OpenGL-översikt. OpenGL. Lokala koordinatsystem. Transformationer. Hierarkiska modeller. Animation. Transformation Byte av koordinatsystem

Transkript

1 OpenGL OpenGL-översikt Geometri Operationer på hörn DOOM 3 id Software, 2004 (?). Gustav Taxén CID gustavt@nada.kth.se Bilddata Operationer på bildelement Rastrering Texturminne Operationer på fragment Framebuffert (bildbuffert + hjälpbuffertar) Transformationer Lokala koordinatsystem Transformation Transformation Projektion Transformation Byte av koordinatsystem glloadidentity(); gltranslatef(0,0,-3); glrotatef(50,0,,0); gltranslatef(0,0,3); glbegin(gl_triangles); glvertex3f(,0,0); glvertex3f(0,,0); glvertex3f(0,0,); glend(); Animation Hierarkiska modeller Viewporttransformation Uppdateringsmekanism Registrera en idle-callback med glutidlefunc(); Sist i din callback, generera omritningshändelse med glutpostredisplay(); pivotpunkt Parametrar Rendering/ utritning Transformationer baserade på parametrarna OpenGL

2 Består-av-hierarki Lokala koordinatsystem Skelett Subnodens origo positioneras m.a.p. förälderns koordinatsystem. Arm Överarm Underarm Från hierarki till kod, steg Överarm Skelett Arm Underarm void drawskeleton(void) { drawarm(); void drawarm(void) { drawupperarm(); drawlowerarm(); void drawupperarm(void) { void drawlowerarm(void) { Från hierarki till kod, steg 2 void drawskeleton(void) { glpushmatrix(); positionera armens origo; drawarm(); glpopmatrix(); void drawarm(void) { glpushmatrix(); positionera överarmens origo; drawupperarm(); glpopmatrix(); glpushmatrix(); positionera underarmens origo; drawlowerarm(); glpopmatrix(); Transformation av delträd Demo Ändra rotation här! void drawskeleton(void) { glpushmatrix (); positionera armens origo; drawarm (); glpopmatrix (); 2

3 Labbtips! Ljussättning: Phongs reflektionsmodell Ambient Matt param 0 = f 0 (t) param = f (t) Kända Speglande Phongmodellen i OpenGL Color = Ambient + + [ MatDiffuse LightDiffuse i (N L i ) + i + MatSpecular LightSpecular i (E H) Shininess ] Ekvationen evalueras tre ggr: R, G, B. Phongmodellen i OpenGL Ljuskälla Ambient RGBA Diffuse RGBA Ambient RGBA Hörnets material Diffuse RGBA Specular RGBA, shininess + Hörn RGBA E H R N L i H= (E + L i ) / E + L i är en approximation av reflektionsvektorn R. Specular RGBA Hörnets normal Ögats position (= världsorigo) Ljussättning av hörn Färg beräknas i varje hörn och interpoleras sedan linjärt över polygonen (Goraud shading). Bra att komma ihåg om ljussättning Då ljussättning är aktivt har aktuell färg ingen effekt. OpenGL stöder minst 8 aktiva ljuskällor. En ljuskälla avger en viss mängd av varje ljustyp. Då ljuskällans position specificras multipliceras den med aktuell modelviewmatris. 3

4 Demo Back face culling glenable(gl_cull_face); Back face culling Normalen? 90 o > 90 o Fram/baksida beräknas genom tecknet i a = 0.5 x i y i - x i y i, Kamera 0 i (n - ), i (i + ) mod n, (x i, y i ) fönsterkoordinater för hörn nr i, n = antal hörn i polygonen Denna beräkning visar om hörnen ligger i medsols eller motsols ordning. Konventionen är att motsols är riktat mot kameran. Rastrering Bilddataspecifikation Operationer på hörn: RGBA, z w, texturkoord. Operationer på bildelement Fragment Texturminne Två typer av bilddata: Bitmap - bit per pixel. Bild - max 32 bitar per pixel. Finns ingen filformatstolk, data hämtas från C-array. ( Bitmaps går direkt till rastreringen. Bilder går direkt till rastreringen eller lagras som texturdata (internt eller på grafikkortet). 4

5 Var ritas bilddata? Rita bild Aktuell rasterposition: glrasterpos2f(x, y); glrasterpos3f(x, y, z); glrasterpos4f(x, y, z, w); Då rasterpositionen anges transformeras den på samma sätt som övriga hörn. Jfr. position för ljuskällor! height gldrawpixels(width, height, format, type, const void *pixels); format R G B R G B R G B A R G B A R R R R (x w, y w, z w ) för aktuell rasterposition utgör origo för bilden/bitmapen. origo width type GL_UNSIGNED_BYTE GL_FLOAT Texturer Texturer Texturkoordinat t s Demo MIP-maps Teknik för att undvika aliasing-problem vid texturförminskning. 5

6 MIP-maps Filtrera ett antal texturer i förväg och lagra dem effektivt. Texturobjekt Filtreringsalternativ. Clamp/wrap-around för texturkoord. Texturobjekt Vid texturering väljs automatiskt den textur som passar bäst m.a.p. avstånd från kameran (om MIP-mapping är aktiverat). Texturappliceringsparametrar Texturkoordinater Rastrering Texturobjekt Innehåller: Texturdata (texels). Information filter och texturkoordinatapplicering: gltexparameter Information om huruvida kopia av texturdata har laddats ned till grafikhårdvaran. Endast ett texturobjekt är aktivt! Förstoring och förminskning Textur FÖRSTORING Pixelpunkter på skärmen FÖRMINSKNING Pixelpunkter Textur på skärmen Alternativ: GL_NEAREST, GL_LINEAR, m.m. (Labbtips: GL_NEAREST_MIPMAP_LINEAR är default, men vi använder inte MIP-maps) Clamp/wrap around Texturdataspecifikation (s, t) = (.25, -2.75) t m GL_REPEAT GL_CLAMP origo n ram s (width, height) = (2 n + 2b, 2 m + 2b) där m, n är heltal 0, b = om texturen har ram, 0 annars. 6

7 Texturdataspecifikation glteximage2d(gl_texture_2d, level, internalformat, width, height, border, format, type, const GLvoid *texels); level = MIP-mapnivå (= 0 på den här kursen) internalformat = internt lagringsformat (normalt = type) format, type som i gldrawpixels Observera att lagringslägen och transferoperationer även gäller texturer! Texturapplicering gltexenvi(gl_texture_env, GL_TEXTURE_ENV_MODE, mode); där mode är GL_DECAL = Ersätt RGB med texturdata, spara A. GL_REPLACE = Ersätt RGBA med texturdata. GL_MODULATE = Kombinera texturdata med ljussättning/färg. OBS! LAGRAS INTE I TEXTUROBJEKT! Texturkoordinater Texturkoordinater gltexcoord2f(s, t); gltexcoord3f(s, t, r); gltexcoord4f(s, t, r, q); Anges före glvertex (precis som för normaler). s' t' r' q' = T s t r q t glmatrixmode(gl_texture); Texturkartan indexeras sedan med (s'/q', t'/q'). r'/q' ignoreras normalt, men används vid 3D-texturering. s PPM-biblioteket #include <GL/glut.h> #include <ppm.h> GLuint tex; int main(int argc, char *argv) { float *texels; int w, h; w = ppmwidth( img.ppm ); h = ppmheight( img.ppm ); texels = ppmread( img.ppm, NULL); PPM-biblioteket glutcreatewindow( Win ); glgentextures(&tex, ); glteximage2d(, w, h,, texels); Programmet xv kan läsa/skriva PPM-bilder (gör module add graphics). På Windows: PaintShop Pro. 7

8 Bufferttester Djupbuffert och djuptest Fragment = (R, G, B, A, djup, texturkoordinat) Färgbuffert Färgbuffert Djuptest Djupbuffert Fönster Fragment Mer information om OpenGL Woo, Neider, Davis: The OpenGL Programming Guide, Addison Wesley Developer Press. Upplagan för OpenGL. finns som PDF på red_book_.0/ Segal, Akeley: The OpenGL Graphics System: A Specification. Finns på Plus en mängd andra böcker Inspiration! Problem? Gå till Simulering Spel Visualisering Konstnärliga uttryck xenia.media.mit.edu/~badger 8