC_ARROW)
• lpszClassName 'OpenGL'

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Bindings - OpenGL
http//nehe.gamedev.net/data/lessons/lesson.asp?le
sson02

• LWJGL
• Mac OS
• Mac OS X/Cocoa
• MASM
• Power Basic
• Pelles C
• Perl
• Python
• QT/C
• REALbasic
• Ruby
• Scheme
• Solaris
• Visual Basic
• Visual Fortran
• Visual Studio .NET

• ASM Code
• Borland C Builder 6
• BeOS
• C Code
• VB.Net CsGL
• Code Warrior 5.3
• Cygwin
• D Language
• Delphi
• Dev C
• Game GLUT
• GLUT Code
• Irix Code
• Java Code
• Java/SWT C
• Jedi-SDL
• JoGL
• LCC Win32
• Linux

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Ejemplos - Tutoriales
BSP Loader
41
Ejemplos - Tutoriales
Fog
42
Ejemplos - Tutoriales
Fuentes
43
Ejemplos - Tutoriales
Heightmap, Multitextura, Skybox
44
Ejemplos - Tutoriales
MD3 Loader - Animación
45
Ejemplos - Tutoriales
Wavefront OBJ Loader
46
Ejemplos - Tutoriales
Selección
47
Ejemplos - Tutoriales
Partículas
48
Ejemplos - Tutoriales
Render to texture
49
Ejemplos - Tutoriales
Skyboxes
50
Ejemplos - Tutoriales
Variados
51
Trabajos Prácticos

• Salón de exposiciones
• Datos en pantalla
• Environment Mapping (modelo)
• Sombras y/o reflejos (habitación)
• Efecto adicional (blending, lightmaps)

52
Trabajos Prácticos

• Juego de ajedrez
• Transparencias (piezas)
• Reflejos (sobre tablero) o Environment Mapping
  (piezas)
• Sombras (tablero)
• Selección de objetos en 3D

53
Trabajos Prácticos

• Shoot Game
• Efectos con partículas
• Modelos animados
• Transparencias o máscaras de textura
• Selección de objetos en 3D

54
Trabajos Prácticos

• Mundos virtuales (elegir algunas)
• Niebla
• Máscaras de textura
• Transparencias
• Reflejos y/o environment mapping
• Sombras
• Sistemas de partículas
• Modelos 3D

55
Trabajos Prácticos

• Otros
• Heightmap (niveles)
• Sombras
• Modelos animados
• Colisiones
• Skyboxes
• Efectos de partículas
• Técnicas DOC

56
Próximos pasos

• En la web (próximamente)
• Tutoriales y ejemplos.
• Lista de trabajos posibles para realizar.
• Links de interés.
• Busquen (o nos piden)
• Recursos (3ds, bsp, MD3)
• En Diciembre
• Definición de que trabajo van a realizar.
• Consultas vía MAIL (claridad e info)
• jpdamato_at_exa.unicen.edu.ar
• cristianGB_at_gmail.com