Primitive grafiche e interazione Daniele Marini Corso Di Programmazione Grafica e Laboratorio

2 Primitive OpenGL - 1 Supporto per diversi tipi di primitive di base –Punti –Linee –Quadrilateri –Poligoni (convessi) Tutte le primitive sono specificate tramite una sequenza di vertici

3 Primitive OpenGL - 2 Le primitive vengono dichiarate mediante la coppia di funzioni glBegin(GLenum mode); glEnd(); mode specifica la primitiva che sarà definita tramite la lista di vertici che seguirà

4 Primitive OpenGL - 3

5 Esempio GLfloat pt[2] = {3.0, 4.0}; glBegin(GL_POINTS); glVertex2f(1.0, 2.0); // x=1, y=2 glVertex2f(2.0, 3.0); // x=2, y=3 glVertex2fv(pt); // x=3, y=4 glVertex2i(4,5); // x=4, y=5 glEnd();

6 Primitive e oggetti complessi Gli oggetti complessi vengono costruiti a partire dagli elementi di base Tipicamente OpenGL visualizza gli oggetti definiti per mezzo di strumenti avanzati

7 Orientamento delle facce Poligoni e triangoli sono orientati –Percorrendo in senso antiorario i vertici la normale e’ rivolta verso l’osservatore e identifica la faccia esterna –Per decidere l’orientamento si valuta il segno dell’area:

8 Orientamento delle facce OGL permette di controllare l’orientamento delle facce: glFrontFace(GL_CCW|GL_CW) Si possono eliminare le facce autonascoste con la funzione: glCullFace(GL_BACK|GL_FRONT_AND_BACK) Il culling può essere abilitato o disabilitato: glEnable(GL_CULLFACE) glDisable()

9 Definizione dei vertici glVertex2fv() Numero di coordinate del punto (2,3,4) Formato dei dati (f,d,i,s) Opzionale: Indica che le componenti sono memorizzate all’interno di un array

10 Tipi di dati b integer a 8 bit s short integer 16 bit i integer 32 bit f floating point 32 bit d floating point doppia precisione 64 bit ub unsigned integer (char) 8 bit us unsigned short 16 bit ui unsigned integer 32 bit

11 Vertici e Colori OpenGL consente di assegnare colori diversi ai vertici di una primitiva (esempio poligono o quadrilatero) I colori “intermedi” vengono calcolati per interpolazione in modo automatico Il colore è definito secondo il modello R,G,B

12 Vertici e Colori glBegin(GL_QUADS); glColor3f(1,0,0); glVertex3d(-3, -3, -3); glColor3f(0,1,0); glVertex3d(3, -3, -3); glColor3f(0,0,1); glVertex3d(3, 3, -3); glColor3f(1,0,1); glVertex3d(-3, 3, -3); glEnd();

13 Interazione L’interazione dipende dalle caratteristiche dei dispositivi fisici e del sistema operativo OpenGL si appoggia al window manager (X- Window, Microsoft Windows, Mac OSX,..) Per interfacciare OpenGL al window manager faremo uso della libreria speciale standard GLUT, indipendente dallo specifico WM

14 Dispositivi di input Distinguiamo tra dispositivi logici e dispositivi fisici Nell’interazione elementare si puo’ leggere o scrivere su file, stampante, display, tastiera trasferendo caratteri o interi file Nella grafica è più complesso: non sono solo caratteri o generici file di dati!

15 Dispositivi di input grafico Dispositivi di puntamento: per indicare una posizione su uno schermo, comprende bottoni per inviare interrupt o segnali Mouse Trackball Tablet Light pen Joystick Spaceball … Tastiera: invia caratteri

16 Mouse/trackball Non trasmettono posizione ma velocità posizione relativaI due valori rilevati dal movimento della sferetta sono incrementi relativi, posti in relazione all’intervallo di tempo danno luogo al calcolo di una velocità, la cui integrazione restituisce una posizione relativa Permette di ottenere movimenti lenti o veloci del cursore

17 tablet Fornisce posizione assoluta La posizione viene rilevata con interazione elettromagnetica della punta di una penna speciale con una maglia di fili annegati nella superficie Touch screen ha funzioni analoghe

18 lightpen Un sensore ottico rileva la presenza di luce dal display, invia un interrupt all’host, che ricava la posizione conoscendo l’istante di rilevazione dell’interrupt e il tempo di scansione della figura; può identificare l’oggetto grafico indicato se conosce l’intera struttura dati e il modo di attraversamento della struttura Limiti dovuti alla complessità e alla soglia di illuminazione: se punta lo sfondo non rileva luce!

19 Joystick Anche il joystick rileva velocità, che vengono integrate per calcolare posizioni relative Può avere componenti meccaniche che simulano effetti di resistenza con stimolazione “cinestesica”

20 Spaceball Dotata di sensori di pressione, ha sei gradi di libertà ed è adatta ad input 3D: Front-back left-right top-bottom Rotazioni su tre assi

21 Dispositivi avanzati Dataglove, body tracking, haptic Localizzatori magnetici, acustici, ottici

22 Dispositivi avanzati Localizzatori in radio frequenza Phidgets (widget fisici): sensori di temperatura, pressione, inerzia …

23 Dispositivi logici - classificazione GKS e PHIGS Gli standard GKS e PHIGS (ormai obsoleti) definiscono sei logical device: String - es. tastiera Locator - fornisce coordinate mondo (WC) es. mouse con conversione da SC (coordinate schermo) a WC Pick - restituice l’identificatore di un oggetto Choice - seleziona una opzione Dial - input analogico (potenziometri) Stroke - array di locazioni

24 Dispositivi logici - OpenGL string - supportata dal Window Manager (WM), OGL non distingue tra dispositivo fisico e logico (tastiera) locator - OGL converte da SC a WC con dati da mouse ecc. selection Pick - OGL usa il processo chiamato selection (gadget: congegno, dispositivo; aggeggio, arnese) choice - OGL usa widgets (gadget: congegno, dispositivo; aggeggio, arnese) del WM (menu, scrollbar, bottoni ecc.) dial - OGL usa widgets del WM (sliders) stroke - OGL simula l’invio di sequenze di valori attivando e terminando lo stream ad es. col bottone del mouse

25 Menu pull-down e menu pop-up

26 Misura e trigger misuratriggerL’input di un dispositivi fisico è caratterizzato da misura e trigger – Misura : è il valore restituito dal dispositivo – Trigger : è un input fisico con cui l’utente invia un segnale al sistema String: measure = caratteri battuti, trigger = CR Locator: measure = posizione, trigger = click su bottone Si può anche considerare un valore di stato (es: il cursore è fuori dalla window …)

27 Modi di input Request mode –La misura viene ritornata al sistema quando il trigger viene attivato request_locator(device_id, &measure) Sample mode –Input immediato, non c’è trigger sample_locator(device_id, &measure)

28 Request mode - tipico di programmi non grafici, es. input da tastiera con scanf –Oppure per posizionare il cursore in WM e selezionare con click Sample mode e request mode non sono adatti ad applicazioni in cui l’utente determina il flusso del programma, è piuttosto il programma che guida l’utente (es. scelte di menu, word processing) In un simulatore di volo possono esserci input da moltissimi dispositivi

29 Event mode Permette di trattare situazioni complesse In ogni istante ogni dispositivo può generare un evento Le measure del dispositivo, con identificatore associato, sono poste in una coda di eventi ( event queue ) indipendentemente da ciò che sta eseguendo il programma - il programma esamina la coda e decide che fare, se la coda è vuota resta idle

30 Event mode callbackAlternativamente si associa a ogni tipo di evento una callback L’approccio con callback è il più usato nei sistemi di WM e in OGL, e si presta a situazioni client-server

31 Client-server Servizi distribuiti in LAN (printer, file server, graphics server, computational server,..) Un programma applicativo OGL e’ un processo client che usa un graphics server, i due processi possono risiedere sul medesimo sistema o essere distribuiti

32 Le librerie di OGL GLU GL GLUT GLX Applicazione Frame Buffer Frame Buffer Window System

33 GLUT - 1 Glut –Libreria per: la creazione di finestre in cui OpenGL possa disegnare La gestisce dell'interazione con l'utente su tali finestre. –Non fornisce dispositivi di interazione sofisticati (bottoni, campi di testo, ecc.).

34 GLUT –2 Includes –#include // OpenGL decl. –#include // GUI funcs Interfaccia grafica e librerie GLUT –Descrizione degli oggetti forniti da GLUT Finestre Menu Interazione: Mouse, Tastiera, etc…

35 Inizializzazione di GLUT - 1 int main(int argc, char *argv[]) { glutInit(&argc, argv); glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGB ); glutInitWindowSize(200, 200); glutCreateWindow(“Window Title"); glutReshapeFunc(reshapeFunc); glutDisplayFunc(displayFunc); glutMainLoop(); return 0; }

36 Inizializzazione di GLUT - 2 Funzioni di Reshape e Display glutReshapeFunc(reshapeFunc); glutDisplayFunc(displayFunc); Reshape –Gestisce il ridimensionamento della finestra Display –Contiene il codice per la visualizzazione

37 ReshapeFunc Imposta la viewport glViewport(0, 0, w, h); Imposta la camera glMatrixMode(GL_PROJECTION) // camera settings... glMatrixMode(GL_MODELVIEW);//ritorna alla matrice di modellazione

38 DisplayFunc Disegna la scena (o chiama le display list) glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT); glLoadIdentity(); // drawing code glFlush(); glutSwapBuffers(); // If double-buffered

39 Programmazione dell’interazione event driven Uso del puntatore Terminazione programma Resize della finestra Gestione della finestra Menu Picking

40 Uso puntatore Il puntatore può essere usato per la terminazione del programma; distinguiamo tra –move event –move event: il mouse viene mosso col bottone premuto –passive move event –passive move event: mosso con bottone alzato Dopo un move event la “measure” del device (posizione del mouse) è resa disponibile –mouse event –mouse event - un bottone del mouse è premuto o rilasciato (il bottone mantenuto premuto non genera eventi, è la transizione che conta!)

41 Terminazione programma glutMouseFunction(mouse_callback_func); void mouse_callback_func(int button, int state, int x, int y,); int x, int y; { if(button == GLUT_LEFT_BUTTON && state == GLUT_DOWN) exit(); } registrate Altri bottoni o uno stato differente del mouse non provocano nulla, non ci sono callback registrate col WM

42 main int main(int argc, char **argv) { glutInit(&argc, argv); glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGB); glutCreateWindow(“square”); myinit(); glutReshapeFunc(myReshape); glutMouseFunc(mouse); glutDisplayFunc(display); glutMainLoop(); } Reshape è invocato quando la finestra viene modificata dall’utente Ogni programma deve avere una display callback, anche vuota: void display() {}

43 Disegnare un quadratino al click del mouse void mouse(int button, int state, int x, int y); { if(button==GLUT_LEFT_BUTTON && state==GLUT_DOWN) drawSquare(x,y); if(button==GLUT_MIDDLE_BUTTON && state==GLUT_DOWN) exit(); } La drawSquare si limita a disegnare, gli attributi del disegno vanno definiti altrove, nell’esempio in myinit

44 myinit /* globals */ Glsizei wh = 500, ww = 500; /* dim finestra iniziale */ Glfloat size = 3.0; /* metà del lato del quadrato */ void myinit(void) { glViewport(0,0,ww,wh); glMatrixMode(GL_PROJECTION); glLoadIdentity(); glOrtho(0.0, (GLdouble) ww, 0.0, (GLdouble) wh, -1.0, 1.0); glMatrixModel(GL_MODELVIEW); glClearColor (0.8, 0.8, 0.8, 1.0); glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); glFlush(); }

45 Disegno del quadrato L’origine del sistema di riferimento nel WM è in alto a sinistra, con y verso il basso, in OGL è in basso a sinistra con y verso l’alto - bisogna “flippare” la y ritornata dal mouse: void drawSquare(int x, int y) { y=wh-y; /* flippa y */ glColor3ub( (char) random()%256, (char) random()%256, (char) random()%256); glBegin(GL_POLYGON); glVertex2f(x+size, y+size); glVertex2f(x-size, y+size); glVertex2f(x-size, y-size); glVertex2f(x+size, y-size); glEnd(); }

46 Il programma è completo Inizializza una finestra, disegna un quadrato di colore casuale nel punto selezionato dal mouse col tasto di sinistra; termina premendo il tasto di mezzo del mouse resizeNon ha menu, se la finestra viene modificata ( resize ) il programma non sa che fare

47 Window events in caso di resize, che fare? –Ridisegnare tutto? –Che fare se l’aspect ratio cambia? –Si cambiano le dimensioni degli oggetti se la finestra cambia dimensioni? Nell’esempio si ridisegna tutto, mantenendo i rapporti degli oggetti (quadrati restano quadrati) e si applica il clipping L’evento di resize restituisce altezza e larghezza della window

48 myReshape void myReshape(GLsizei w, GLsizei h) { /* adjust clipping box */ glMatrixMode(GL_PROJECTION); glLoadIdentity(); glOrtho(0.0, (GLdouble)w, 0.0, (GLdouble)h, - 1.0, 1.0); glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glLoadIdentity(); /* adjust viewport and clear */ glViewport(0,0,w,h); glClearColor (0.8, 0.8, 0.8, 1.0); glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); display(); glFlush(); }

49 Display callback La glutDisplayFunc (display) viene eseguita quando GLUT determina che la finestra va ridisegnata, certamente alla prima apertura; in questo caso è utile disegnare le parti statiche della finestra La display callback può essere usata per animazione, quando cambiano parametri nel programma Per iconizzare una finestra si usa la glutPostDisplay() Per disabilitare una callback si può settare la sua callback function a NULL

50 Finestre multiple id=glutCreateWindow(“second window”); L’intero ritornato permette di attivare la prima o la seconda finestra: glutSetWindow(id); Si possono modificare parametri e proprietà della seconda finestra prima di definirla: glutInitDisplayMode( …); id=glutCreateWindow(“third window”);

51 Menu Pull-down e pop-up menu glutCreateMenu(demo_menu); glutAddMenuEntry(“quit”,1); glutAddMenuEntry(“increase square size”,2); glutAddMenuEntry(“decrease square size”,3); glutAttachMenu(GLUT_RIGHT_BUTTON); void demo_menu(int id); { if(id==1) exit(); else if (id==2) size = 2*size; else if (id==3) size=size/2; glutPostRedisplay(); }

52 Menu pop-up gerarchici sub_menu = glutCreateMenu(size_menu); glutAddMenuEntry(“increase square size”,2); glutAddMenuEntry(“decrease square size”,3); glutCreateMenu(top_menu); glutAddMenuEntry(“quit”,1); glutAddSubMenu(“Resize”, sub_menu); glutAttachMenu(GLUT_RIGHT_BUTTON); Esercizio: scrivere le callback function di: size_menu top_menu