OpenGL
Tomás Antônio C. Badan
1
Introdução ao OpenGL

Projetada para ter um processamento
eficiente em aplicações em 3 dimensões



Pode lidar com cenas em 2 dimensões,
como um caso especial (coordenada z = 0)
É altamente portável e muito rápida
É independente de qualquer linguagem
de programação

É definido uma language binding para as
linguagens mais usuais
C, C++, java, python, etc
• Usaremos a linguagem C

2
Introdução ao OpenGL (2)

Fornece um conjunto básico de:


primitivas gráficas, atributos, transformações
geométricas, transformações de
visualização, etc
Projetada para ser independente do
hardware

Operações de E/S não são definidas


Deixadas para bibliotecas auxiliares
Mouse, teclado, gerência de janelas, etc
3
Introdução ao OpenGL (3)

Proposto e criado pela SGI

Objetivo é vender hardware


Mais programas disponíveis mais
hardware vendido
Proposto como um padrão aberto

Criado o OpenGL Architecture Review Board
(ARB)

Originalmente composto por SGI, Digital
Equipament Corporation, IBM, Intel e
Microsoft
4
Introdução ao OpenGL (4)


2006 → SGI transfere controle da ARB
para o grupo Khronos (www.khronos.org)
Pode ser implementada sob 2 perspectiva


Hardware → muito mais eficiente
Software → bem mais lenta mas permite
rodar programas em ambiente que não possui
implementação em hardware nativo
5
A Guerra das APIs

OpenGL → mais fácil de programar do
que Direct3D (antes de 1998)


Grande atrativo para desenvolvimento de
games em plataformas de baixo custo
Microsoft proveu um driver kit que facilitou o
desenvolvimento do OpenGL no Windows98


Cortou anos de esforços no
desenvolvimento de um driver robusto
Microsoft desencorajou vendedores de
usar um modelo de desenvolvimento
mais robusto
6
A Guerra das APIs (2)

Antes do lançamentos do window98



Microsoft não iria estender a licença de seu
driver kit para o OpenGL
Proibiu qualquer vendedor de hardware de
liberar seus drivers.
OpenGL fadada ao esquecimento
7
Futuro do OpenGL

Vendedores de hardware continuaram a
suportar o OpenGL com novos drivers

Aplicações especificas pudessem rodar em
versões domésticas do Windows


DirectX era para jogos
OpenGL é mais fácil de programar do que
DirectX

Programadores voltaram a utilizá-la
intensamente


São quem decide o futuro da indústria
Hoje, largamente suportada em hardwares8
Implementação Genérica

Exemplos:


OpenGL nativo no
windows → Baixa
performance

Implementação
típica no windows
Mesa3d → não
oficial do OpenGL
→ solução aberta
Rasterizar → processo de transformar
informações geométricas em pontos no monitor
9
Implementação em Hardware

Aplicação típica no Windows
10
Pipeline do OpenGL
11
Sintaxe das Funções OpenGL


Conhecida como OpenGL basic library ou
OpenGL core library
São todas prefixadas com “gl”



Funções: glBegin, glClear, etc
Constantes: GL_2D, GL_RGB, etc
Tipos: GLbyte, GLfloat, GLboolean, etc
12
Tipos de Dados do OpenGL
Suffix
Data Type
b
s
i
f
8-bit integer
16-bit integer
32-bit integer
32-bit floating-point
Typical
Corresponding CLanguage Type
signed char
short
int or long
float
d
64-bit floating-point
double
ub
8-bit unsigned integer
unsigned char
us
16-bit unsigned
integer
32-bit unsigned
integer
unsigned short
GLbyte
GLshort
GLint, GLsizei
GLfloat,
GLclampf
GLdouble,
GLclampd
GLubyte,
GLboolean
GLushort
unsigned int or
unsigned long
GLuint, GLenum,
GLbitfield
ui
OpenGL Type
Definition
13
Formato das Instruções
14
Bibliotecas Relacionadas

GLU (OpenGL Utility)






Inicializa algumas matrizes de visualização e
projeção
Descreve objetos complexos com aproximações de
linhas e polígonos
Mostra curvas quadráticas e B-spline por
aproximação linear
Processa operações de renderização de superfícies,
dentre outras
Funções são prefixadas por “glu”
Toda distribuição OpenGL vem com essa biblioteca
15
Bibliotecas Relacionadas (2)

GLUT (OpenGL Utility Toolkit)

Processa informações que são dependentes do
sistema de gerenciamento de janelas em uso
(windows, X, etc)








Processa E/S (mouse, teclado, etc)
Permite a criação simples de menus do tipo cascata
Suporta fontes do tipo bitmap e vetoriais
Etc
Processamentos dirigido por eventos de Callback
Rotinas para temporização e processamento “idle''
Funções para descrever objetos 3D, representados
por sólidos ou wireframes
Funções são prefixadas por “glut”
 Implementação atual → freeglut
16
Coordenadas Cartesianas
17
GLUT

ANSI C binding para
a maioria dos
parâmetros das
rotinas (int, char*)


Para as rotinas em
OpenGL: tipos dos
OpenGL (GLfloat)
Sistema de
coordenadas é da
tela

Expressa em pixels
18
GLUT – Programa Esqueleto
#include <GL/glut.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
// algumas variáveis globais
GLint width = 640, height = 480;
// prototype das funções
void init(void);
void desenha(void);
void redimensiona(int width, int height);
void teclado(unsigned char key, int x, int y);
int main(int argc, char *argv[]) {
// inicialização do sistema de janelas
glutInit(&argc, argv);
glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGBA);
glutInitWindowPosition(­1, ­1); glutInitWindowSize(width, height);
void init(void) {
// inicializações pertinentes à aplicação
glClearColor(1.0, 1.0, 1.0, 0.0); // fundo branco
redimensiona(width, height);
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glColor3i(0, 0, 0); // cor atual: preto
}
void desenha(void) {
// desenha o quadro principal
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glGlRectf(-25.0, 25.0, 25.0, -25.0);
glFlush();
// força a execução dos comandos
}
void redimensiona(int w, int h) {
width = w;
height = h;
glutCreateWindow("Titulo da janela");
init();
glViewport(0, 0, w, h);
// inicializa o sistema de visualização
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
// limpa a matriz atual
gluOrtho2D(0.0, (GLdouble) width, 0.0, (GLdouble) height);
// Registra os callbacks
glutDisplayFunc(desenha);
glutReshapeFunc(redimensiona);
glutKeyboardFunc(teclado);
// entra no loop principal e aguarda eventos
glutMainLoop();
}
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity();
}
19
GLUT – Programa Esqueleto
(2)
void teclado(unsigned char key, int x, int y) {
static GLboolean fullScreen = 0;
switch (key) {
default :
glWindowPos2i(x, height - y);
glutBitmapCharacter(GLUT_BITMAP_TIMES_ROMAN_24,
key);
break ;
case 'f':
case 'F':
if ( !fullScreen) {
glutFullScreen();
fullScreen = 1;
} else {
glutReshapeWindow(width, height);
fullScreen = 0;
}
break ;
case 'q':
case 'Q':
case 27:
// escape
exit(EXIT_SUCCESS);
case 13:
// return
desenha();
break ;
}
}
20
Cabeçalho

Note a inclusão da linha
#include <GL/glut.h>

Inclui nos programas os cabeçalhos



#include <GL/gl.h>
#include <GL/glu.h>
Inclui também algumas funções que são
dependentes do SO em uso
21
GLUT – Funções de Inicialização

void glutInit(int *argcp, char **argv);

Primeira rotina a ser chamada


void glutInitWindowSize(int width, int height);



Se X ou Y for negativo: posição é deixada para o sistema de janelas escolher
Valores são sugestões para o sistema de janela


Valor default: 300x300 pixels.
Valores devem ser maiores do que zero
void glutInitWindowPosition(int x, int y);


Somente funções que são prefixadas com glutInit podem ser chamadas antes
Não precisam ser necessariamente obedecidos
void glutInitDisplayMode(unsigned int mode);


GLUT_RGBA
GLUT_RGB




Equivalente a GLUT_RGBA.
GLUT_SINGLE ← Buffer simples
GLUT_DOUBLE ← Usado para realizar animação
etc
22
GLUT – Iniciando
Processamento de Eventos

void glutMainLoop(void);


Nunca retorna
Processa todas as requisições anteriores e
entra em modo de loop

Aguarda por eventos


Processamento via callback
Chama as funções que foram anteriormente registradas
23
GLUT – Gerência de Janelas

Criação e destruição:



void glutSwapBuffers(void);


Força a janela corrente a ser redesenhada
void glutReshapeWindow(int width, int height);


Somente se estiver habilitado
void glutPostRedisplay(void);


int glutCreateWindow(char *name);
void glutDestroyWindow(int win);
Requer uma mudança de dimensões
void glutFullScreen(void);
 Não funciona
24
GLUT – Registro de Callbacks

void glutDisplayFunc(void (*func)(void));


void glutReshapeFunc(void (*func)(int
width, int height));


func: chamada para desenhar os objetos
Mudança de dimensões da janela
void glutKeyboardFunc(void (*func)
(unsigned char key, int x, int y));


key: valor ASCII da tecla
x e y: posição do ponteiro do mouse
25
GLUT – Registro de Callbacks (2)

void glutMouseFunc(void (*func)(int
button, int state, int x, int y));


void glutIdleFunc(void (*func)(void));


Captura botões do mouse
É chamada quando não se tem mais
nenhuma outra callback para ser chamada
etc
26
GLUT - Fontes

void glutBitmapCharacter(void *font, int
character);


Fonte em formato de bitmap
void glutStrokeCharacter(void *font, int
character);

Fonte em formato vetorial
27
GLUT – Programa Esqueleto
#include <GL/glut.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
// algumas variáveis globais
GLint width = 640, height = 480;
// prototype das funções
void init(void);
void desenha(void);
void redimensiona(int width, int height);
void teclado(unsigned char key, int x, int y);
int main(int argc, char *argv[]) {
// inicialização do sistema de janelas
glutInit(&argc, argv);
glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGBA);
glutInitWindowPosition(­1, ­1); glutInitWindowSize(width, height);
void init(void) {
// inicializações pertinentes à aplicação
glClearColor(1.0, 1.0, 1.0, 0.0); // fundo branco
redimensiona(width, height);
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glColor3i(0, 0, 0); // cor atual: preto
}
void desenha(void) {
// desenha o quadro principal
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glGlRectf(-25.0, 25.0, 25.0, -25.0);
glFlush();
// força a execução dos comandos
}
void redimensiona(int w, int h) {
width = w;
height = h;
glutCreateWindow("Titulo da janela");
init();
glViewport(0, 0, w, h);
// inicializa o sistema de visualização
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
// limpa a matriz atual
gluOrtho2D(0.0, (GLdouble) width, 0.0, (GLdouble) height);
// Registra os callbacks
glutDisplayFunc(desenha);
glutReshapeFunc(redimensiona);
glutKeyboardFunc(teclado);
// entra no loop principal e aguarda eventos
glutMainLoop();
}
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity();
}
28
Programa Esqueleto (2)
void teclado(unsigned char key, int x, int y) {
static GLboolean fullScreen = 0;
switch (key) {
default :
glWindowPos2i(x, height - y);
glutBitmapCharacter(GLUT_BITMAP_TIMES_ROMAN_24,
key);
break ;
case 'f':
case 'F':
if ( !fullScreen) {
glutFullScreen();
fullScreen = 1;
} else {
glutReshapeWindow(width, height);
fullScreen = 0;
}
break ;
case 'q':
case 'Q':
case 27:
// escape
exit(EXIT_SUCCESS);
case 13:
// return
desenha();
break ;
}
}
29
GLU – Funções

void gluOrtho2D(GLdouble left, GLdouble
right, GLdouble bottom, GLdouble top);


Define a matriz de projeção ortográfica 2D
void gluPerspective(GLdouble fovy,
GLdouble aspect, GLdouble zNear,
GLdouble zFar);

Define a matriz de projeção em perspectiva
30
GLU – Funções (2)

void gluLookAt(GLdouble eyeX,GLdouble
eyeY, GLdouble eyeZ, GLdouble centerX,
GLdouble centerY, GLdouble centerZ,
GLdouble upX, GLdouble upY, GLdouble
upZ);



eye*: posição dos olhos
center*: para onde está olhando
up*: lado de cima da câmera
31
Comentários

glViewport → Define como o volume de
visualização será mapeado para a janela
do sistema de janelas
32
Comentários (2)

Preservar a relação de aspecto

Na função redimensiona:
aspect = w/h;
if ( w <= h )
glOrtho(-100, 100, -100/aspect,
100/aspect, 1, -1);
else
glOrtho(-100*aspect, 100*aspect, -100,
100, 1, -1);
33
Comentários (3)

Para usar o buffer duplo:

Trocar GLUT_SINGLE por GLUT_DOUBLE


Faz com que todo o desenho seja
realizado no buffer offscreen
Chamar glutSwapBuffers()


Faz a troca entre o buffer ativo e o buffer
offscreen
Internamente chama a função glFlush()
34
Máquina de Estado do
OpenGL

Várias variáveis definem como uma cena
deve ser desenhada/renderizada




Objeto brilha? Que tipo de luz está em uso?
Tem textura a ser aplicada? Qual a
perspectiva?
Etc.
Todas essas variáveis define um estado

Uma vez definido, ele permanece até que seja
alterado
35
Máquina de Estado do
OpenGL (2)

Vários estados são apenas on / off
void glEnable(GLenum capability);
void glDisable(GLenum capability);

Outros uma vez fixados só mudam quando
forem alterados explicitamente

glColor, glShadeModel(x),
glMatrixModel(..)
Etc.
36
Máquina de Estado do
OpenGL (3)

Salvando e recuperando estados
void glPushAttrib(GLbitfield mask);
void glPopAttrib(GLbitfield mask);
37
OpenGL

Projetado sob o paradigma
Cliente/Servidor


Servidor pode estar na mesma máquina ou
em máquinas diferentes
Cliente é o programa que faz as requisições
ao Servidor

Empacota várias requisições antes de enviá-las



Se estiver com o buffer cheio, são enviadas
glFlush() força o esvaziamento do buffer (assíncrono)
glFinish() força o esvaziamento do buffer (síncrono)
38
Bibliografia Adicional
http://www.opengl.org/sdk/docs/man/
• http://www.opengl.org/resources/libraries/glut/


http://www.opengl.org/resources/code/sampl
es/glut_examples/examples/examples.html
39