Introdução a OpenGL. Profª. Alessandra Martins Coelho

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1 Introdução a OpenGL Profª. Alessandra Martins Coelho março/ 2013

2 OpenGL OpenGL é uma API gráfica que permite a criação de imagens gráficas 2D e 3D, através da definição de objetos (2D/3D) por um conjunto de formas primitivas geométricas e rotinas para manipulação; consiste em cerca de 150 comandos distintos usados para especificar os objetos e operações necessárias para produzir aplicativos tridimensionais interativos.

3 OpenGL A API do OpenGL foi projetada para ser usada com C ou C++. Mesa implementação livre do OpenGL Jogl - para Java

4 OpenGL As especificações OpenGL não descrevem as interações entre OpenGL e o sistema de janelas utilizado. O OpenGL foi projetado para ser independente do SO e do sistema de janelas. Para ser completamente independente, o OpenGL não oferece rotinas de display ou interface (pois precisam de E/S). GLUT (OpenGL ToolKit), FDL

5 OpenGL como máquina de estados Todos os estados ou modos habilitados nas aplicações têm efeito enquanto os mesmos estiverem ligados ou forem modificados

6 O Pipeline do OpenGL A maior parte das implementações OpenGL tem uma ordem de operações a serem executadas. Uma série de estágios de processos chamam o pipeline de renderização do OpenGL.

7 Ambiente OpenGL para desenvolvimento As bibliotecas do OpenGL são distribuídas como parte dos sistemas operacionais da Microsoft, porém as mesmas podem ser baixadas no site oficial do OpenGL : Disponíveis também para MacOS, Unix Solaris e Linux.

8 Instalando o OpenGL e GLUT no DEV-C++ bibliotecas OpenGL O ambiente Windows já deve conter as DLLs necessárias para execução dos programas OpenGL. Pasta System ou System32 do Windows - opengl32.dll e glu32.dll. a pasta C:\Dev-C++\Include\GL contém os arquivos gl.h, glaux.h e glu.h pasta C:\Dev-C++\Lib contém os arquivos opengl32.def, glaux.def e glu32.def. Faça o download do arquivo glut-devc.zip e descompacte o mesmo; Mova o arquivo glut.h para a pasta GL do DevC++ (C:\Dev-C+ +\Include\GL); Mova os arquivos glut32.def e libglut.a para a pasta Lib do DevC++ (C:\Dev-C++\Lib); Mova o arquivo glut32.dll para a mesma pasta onde se encontram os arquivos opengl32.dll e glu32.dll (system)

9

10 Configure o compilador para utilização de OpenGL no menu Projeto, opções do Projeto, parâmetros, no campo linker as diretivas de ligação -lopengl32 lglut32 lglu32

11 Linux As bibliotecas necessárias para instalar: apt-get install freeglut3 freeglut3-dbg freeglut3-dev apt-get install build-essential Como compilar: gcc -lglut -lglu -lgl <nome do programa.c> -o <nome do programa.exe> Como Rodar:./nome do programa.exe

12 Estrutura Básica de Programas OpenGL declaração dos arquivos de header para o OpenGL; configurar e abrir a janela; inicializar os estados no OpenGL; registrar as funções de callback ; renderização; redimensionamento; entradas : teclado, mouse, etc.; entrar no loop de processamento de eventos.

13 Estrutura Básica de Programas OpenGL #include <GL/gl.h> #include <GL/glut.h> void main( int argc, char** argv ) { int mode = GLUT_DOUBLE GLUT_RGB; glutinitdisplaymode( mode ); glutinitwindowsize(400,350); glutinitwindowposition(10,10); glutcreatewindow( argv[0] ); init(); glutdisplayfunc( display ); glutreshapefunc( resize ); glutkeyboardfunc( key ); glutidlefunc( idle ); glutmainloop(); }

14 Estrutura Básica de Programas OpenGL #include <GL/gl.h> #include <GL/glut.h> void main( int argc, char** argv ) { int mode = GLUT_DOUBLE GLUT_RGB; glutinitdisplaymode( mode ); glutinitwindowsize(400,350); glutinitwindowposition(10,10); glutcreatewindow( argv[0] ); init(); glutdisplayfunc( display ); glutreshapefunc( resize ); glutkeyboardfunc( key ); glutidlefunc( idle ); glutmainloop(); } criar uma cena fora da tela para depois, rapidamente, colocá-la na janela de visualização DOUBLE ou SINGLE

15 Estrutura Básica de Programas OpenGL #include <GL/gl.h> #include <GL/glut.h> void main( int argc, char** argv ) { int mode = GLUT_DOUBLE GLUT_RGB; glutinitdisplaymode( mode ); glutinitwindowsize(400,350); glutinitwindowposition(10,10); glutcreatewindow( argv[0] ); init(); glutdisplayfunc( display ); glutreshapefunc( resize ); glutkeyboardfunc( key ); glutidlefunc( idle ); glutmainloop(); } as cores são especificadas através do fornecimento de intensidades dos componentes red, green e blue separadas RGB ou RGBA

16 Estrutura Básica de Programas OpenGL #include <GL/gl.h> #include <GL/glut.h> void main( int argc, char** argv ) { int mode = GLUT_DOUBLE GLUT_RGB; } glutinitdisplaymode( mode ); glutinitwindowsize(400,350); glutinitwindowposition(10,10); glutcreatewindow( argv[0] ); init(); glutdisplayfunc( display ); glutreshapefunc( resize ); glutkeyboardfunc( key ); glutidlefunc( idle ); glutmainloop(); Tamanho da janela a ser criada

17 Estrutura Básica de Programas OpenGL #include <GL/gl.h> #include <GL/glut.h> void main( int argc, char** argv ) { int mode = GLUT_DOUBLE GLUT_RGB; glutinitdisplaymode( mode ); glutinitwindowsize(400,350); Posição da janela na tela glutinitwindowposition(10,10); do computador glutcreatewindow( argv[0] ); init(); glutdisplayfunc( display ); glutreshapefunc( resize ); glutkeyboardfunc( key ); glutidlefunc( idle ); glutmainloop(); }

18 Estrutura Básica de Programas OpenGL #include <GL/gl.h> #include <GL/glut.h> void main( int argc, char** argv ) { int mode = GLUT_DOUBLE GLUT_RGB; glutinitdisplaymode(mod); } glutinitwindowsize(400,350); glutinitwindowposition(10,10); glutcreatewindow(... ); init(); glutdisplayfunc( display ); glutreshapefunc( resize ); glutkeyboardfunc( key ); glutidlefunc( idle ); glutmainloop(); Neste momento serão inicializados quaisquer estados OpenGL, que serão executados na execução do programa

19 Estrutura Básica de Programas OpenGL #include <GL/gl.h> #include <GL/glut.h> void main( int argc, char** argv ) { int mode = GLUT_DOUBLE GLUT_RGB; } glutinitdisplaymode(mod); glutinitwindowsize(400,350); glutinitwindowposition(10,10); glutcreatewindow(... ); init(); glutdisplayfunc( display ); glutreshapefunc( resize ); glutkeyboardfunc( key ); glutidlefunc( idle ); glutmainloop(); ações de callback qqr evento ocorrendo no sistema: -redimensionamento de janela; - entradas de usuários através de teclado, mouse, ou outro dispositivo de entrada; - ocorrência da animações.

20 diferentes tipos de ações de callback glutdisplayfunc() chamada quando um pixel na janela necessita ser atualizado. glutreshapefunc() chamado quando a janela é redimensionada. glutkeyboardfunc() chamada quando uma tecla do teclado é pressionada. glutmousefunc() chamada quando o usuário pressiona um botão do mouse. glutmotionfunc() - chamada quando o usuário movimenta o mouse enquanto mantém um botão do mesmo pressionado. glutpassivemousefunc() chamado quando o mouse é movimentado, independente do estado dos botões. glutidlefunc() uma função de callback chamada quando nada está acontecendo. Muito útil para animações.

21 Estrutura Básica de Programas OpenGL #include <GL/gl.h> #include <GL/glut.h> void main( int argc, char** argv ) { int mode = GLUT_DOUBLE GLUT_RGB; glutinitdisplaymode( mode ); glutinitwindowsize(400,350); glutinitwindowposition(10,10); glutcreatewindow( argv[0] ); init(); } glutdisplayfunc( display ); glutreshapefunc( resize ); glutkeyboardfunc( key ); glutidlefunc( idle ); glutmainloop(); entrar em um processo de loop, o qual interpreta os eventos e chamadas das rotinas especificadas como callback

22 Modelo int main(int argc, char **argv) { glutinit(&argc, argv); glutinitdisplaymode(glut_single GLUT_RGB); glutinitwindowsize(500, 500); glutinitwindowposition(100, 100); glutcreatewindow("introdução a OPENGL - Computação Gráfica - março/2013"); init(); glutdisplayfunc(desenha); glutreshapefunc(resize); glutkeyboardfunc(keyinput); glutmainloop(); return 0; }

23 Modelo void desenha(void) { glclear(gl_color_buffer_bit); glcolor3f (1.0, 0.0, 0.0);... glflush(); }

24 Modelo void init(void) { glclearcolor(0.0, 0.0, 0.0, 0.0); }

25 Modelo void resize(int w, int h) { glviewport(0, 0, (GLsizei)w, (GLsizei)h); // Set viewport size to be entire OpenGL window. glmatrixmode(gl_projection); // Set matrix mode to projection. glloadidentity(); // Clear current projection matrix to identity. // Specify the orthographic (or perpendicular) projection, // i.e., define the viewing box. glortho(0.0, 100.0, 0.0, 100.0, -1.0, 1.0); glmatrixmode(gl_modelview); // Set matrix mode to modelview. } glloadidentity();

26 Viewport: Definindo a área de desenho O viewport corresponde a uma região na janela realmente criada, onde o nosso desenho é exibido. Sempre que a janela muda de tamanho/forma, não é necessário mudar o desenho, apenas o viewport. Você também pode usar o viewport para aumentar ou diminuir o tamanho da imagem. Por padrão, o viewport do OpenGL ocupa toda a janela. glviewport( x, y, GLsizei width, GLsizei height)

27 Modelo // uso do teclado void keyinput(unsigned char key, int x, int y) { switch(key) { case 27: // Press escape to exit. exit(0); break; default: break; } }

28 Sintaxe de Comandos do OpenGL Todos os comandos utilizam-se do prefixo gl em letras minúsculas. Similarmente, OpenGL define constantes com as iniciais GL_, em letras maiúsculas, e usa um underscore para separar as palavras Ex: glcolor3f(); GL_COLOR_BUFFER_BIT

29 Glvertex3fv(v) Nº de Componentes 2 (x,y) 3 (x,y,z) 4 (x,y,z,w) Tipo de dados b byte ub unsigned byte s short us unsigned short i int ui unsigned int f float d double Vetor Omite v para a forma escalar

30 Primitivas glbegin(primitiva); glvertex3f(*,*,*);// v 0 glvertex3f(*,*,*);//v 1... glvertex3f(*,*,*);//v n-1 glend();

31 GL_POINTS Desenha apenas pontos no plano. v 0, v 1,..., v n-1

32 GL_POINTS glcolor3f (1.0, 0.0, 0.0); glpointsize(15); glbegin(gl_points); glvertex2f(25,25); glvertex2f(25,75); glvertex2f(75,25); glvertex2f(75,75); glend();

33 GL_POINTS const float distancia = 5.0f; float y=50, pos = -1 + distancia; int i; for (i = 1; i <= 20; i ++) { glpointsize(i); glbegin(gl_points); glvertex3f(pos, y, 0); glend(); pos += distancia; }

34 GL_LINES Desenha linhas independentes entre dois pontos v 0 v 1, v 2 v 3,..., v n-2 v n-1

35 gllinewidth(5.0); glbegin(gl_lines); glcolor3f(1.0, 0.0, 0.0);// vermelho glvertex3f(20.0, 20.0, 0.0); glcolor3f(0.0, 1.0, 0.0);// verde glvertex3f(80, 20.0, 0.0); glend(); GL_LINES

36 GL_POINTS você pode dizer quais os valores de cor devem estar no ponto médio (50,0, 20,0, 0,0) do segmento desenhado? verificar a sua resposta desenhando um ponto com os valores de cor um pouco acima do ponto médio.

37 GL_LINE_STRIP Liga todos os pontos (não fecha o circuito) v 0 v 1, v 2 v 3,..., v n-2 v n-1

38 GL_LINE_LOOP Liga todos os pontos (fecha o circuito) v 0 v 1, v 2 v 3,..., v n-2 v n-1, v n-1 v 0

39 GL_TRIANGLES A cada três vértices forma um triângulo v 0 v 1 v 2, v 3 v 4 v 5,..., v n-3 v n-2 v n-1

40 GL_TRIANGLES glbegin(gl_triangles); glvertex2f(10,90); glvertex2f(10,10); glvertex2f(35,75); glvertex2f(30,20); glvertex2f(90,90); glvertex2f(80,40); glend();

41 GL_TRIANGLE_ STRIP - Liga uma série de triângulos, formando uma tira com os mesmos. v 0 v 1 v 2, v 1 v 3 v 2, v 2 v 3 v 4,...,v n-3 v n-2 v n-1 (para n ímpar) v 0 v 1 v 2, v 1 v 3 v 2, v 2 v 3 v 4,..., v n-3 v n-1 v n-2 (para n par)

42 GL_TRIANGLE_STRIP glpolygonmode(gl_front_and_back, GL_LINE); glbegin(gl_triangle_strip); glvertex3f(10,90, 0); glvertex3f(10,10, 0); glvertex3f(35,75, 0); glvertex3f(30,20, 0); glvertex3f(90,90, 0); glvertex3f(80,40, 0); glend();

43 Exercício 1 Usando GL_TRIANGLE_STRIP reproduza as figuras abaixo:

44 GL_TRIANGLE_FAN A palavra "fan" significa leque em português. Ou seja, cria-se um leque no plano. v 0 v 1 v 2, v 0 v 2 v 3, v 0 v 3 v 4,..., v 0 v n-2 v n-1

45 GL_TRIANGLE_FAN

46 GL_QUADS A cada quatro vértices definidos, é desenhado um quadrado na tela. V 0 v 1 v 3 v 2,v 4 v 5 v 6 v 7,..

47 GL_QUADS glpolygonmode(gl_front_and _BACK, GL_LINE); glbegin(gl_quads); glcolor3f (0.0, 0.0, 1.0); glvertex3f(10,90,0); glvertex3f(10,10,0); glvertex3f(40,20,0); glvertex3f(35,75,0); glcolor3f (0.0, 0.7, 1.0); glvertex3f(15,80,0); glvertex3f(20,10,0); glvertex3f(90,20,0); glvertex3f(90,75,0); glend();

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