Escenarios 3D en OpenGL. Ivan Olmos Pineda

Transcripción

1 Escenarios 3D en OpenGL Ivan Olmos Pineda

2 Introducción Qué es OpenGL? Estándar creado por Silicon Graphics en 1992 para el diseño de librerias 2D/3D Qué se requiere para programar en OpenGL? Obtener las bibliotecas OpenGL: proporciona todo lo necesario para acceder a las funciones de dibujado GLU (OpenGL Utility Library): proporciona acceso a las funciones más comunes de OpenGL a través de la ejecución de comandos GLX: proporciona acceso a OpenGL para interactuar con un sistema de ventanas X Window

3 OpenGL: Maquina de estados Todo lo que se realice en OpenGL sigue la ideología de una máquina de estados OpenGL se basa en activar desactivar instrucciones o comandos La secuencia de las activaciones desactivaciones es crucial en los resultados que se obtienen De lo anterior se desprende lo siguiente: No es lo mismo rotar una imagen y después trasladarla que trasladar una imagen y rotarla

4 OpenGL: Maquina de Estados Esquema general de un programa en OpenGL 1. Activar todas las opciones que van a ser persistentes en una escena (perspectiva de la cámara de visión, iluminación global, etc) 2. Activar las opciones que establecen el estado de un objeto específico (posición, textura, color, etc) 3. Dibujar el objeto 4. Desactivar las opciones propias de dicho objeto 5. Volver al punto 2 hasta haber dibujado todos los objetos

5 OpenGL: Representación de Objetos 3D OpenGL utiliza una representación de objetos 3D a partir de un espacio en cuatro dimensiones El espacio 3D se representa a través de un sistema 3D ortonormal, donde los ejes son perpendiculares y cada unidad en cada eje esta representado por un vector de módulo 1 La cuarta coordenada se utiliza para representar la perspectiva

6 OpenGL: Transformaciones de Objetos Existen 3 operaciones básicas para transformar un objeto: Traslación: desplazamiento de un objeto en el espacio Rotación: rotar un objeto a partir de su centro de giro Escalado: alterar el tamaño de un objeto

7 OpenGL: transformaciones de objetos Toda transformación construye una matriz de cuatro dimensiones, que es multiplicada por la matriz original de coordenadas Por ejemplo, para trasladar un objeto 2 unidades en el eje X A partir de la matriz anterior, dibujar un punto en las coord (1,0,0) será:

8 OpenGL: transformaciones 2D/3D Todo objeto en OpenGL se representa a través de una matriz de dimensión 4 Un punto 3D (x, y, z) es representado por el punto (x, y, z, 1.0) Un punto 2D (x, y) es representado por el punto (x, y, 0.0, 1.0) De lo anterior, un punto homogéneo (x, y, z, w) es equivalente al punto 3D (x/w, y/w, z/w)

9 OpenGL: Funciones básicas Activar / desactivar opciones: glenable(<option>) gldisable(<option>) OpenGL maneja dos matrices muy importantes Matriz de visualización/modelado glmatrixmode(gl_modelview) Matriz de proyección (matriz que guarda la información relativa a la cámara con la cual observaremos al mundo) glmatrixmode(gl_projection) Para almacenar y recuperar los valores de una matriz, se utiliza una estructura tipo pila glpushmatrix() glpopmatrix()

10 OpenGL: dibujado de objetos Para dibujar en OpenGL, es necesario Habilitar el modo de dibujado Establecer las opciones de dibujado de cada vértice Dibujar cada uno de ellos Finalizar el modo de dibujado Algunas formas de dibujado GL_POINTS: se dibujan vértices separados GL_LINES: cada par de vértices definen una linea GL_POLYGON: todos los vértices definen el contorno de un polígono GL_TRIANGLES: cada triplete de vértices definen un triángulo GL_QUADS: cada cuarteto de vértices se interpreta como un cuadrilátero

11 OpenGL: dibujado de objetos GL_LINE_STRIP: líneas conectadas GL_LINE_LOOP: líneas conectadas, con unión del 1er y último vértice GL_TRIANGLE_STRIP: dibuja un triángulo y cada nuevo vértice define un triángulo con el anterior GL_QUAD_STRIP: dibuja cuadrados con en TRIANGLE_STRIP

12 OpenGL: proyección Existen dos formas de proyectar objetos Proyección ortográfica: permite visualizar todo lo que se encuentre dentro de un cubo, delimitado por los parámetros de la función glorto

13 OpenGL: proyección Proyección perspectiva Delimita un volúmen de visualización dado por un ángulo de cámara y una relación alto/ancho. La distancia al observador delimitará el tamaño con el que un objeto se visualiza

14 1er Ejemplo Crear un código que dibuje un triángulo cuyos vértices tengan un color diferente void display(void) { glclearcolor(0.0,0.0,0.0,0.0); glclear(gl_color_buffer_bit); glmatrixmode(gl_projection); glloadidentity(); glortho(-1.0,1.0,-1.0,1.0,-1.0,1.0); glmatrixmode(gl_modelview); glbegin(gl_triangles); glcolor3f(1.0,0.0,0.0); glvertex3f(0.0,0.8,0.0); glcolor3f(0.0,1.0,0.0); glvertex3f(-0.6,-0.2,0.0); glcolor3f(0.0,0.0,1.0); glvertex3f(0.6,-0.2,0.0); glend(); glflush(); Sleep(10000); exit(0); }

15 1er Ejemplo: Análisis glortho(-1,1,-1,1,-1,1) Define una perspectiva ortonormal: lo que se observe será una proyección paralela en uno de los planos definidos por los ejes Los argumentos definen el volumen de vista: xmin, xmax, ymin, ymax, zmin, zmax (zmin, zmax no son coordenadas, son distancias desde el punto de vista, )

16 1er Ejemplo: Análisis El punto 3D en opengl glvertex3f(<argumentos>) Los argumentos son desde 2 hasta 4 valores de tipo númerico Las primitivas glbegin(<tipo de primitiva>) glvertex( ); glvertex( ); glend();

17 1er Ejercicio: Análisis Es importante hacer notar que el orden en el cual se dibujen los vértices de una figura definen su sentido glbegin(gl_triangles); glvertex3f(0,0,0); //v1 glvertex3f(0.5,0.5,0); //v2 glvertex3f(1,0,0); //v3 glend(); glbegin(gl_triangles); glvertex3f(-0.2,0,0); //v4 glvertex3f(-0.7,0.5,0); //v5 glvertex3f(-1,0,0); //v6 glend();

18 Notas sobre el orden de dibujo de un objeto Cuando un polígono tiene sentido horario, se dice que es positivo; en caso contrario, es negativo En opengl Figuras con sentido negativo muestran su cara frontal Figuras con sentido positivo, muestran su cara trasera En opengl, por defecto se muestran las caras frontales y En opengl, por defecto se muestran las caras frontales y traseras Sin embargo, en operaciones de renderizado solo se trabajan sobre las caras frontales y no las traseras Para mostrar únicamente las caras frontales se utiliza glenable(gl_cull_face)

19 1er Ejercicio

20 OpenGL: Sombras En OpenGL es posible manipular la forma en la cual se asigna un color a un objeto glshademodel(<parametro>) GL_FLAT: rellena los polígonos con el color activo al momento GL_SMOOTH: rellenará el polígono interpolando los colores activos en la definición de cada vértice

21 OpenGL: visualización de caras ocultas Cuando se visualicen objetos en OpenGL, algunos pueden estar más cerca que otros de acuerdo a nuestra perspectiva (plano z) Sin embargo, cuando se dibujan objetos, OpenGL no hace una comprobación directa de quien esta más cerca Para solucionar este problema se utiliza el siguiente comando glenable(gl_depth_test); //matriz en la cual se almacena la profundidad en z de los objetos. Con esto se hace una comprobación antes de pintar los pixeles gldisable(gl_depth_test); //desactiva la matriz de profundidad El uso de esta matriz requiere que se borre la pantalla antes de dibujar cada frame glclear(gl_color_buffer_bit 1 GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

22 Comandos OpenGL: Manual de Referencia