Computer Graphics Marco Tarini Università dellInsubria Facoltà di Scienze MFN di Varese Corso di Laurea in Informatica Anno Accademico 2005/06 Lezione.

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1 Computer Graphics Marco Tarini Università dellInsubria Facoltà di Scienze MFN di Varese Corso di Laurea in Informatica Anno Accademico 2005/06 Lezione 5: prepariamoci ad implementare

2 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h i c s 2 0 0 5 / 0 6 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a - 2/40 Ambiente di sviluppo Chiaramente va bene come qualunque altro. –Leggero (9 MB), simpatico e free software (GNU GPL) –Progetti in C e C++ –Include compilatore Mingw/GCC –Ha un un buon package downloader e manager che permette di istallare facilmente le librerie che usiamo (OpenGL, SDL...) e della ducumentazione "tools" -> "check for update/pakages" –Funziona Per info, sull'uso, potete scaricare la lez 1 del corso di lab linguaggi: http://vcg.isti.cnr.it/~tarini/?51

3 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h i c s 2 0 0 5 / 0 6 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a - 3/40 Simple DirectMedia Layer –cross-platform multimedia library –GNU LGPL –fornisce accesso (a livello abb basso) a audio, keyboard, mouse, joystick, windowing 3D hardware via OpenGL 2D video framebuffer. –gira su: Linux, Windows, BeOS, MacOS X... –completato di librerie "figlie" per vari scopo (e.g. SDL_png per file png) –C++ http://www.libsdl.org

4 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h i c s 2 0 0 5 / 0 6 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a - 4/40 Struttura programma Struttura classica dei programmi a linea di comando: main() { init(); do_my_beautiful_algorithm(); exit(); } non va bene per applicazioni interattive !

5 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h i c s 2 0 0 5 / 0 6 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a - 5/40 Struttura programma Sistema a eventi –"a callback" (o "a message handlers" ecc) main() { init(); while (true) { get_event() ; process_event(); } eventi tipo: mouse, tastiera... sistema di finistre reshape, minimizzazione... generati dall'applicazione stessa o da thread differenti

6 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h i c s 2 0 0 5 / 0 6 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a - 6/40 La minima applicazione SDL: headers #ifdef WIN32 #define WIN32_LEAN_AND_MEAN #include #endif #include

7 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h i c s 2 0 0 5 / 0 6 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a - 7/40 La minima applicazione SDL: main int main(int argc, char **argv) { SDL_Init(SDL_INIT_VIDEO); SDL_SetVideoMode(640, 480, 0, SDL_OPENGL); int done = 0; while ( ! done ) /* Loop, drawing and checking events */ { myDrawGLScene(); /* Questa poi la vediamo */ SDL_Event event; SDL_WaitEvent(&event); switch(event.type) { case SDL_QUIT : done = 1; break ; case SDL_KEYDOWN : if ( event.key.keysym.sym == SDLK_ESCAPE ) done = 1; break; } SDL_Quit(); return 1; }

8 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h i c s 2 0 0 5 / 0 6 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a - 8/40 Meglio: Ridisegna la scena troppe volte Gestiamo anche levento necessita di ridisegnare Nel ciclo degli eventi: case SDL_VIDEOEXPOSE : myDrawGLScene(); break; E togliamo il myDrawGLScene dal ciclo degli eventi

9 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h i c s 2 0 0 5 / 0 6 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a - 9/40 La minima applicazione SDL: la parte che disegna void DrawGLScene() { glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); /* disegna tutto */ glFinish(); /* aspetta che sia tutto finito */ SDL_GL_SwapBuffers(); /* questa fra un sec */ }

10 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h i c s 2 0 0 5 / 0 6 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a - 10/40 Double buffering frammenti (candidati pixels) frame buffer A [ pronto ] Vertici proiettati (punti in R 2 ) rasterizer triangoli computazioni per frammento set- up rasterizer segmenti set- up rasterizer punti set- up Piccolo trucco utile alle applicazioni interattive –nascondere il frame buffer mentre viene riempito frame buffer B [ in costruzione ] al video A

11 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h i c s 2 0 0 5 / 0 6 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a - 11/40 Double buffering frammenti (candidati pixels) frame buffer A [ in costruzione ] Vertici proiettati (punti in R 2 ) rasterizer triangoli computazioni per frammento set- up rasterizer segmenti set- up rasterizer punti set- up Piccolo trucco utile alle applicazioni interattive –nascondere il frame buffer mentre viene riempito frame buffer B [ pronto ] al video B

12 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h i c s 2 0 0 5 / 0 6 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a - 12/40 frammenti (candidati pixels) Riassunto puntate precedenti 1/3 Vertici (punti in R 3 ) pixel finali (nello screen-buffer) Vertici proiettati (punti in R 2 ) Z rasterizer triangoli computazioni per frammento x y z v0v0 v1v1 v2v2 set- up v0v0 v1v1 v2v2 rasterizer segmenti set- up rasterizer punti set- up computazioni per vertice ora di qui sappiamo tutto

13 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h i c s 2 0 0 5 / 0 6 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a - 13/40 Struttura Applicazione OpenGL+SDL OpenGL OpenGL Application Operative System Graphical User Interface API SDL Graphics Hardware Driver OpenGL API Graphics Hardware

14 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h i c s 2 0 0 5 / 0 6 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a - 14/40 Non lo studiamo qui, ma esiste Direct3D –Parte di DirectX Microsoft –Stessi scopi di OpenGL un API per usare lo stesso hardware dtruttura non dissimile –L'alternativa piu' comune a OpenGL

15 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h i c s 2 0 0 5 / 0 6 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a - 15/40 Open Graphic Language Libreria C –Cross platform –Qualche centinaio di routines www.opengl.org –specifiche Specifiche ver 2.0

16 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h i c s 2 0 0 5 / 0 6 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a - 16/40 inizialmente sviluppato da Silicon Graphics ora: OpenGL A rchitecture R eview B oard –mantiene e aggiorna le specifiche –versione attuale: 2.0 –una compagnia, un voto ci sono anche le estensioni private –Soprattutto e Storia ARB...

17 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h i c s 2 0 0 5 / 0 6 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a - 17/40 Vicini di casa OpenGL e il layer di base GLU (GL utilites) –insieme di funzioni di utility costruite sopra OpenGL, piucomode da usare –esempio void gluLookAt(eyex,eyey,eyez, cx,cy,cz, upx, upy, upz); GLUT e il Toolkit di interfaccia con il SO Wgl e GLx sono i sottoinsiemi di OpenGL che dipendono dal SO

18 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h i c s 2 0 0 5 / 0 6 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a - 18/40 Syntax Tutte le funzioni di Opengl si chiamano: glSomethingXXX –Dove XXX specifica (numero) il tipo dei parametri: –esempio: glColor3f(float, float, float); glColor3fv( float*); f: float d: double... v: vettore –Non e C++…

19 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h i c s 2 0 0 5 / 0 6 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a - 19/40 Syntax Ma anche: glColor3b, glColor3d, glColor3f, glColor3i, glColor3s, glColor3ub, glColor3ui, glColor3us, glColor4b, glColor4d, glColor4f, glColor4i, glColor4s, glColor4ub, glColor4ui, glColor4us, glColor3bv, glColor3dv, glColor3fv, glColor3iv, glColor3sv, glColor3ubv, glColor3uiv,glColor3usv, glColor4bv, glColor4dv, glColor4fv, glColor4iv, glColor4sv, glColor4ubv, glColor4uiv, glColor4usv

20 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h i c s 2 0 0 5 / 0 6 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a - 20/40 Basato sullo stato Una state machine –ad esempio current color posizione luci matrici fanno parte dello stato corrente Molti comandi OpenGL non fanno nulla –se non cambiare lo stato

21 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h i c s 2 0 0 5 / 0 6 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a - 21/40 Basato sullo stato Stato comprende 2 matrici (e due stacks) –Model-View –Projection Una di queste e sempre la matrice di lavoro –la matrice corrente I comandi che modificano matrici lavorano su questa matrice

22 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h i c s 2 0 0 5 / 0 6 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a - 22/40 Matrici Nota: assume che siano memorizzate per colonne –detto anche in column major order

23 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h i c s 2 0 0 5 / 0 6 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a - 23/40 Matrici Per cambiare quale é la matrice di lavoro: glMatrixMode(***); GL_MODELVIEW GL_PROJECTION Per rimpiazzare la matrice di lavoro –glLoadIdentity(); –glLoadMatrixf( float* m ); Tutti gli altri comandi modificano (moltiplicano per un altra matrice) la matrice corrente.

24 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h i c s 2 0 0 5 / 0 6 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a - 24/40 Matrici Rotazioni –glRotatef(angle,ax,ay,az); Traslazioni –glTranslatef(dx,dy,dz); Scalature (non uniformi) –glScalef(ax,ay,az); Generica –glMultMatrixf(float f*); in gradi asse di rotazione passante per l'origine

25 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h i c s 2 0 0 5 / 0 6 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a - 25/40 Matrici Vista: void gluLookAt(eyex,eyey,eyez, cx,cy,cz, upx, upy, upz); centro. La direzione e' (c – eye)

26 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h i c s 2 0 0 5 / 0 6 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a - 26/40 Operazione sullo Stack: glPushMatrix() glPopMatrix() Matrici

27 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h i c s 2 0 0 5 / 0 6 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a - 27/40 Matrici di proiezione: glOrtho2D (left, right, bottom top); void gluPerspective( fovy, aspect, zNear, zFar); Matrici di proiezione in gradi

28 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h i c s 2 0 0 5 / 0 6 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a - 28/40 Per settare il viewport: glViewPort(int x, int y, int w, int h); reminder: il rapporto fra w e h deve essere lo stesso specificato nella matrice di proiezione! Viewport

29 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h i c s 2 0 0 5 / 0 6 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a - 29/40 Evento Window Reshape Succede all'inizio –e ogni volta che l'utente cambia dimensioni alla finestra –devo permettere all'utente di farlo, durante l'inizializzazione: –gestione dell'evento: (devo fare di nuovo il set up del video) SDL_SetVideoMode(640,480,0, SDL_OPENGL | SDL_RESIZABLE)... case SDL_VIDEORESIZE : SDL_SetVideoMode(event.resize.w,event.resize.h, 0, SDL_OPENGL |SDL_RESIZABLE); myReshapeFunc(event.resize.w,event.resize.h);

30 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h i c s 2 0 0 5 / 0 6 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a - 30/40 Adattare la camera alla finestra: proiezione ortografica void myReshapeFunc(GLsizei w, GLsizei h) { glMatrixMode (GL_PROJECTION); glLoadIdentity (); float ratio=(float)h/(float)w; glOrtho2D(-1,1,-ratio,ratio); glViewport (0, 0, (GLsizei) w, (GLsizei) h); glMatrixMode (GL_MODELVIEW); }

31 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h i c s 2 0 0 5 / 0 6 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a - 31/40 Ricordare sempre: OpenGL = state machine primitive qui pixels tutto il pipeline (proiezione, setup, rasterizzazione...) stato di OpenGL manipolazioni di stato (es. settare la matrice)

32 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h i c s 2 0 0 5 / 0 6 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a - 32/40 Come si "sparano" i triangoli nel pipeline glBegin (GL_TRIANGLES); glVertex3d(x1,y1,z1); glVertex3d(x2,y2,z2); glVertex3d(x3,y3,z3); glVertex3d(x4,y4,z4); glVertex3d(x5,y5,z5); glVertex3d(x6,y6,z6); glVertex3d(x7,y7,z7); glVertex3d(x8,y8,z8); glVertex3d(x9,y9,z9);... glEnd(); primo triangolo secondo triangolo terzo triangolo

33 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h i c s 2 0 0 5 / 0 6 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a - 33/40 Come si "sparano" i triangoli nel pipeline glVertex3d(x,y,z); oppure glVertex3f(x,y,z); oppure glVertex3i(x,y,z); oppure glVertex2d(x,y); oppure glVertex4d(x,y,z,w); oppure glVertex4dv(vett); oppure... coordinata z =0 sottointesa! coordinata w=1 sottointesa!

34 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h i c s 2 0 0 5 / 0 6 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a - 34/40 Non solo glBegin (GL_TRIANGLES); linea finale quando si fa la glEnd()

35 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h i c s 2 0 0 5 / 0 6 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a - 35/40 Non solo glBegin (GL_TRIANGLES); quanti triangoli rasterizzati per quanti vertici proiettati ? Le specifiche OpenGL non prescrivono quale diagonale usare (quindi dipende dall'implementazione