1	Computação Gráfica Módulo IV – OpenGL UniverCidade - Prof. Ismael H F Santos
2	Considerações Gerais Objetivo: Discutir os principais conceitos eos princípios básicos dos Sistemas Gráficos e a Programação em OpenGL. A quem se destina : Alunos e Profissionais que desejem aprofundar seus conhecimentos sobre Computação Grafica e suas aplicações.
3	Bibliografia Computação Gráfica Volume 1. Jonas Gomes e Luiz Velho. Instituto de Matemática Pura e Aplicada – IMPA. Introdução a Computação Gráfica - Paulo Roma http://www.lcg.ufrj.br/compgraf1/downloads/apostila.pdf http://www.lcg.ufrj.br/compgraf1/downloads/apostila.ps.gz Notas do Curso ministrado na Universidade de Maryland pelo Prof. David Mount ftp://ftp.cs.umd.edu/pub/faculty/mount/427/427lects.ps.gz http://www.lcg.ufrj.br/~esperanc/CG/427lects.ps.gz Apostila Fundamentos da Imagem Digital – Antonio Scuri Computer Graphics: Principles and Practice, Second Edition. James Foley, Andries van Dam, Steven Feiner, John Hughes. Addison-Wesley. OpenGL Programming Guide, 2nd Edition. Mason Woo, Jackie Neider, Tom Davis. Addison Wesley.
4	Bibliografia OpenGL OpenGL® Programming Guide, 2nd Edition. Mason Woo, Jackie Neider, Tom Davis. Addison Wesley. http://www.lcg.ufrj.br/redbook Manual de referência online http://www.lcg.ufrj.br/opengl Sítio oficial do OpenGL www.opengl.org
5	Ementa Introdução ao OpenGL Geometria Exemplos de Transformações 2D Fórmulas e cálculos das transformações 2D Usando matriz de transformação (por que?) Coordenadas Homogêneas Concatenação de transformações Transformações 3D Projeções Histórico
6	CG – CO023
7	OpenGL: o que é? API Interface para programador de aplicação
8	Por que OpenGL? primitivas geométricas e imagens arquitetura bem definida relativamente simples boa performance (sw & hw) bem documentado independente de sistemas de janelas padrão disponível em diversas plataformas
9	Primitivas geométricas básicas
10	Objetos 3D
11	Imagem e Textura
12	OpenGL rendering pipeline
13	Aplicação típica
14	Programa simples (usando GLUT)
15	Programa simples (usando GLUT) - cont.
16	OpenGL: máquina de estado Trabalha com o conceito de valor corrente Iluminação Shading Textura etc.
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18	Primitivas geométricas
19	Tipos de primitivas
20	Especificação de vértice
21	Especificação de atributos: Cor Modelo de cor RGB glColor3d(red,green,blue); Color index Paleta previamente definida ... glIndexi(index);
22	Interpolação de cores
23	Modelo de Shading Flat glShadeModel(GL_FLAT); glBegin(GL_TRIANGLES); glColor3f(1.0,0.0,0.0); // red glVertex2f(-1.0,-1.0); glColor3f(0.0,1.0,0.0); // green glVertex2f(1.0,-1.0); glColor3f(0.0,0.0,1.0); // blue glVertex2f(0.0,1.0); glEnd( );
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25	Suavização da tonalização
26	Transformações 3D e Sistemas de Coordenadas
27	Visualização 3D Camera Posição fixa: (0.0,0.0,0.0) Direção: -z Composição da cena move camera ou move objetos
28	Transformação de Modelagem X Visualização Transformação de modelagem - MODELVIEW Sistema global fixo Ordem inversa para especificação
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30	Manipulação da pilha de matrizes
31	Posicionamento do mundo em relação à camera Função auxiliar
32	Projeção: tipo de camera Perspectiva
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34	Transformação de viewport
35	Remoção de superfícies ocultas Z-BUFFER Inicializa window (default) Habilita teste em Z glEnable (GL_DEPTH_TEST); Define teste glDepthFunc (GL_LESS); Limpa buffer glClear (GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
36	Animação Double color buffer: BACK & FRONT Inicialização - GLUT glutInitDisplayMode (GLUT_SINGLE \| GLUT_RGB); Atualização da tela - GLUT glutSwapBuffers();
37	Rendering Cor do objeto depende de: fonte de luz orientação da superfície posição do observador reflexividade do material ambiente difusa especular
38	Especificação da orientação Vetor normal em cada vértice glNormal3d(nx,ny,nz); Se não for normalizado glEnable(GL_RESCALE_NORMAL); ou glEnable (GL_NORMALIZE); Obs: cálculo de normal é caro!
39	Fontes de luz Tipos Glfloat pos[ ] = {x,y,z,w}; glLightf (GL_LIGHT0, GL_POSITION, pos); Cor e intensidade: ambiente, difusa, especular Glfloat dif[ ] = {red,green,blue,alpha}; glLightf (GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, dif); Habilitação glEnable (GL_LIGHTING); glEnable (GL_LIGHT0);
40	Parâmetros adicionais de iluminação Luz ambiente global GLfloat amb[ ] = {0.2,0.2,0.2,1.0}; glLightModelfv(GL_LIGHT_MODEL_AMBIENT, amb); Posição do observador: local ou infinito glLightModeli (GL_LIGHT_MODEL_VIEWER, GL_TRUE); Iluminação de faces: back e front glLightModeli(GL_LIGHT_MODEL_TWO_SIDE, GL_TRUE); Iluminação especular em separado (p/ texturas) glLightModeli(GL_LIGHT_MODEL_COLOR_CONTROL, GL_SEPARATE_SPECULAR_COLOR);
41	Culling de faces Define orientação das faces glFrontFace (GL_CCW); Descarta faces (culling) glCullFace (GL_BACK); glEnable(GL_CULL_FACE);
42	Material Cor (reflexividade) Ambiente não depende de orientação Difusa depende da orientação da superfície e da posição da fonte de luz Especular depende da orientação da superfície, da posição da fonte de luz e posição do observador Brilho (shininess) fator de brilho da reflexão especular Emissão para representação de fontes de luz na cena
43	Cor como material Usando cor para definição de material
44	Propriedades dos vértices em arrays Array de vértices glEnableClientState (GL_VERTEX_ARRAY); glVertexPointer (size, type, stride, pointer); size: 2, 3 ou 4 (coordenadas) type: GL_SHORT, GL_INT, GL_FLOAT, GL_DOUBLE stride: byte offset entre vértices consecutivos pointer: ponteiro para área de memória Arrays de normais e cores tem API análoga
45	Acessando arrays de propriedades Acessando um elemento glBegin (GL_TRIANGLES); ... glArrayElement ( i ); ... glEnd ( ); Acessando um conjunto elemento glDrawElements ( mode, count, type, indices); mode: GL_LINES, GL_TRIANGLES, etc. count: número de elementos a ser desenhados type: tipo do vetor de índices: GL_UNSIGNED_BYTE, GL_UNSIGNED_SHORT, GL_UNSIGNED_INT indices: vetor de índices glDrawRangeElements ( mode, start, end, count, type, indices); start, end: delimitam valores dos índices para permitir pre-processamento
46	Pilha de grupos de atributos Permite restaurar atributos eficientemente Pilha de atributos (do servidor) glPushAttrib ( GL_FOG_BIT \| GL_LIGHTING_BIT \| etc ); glPopAttrib ( ); Pilha de atributos do cliente glPushClientAttrib ( GL_CLIENT_PIXEL_STORE \| GL_CLIENTE_VERTEX_ARRAY_BIT ); glPopClientAttrib ( );
47	Sistema solar: implementação
48	Blending Combinação da cor do fragmento sendo processado com a cor do pixel depois da rasterização e antes do fragmento ser desenhado no framebuffer. Aplicações transparência composição digital pintura
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50	Fatores de combinação Fonte (source) representa fragmento S_R, S_G, S_B, S_A Destino (destination) representa pixel D_R, D_G, D_B, D_A Fatores R_S, G_S, B_S, A_S R_D, G_D, B_D, A_D Resultado R_SS_R+ R_DD_R, G_SS_G+ G_DD_G, B_SS_B+ B_DD_B
51	Especificação dos fatores
52	Blending: exemplos de uso Desenho temporário sobre imagem glEnable (GL_BLEND); glBlendFunc (GL_ONE_MINUS_DST_COLOR, GL_ZERO); glColor3d (1.0, 1.0, 1.0); Objetos transparentes Cor dada por: (red, green, blue, opacity) glEnable (GL_BLEND); glBlendFunc (GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_APHA);
53	Transparência em cena 3D habilita-se z-buffer desenha-se objetos opacos define-se z-buffer como read-only glDepthMask (GL_FALSE); desenha-se objetos com transparência em ordem
54	Buffers Color onde desenha-se Depth z-buffer Stencil usado para restringir desenho a uma área do color buffer. Accumulation usado para composição de imagem. também é um RGBA buffer
55	Antialiasing Cobertura dos pixels é multiplicada na componente alpha da cor
56	Antialiasing Pontos e linhas glEnable (GL_POINT_SMOOTH); glEnable (GL_LINE_SMOOTH); glEnable (GL_BLEND); glBlendFunc (GL_SRC_ALPHA,GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);
57	Antialiasing Polígonos glEnable (GL_POLYGON_SMOOTH); glEnable (GL_BLEND); glBlendFunc (GL_SRC_ALPHA_SATURATE, GL_ONE); Desenha polígonos em ordem (front to back)!
58	Fog Decaimento glFogi (GL_FOG_MODE, GL_LINEAR); glFogf (GL_FOG_START, zstart); glFogf (GL_FOG_END, zend); Cor glFogfv (GL_FOG_COLOR, color); Qualidade glHint (GL_FOG_HINT, GL_NICEST); // per pixel
59	Polygon Offset glPolygonOffset (factor, units) o = r . units + m . Factor r = menor valor que garante diferença em zw m = declividade na profundidade
60	Imagens Representa uma área retangular de valores associados aos pixels Fatores complicantes existem diferentes dados associados aos pixels existem diferentes formas de armazenar uma imagem existem diferentes conversões de dados quando operamos sobre pixels
61	Operações sobre imagens Read Draw Copy
62	Formato de cada pixel
63	Tipo de cada elemento
64	Desenhando imagens Posição da imagem glRasterPos* (x, y, z, w); Especificação da imagem glDrawPixels (width, height, format, type, pixels) Especificação de bitmap Projetado para suportar desenho de fontes raster glBitmap (width, height, x₀, y₀, x_inc, y_inc, bitmap);
65	Zoom de imagem
66	Modos de armazenamento de pixel
67	Textura Mapeamento de imagens sobre primitivas Imagem composta por texels Largura e altura: 2ⁿ gluScaleImage (format, width_in, height_in, type_in, data_in, width_out, height_out, type_out, data_out); Especificação: 1D e 2D glEnable (GL_TEXTURE_2D or GL_TEXTURE_1D); glTexImage2D (GL_TEXTURE_2D, level, components, width, height, border, format, type, pixels); glTexImage1D (GL_TEXTURE_1D, level, components, width, border, format, type, pixels);
68	Coordenada de textura Para cada vértice coordenada: identifica qual o pixel no buffer coordenada de textura: identifica qual o texel Coordenadas de textura: s, t, r, q Coordenadas de textura são linearmente interpoladas entre vértices
69	Mapeamento de textura
70	Geração automática de coordenadas de textura Coordenadas definidas pela distância dos vértices a um plano Em relação às coordenadas do objeto Em relação às coordenadas do olho
71	Geração automática de coordenadas de textura (cont.) Mapeamento de ambientes representação de objetos reflexivos
72	LOD: multiresolução
73	Construção de mipmaps
74	Filtragem
75	Bordas Garantir repetição de padrões Definir como truncar mapeamento da textura
76	Combinação de pixel com texel Decal Cor definida pelo texel Modulate Cor do pixel é modulada pela cor do texel Blend Cor combinada com uma cor adicional de ambiente Exemplo Modular com a cor branca para dar iluminação
77	Exemplo de modulação
78	Referências “The Red Book” OpenGL: Programming Guide Release 1.1 M. Woo, J. Neider, T. Davis Web sites The official OpenGL web page http://www.opengl.org SGI’s OpenGL WWW Center http://www.sgi.com/Technology/openGL Gateway to OpenGL http://reality.sgi.com/mjk_asd/opengl-links.html