Giới thiệu và tổng quan thư viên OpenGL và GLUT

OPENGL Giới thiệu và tổng quan thư viên OpenGL và GLUT Giới thiệu OpenGL • OpenGL (Open Graphics Library) là một tiêu chuẩn kỹ thuật đồ họa có mục đích định ra một giao diện lập trình ứng dụng (API) đồ họa ba chiều. OpenGL cũng có thể được dùng trong các ứng dụng đồ họa 2 chiều. Giao diện lập trình này chứa khoảng 250 hàm để vẽ các cảnh phức tạp từ những hàm đơn giản. Nó được dùng rộng rãi trong các trò chơi điện tử. Ngoài ra nó còn được dùng ứng dụng CAD, thực tại ảo, mô phỏng khoa học, mô phỏng thông tin, phát triển trò chơi. • OpenGL còn một đối thủ cạnh tranh là DirectX của Microsoft Không gian trong OpenGL • Không gian trong OpenGL được miêu tả qua hình học xạ ảnh. Một điểm trong không gian này có tất cả 4 tọa độ. Cách thể hiện các điểm trong không gian bằng 4 tọa độ cho phép xử lý các điểm vô tận một cách tổng quát. Vì vậy mã nguồn các ứng dụng đã được đơn giản hóa đi nhiều. Thiết kế • OpenGL được thiết kế nhằm thỏa mãn mục đích chính sau: – Che dấu sự tuơng tác phức tạp với các bộ máy xúc tiến 3 chiều bằng cách đưa ra một giao diện lập trình thống nhất. – Che dấu các sự khác biệt giữa các phần cứng 3 chiều bằng cách bắt buộc các phần cứng tương thích OpenGL phải hỗ trợ tất cả các chức năng của giao diện OpenGL. Nếu cần, các chức năng chưa được hỗ trợ đầy đủ bởi phần cứng có thể được hỗ trợ bằng phần mềm. Các thao tác OpenGL cơ bản là nhận các nguyên hàm hình học như điểm, đường thẳng và đa giác rồi chuyển thành các điểm đồ họa (pixel) trên màn hình. Những thứ OpenGL không hỗ trợ • Bản thân OpenGL không có sẵn các hàm nhập xuất hay thao tác trên window • OpenGL không có sẵn các hàm cấp cao để xây dựng các mô hình đối tượng, thay vào đó, người dùng phải tự xây dựng từ các thành phần hình học cơ bản ( điểm, đoạn thẳng, đa giác). Rất may là một số thư viện cung cấp sẵn một số hàm cấp cao được xây dựng nên từ OpenGL. GLUT (OpenGL Utility Toolkit) là một trong số đó và được sử dụng rộng rãi. Trong tài liệu này, chúng ta sẽ sử dụng chủ yếu là OpenGL và GLUT. Các trò chơi được viết với OpenGL • Hẳn các bạn đều biết game này? – Half-Life – Warcraft 3 – World of Warcraft – CounterStrike 1.6 – America's Army – City of Villains – Serious Sam – ………….. Hình ảnh Khúc xạ dùng OpenGL Trò chơi dùng OpenGL Kết cấu di dộng dùng OpenGL Tài liệu tham khảo • GLSL - Ngôn ngữ chuyển màu OpenGL • Cg - Ngôn ngữ chuyển màu của hãng nVidia dùng cho OpenGL • Java OpenGL - OpenGL cho JavaOpenGL • ES - OpenGL for embedded systems • OpenAL - Thư viện âm thanh tự do thiết kế với mục địch dùng chung với OpenGL. • OpenSL ES - Một thư viện âm thanh khác • Graphics pipeline Thư viện hỗ trợ OpenGL • GLUT - Thư viện công cụ cho OpenGL • GLU - Thư viện hàm cho các ứng dụng OpenGL Các giao diện lập trình đồ họa khác • Mesa 3D - Một thư viện thực thi OpenGL mã nguồn mở • Direct3D - Thư viện đồ họa của Microsoft • Light Weight Java Game Library • VirtualGL OpenGL Utility Toolkit (GLUT) • Để khắc phục một số nhược điểm của OpenGL, GLUT được tạo ra với với nhiều hàm hỗ trợ – Quản lý window – Display callback – Nhập xuất (bàn phím, chuột,…) – Vẽ một số đối tượng 3D phức tạp (mặt cầu, khối hộp,…) Cài đặt OpenGL Cài đặt trên Windows Cài đặt trên Mac OS X Cài đặt trên Linux Cài đặt môi trường Linux • Chuẩn bị thư viện: – Copy file thư viện của OpenGL vào thư mục /usr/include/GL/ – Cài đặt thư viện glut cho hệ thống: Sudo apt-get install freeglut3-dev • Cài đặt trình biên dịch C/C++ GNU: tại terminal gõ Sudo apt-get install g++ • Tạo file code C++ (.CPP) • Compile và run Cài đặt trên Windows và Visual Studio 2010/2008 • runtime libraries: opengl32.ddl, glu32.ddl C:\Windows\System32\ trên win 64 bít thì C:\Windows\SysWOW64 • header files: GL.h, GLU.h C:\Program Files\Microsoft SDKs\Windows\v7.0A\Include\GL\ Trên win 64 bit thì là Program Files (x86) VS2008: v6.0A • linker library: OpenGL32.lib C:\Program Files\Microsoft SDKs\Windows\v7.0A\Lib\OpenGL32.Lib Trên win 64 bit thì là Program Files (x86) VS2008: v6.0A Video hướng dẫn • Video (settup1.wmv) Windows 32bit – Visual C++ 2010 • Video (settup2.wmv) Windows 64bit – Visual studio 2010 Tạo Project Cấu trúc chương trình openGL đơn giản • Xét hàm main sau: int main(int argc, char** argv) { glutInit(&argc, argv); glutInitDisplayMode (GLUT_SINGLE | GLUT_RGB); glutInitWindowSize (250, 250); glutInitWindowPosition (100, 100); glutCreateWindow ("hello"); init (); glutDisplayFunc(display); glutMainLoop(); return 0; } Khởi tạo - glutInit • Điều đầu tiên chúng ta cần làm là gọi glutInit() làm thủ tục khởi tạo. Nó phải được gọi trước khi bất kỳ đối tượng GLUT nào bởi vì nó khởi tạo thư viện GLUT . • argc, argv là 2 đối số dòng lệnh của hàm main glutInitDisplayMode() • Điều tiếp theo chúng tôi cần làm là gọi glutInitDisplayMode() làm thủ tục để xác định chế độ hiển thị cho cửa sổ.Bạn phải quyết định xem bạn muốn sử dụng một RGBA GLUT_RGBA hoặc màu chỉ số GLUT_INDEX mô hình màu. • Khi thiết lập chế độ hiển thị là liệu bạn muốn sử dụng đệm đơn GLUT_SINGLE hoặc đệm đôi GLUT_DOUBLE. • Cuối cùng, bạn phải quyết định xem bạn muốn sử dụng một bộ đệm chiều sâu GLUT_DEPTH, đệm stencil GLUT_STENCIL và / hoặc đệm một sự tích lũy GLUT_ACCUM. glutInitWindowSize() • Hàm này sử dụng tạo kích thức của cửa sổ, trong cửa số màn hình với tham số truyền vào là chiều cao và chiều rộng tính bằng pixcel glutInitWindowPosition() • Hàm glutInitWindowPosition() được sử dụng để xác định vị trí màn hình cho góc trên bên trái của cửa sổ ban đầu. Tạo của sổ - glutCreateWindow() • Để thực sự tạo ra một cửa sổ, với các thiết lập đặc điểm trước đó (hiển thị chế độ, kích thước, vị trí, vv), sử dụng glutCreateWindow() để khởi tạo. Lệnh này có một chuỗi như một tham số mà có thể xuất hiện trong thanh tiêu đề nếu hệ thống cửa sổ bạn đang sử dụng hỗ trợ nó cửa sổ là không thực sự hiển thị cho đến khi glutMainLoop() được nhập vào. Chức năng hiển thị • Hàm glutDisplayFunc() làm thủ tục là sự kiện quan trọng đầu tiên của hầu hết các chức năng gọi lại và hiển thị. Một chức năng gọi lại là một trong những nơi hàm đã được định nghĩa,ứng với mỗi hàm sẽ có một sự kiện phù hợp . Chức năng định lại hình • glutReshapeFunc() hàm này được gọi bất cứ khi nào cửa sổ thay đổi hay di chuyển Vòng lặp chính • Cuối là gọi glutMainLoop(). Tất cả các cửa sổ đã được tạo ra có thể được hiển thị • Chương trình sẽ có thể xử lý các sự kiện như chúng xảy ra (click chuột, thay đổi kích thước cửa sổ, vv.). Ngoài ra, gọi lại hiển thị (từ glutDisplayFunc()) được kích hoạt. Sau khi vòng lặp này được nhập vào, nó không bao giờ đã thoát! Bảng dữ liệu, hậu tố trong OpenGL Hậu tố Kiểu dữ liệu Tương ứng kiểu dữ liệu C Tương ứng kiểu dữ liệu OpenGL B 8-bit integer signed char Glbyte S 16-bit integer Short Glshort I 32-bit integer int or long GLint, Glsizei F 32-bit floating-point Float GLfloat, Glclampf D 64-bit floating-point Double GLdouble, GLclampd Ub 8-bit unsigned integer unsigned char GLubyte, GLboolean Us 16-bit unsigned integer unsigned short GLushort Ui 32-bit unsigned integer unsigned int or unsigned long GLuint, GLenum, GLbitfield Cú pháp đặt tên • glColor3f(…) • Ví dụ lệnh glVertex2f() có hậu tố, cho biết đối số là 2 dấu chấm động. • Tương tự, OpenGL đặt tên các hằng số bắt đầu bằng GL_ và các từ tiếp sau đều được viết hoa và cách nhau bởi dấu ‘_’ ví dụ: GL_COLOR_BUFFER_BIT Thư viện Hàm cơ bản Số lượng đối sô Kiểu dữ liệu = gl Color 3 f(…) Các kiểu glVertex • glVertex có đến 24 dạng: • Chú ý rằng có 12 lệnh có 12 lệnh kết thúc bằng chữ v, cho biết các đối số được cho dưới dạng vecter glVertex2d() glVertex2f() glVertex3d() glVertex3f() glVertex4d() glVertex4f() glVertex2i() glVertex2s() glVertex3i() glVertex3s() glVertex4i() glVertex4s() glVertex2dv() glVertex2fv() glVertex3dv() glVertex3fv() glVertex4dv() glVertex4fv() glVertex2iv() glVertex2sv() glVertex3iv() glVertex3sv() glVertex4sv() glVertex4iv() Các tiền tố trong OpenGL Thư viện Bộ hạt nhân Utility Auxiliary WGL Win32 API Tiền tố gl glu Aux Wgl Không có tiền tố đặc biệt Xét một chương trình OpenGL tối thiểu • Xét đoạn mã sử dụng các hàm OpenGL để tạo một đoạn thẳng mầu trắng và nền đen: void ve_DoanThang_OpenGL(){ glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f); glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); glColor(1.0f, 1.0f, 1.0f); glBegin(GL_LINE) glVertex2f(0.25f, 0.25f); glVertex2f(0.75f, 0.25f); glEnd(); glFlush(); } Đặt mầu xóa • glClearColor() để thiết lập màu nền ở chế độ RGBA. Bốn đối số của hàm này là các giá trị có kiểu dữ liệu GLclampf, biểu diễn các thành phần màu: đỏ, xanh lá, xanh dương và alpha. RGBA • RGBA(red, green, blue, alpha) là chế độ màu kết hợp hệ thống RGB với alpha (là thành phần dùng điều khiển việc trộn màu). • Giá trị alpha =1 tương ứng độ mờ đục hoàn toàn, giá trị alpha = 0 tương ứng tính trong suốt hoàn toàn RGB • RGB(red, green, blue) là chế độ pha trộn hay phương pháp thể hiện màu trên phương tiện dùng nguồn sáng như màn hình màu. RGB pha trộn theo tỷ lệ phần trăm các màu cơ bản là đỏ, xanh lá và xanh dương để tạo nên các màu khác. Hệ điều hành windows định nghĩa các tỷ lệ này bằng giá trị 8 bit, gọi là giá trị RGB. Giá trị RGB(0,0,0), tức không phần trăm (cường độ thấp nhất) của cả 3 màu cơ bản, cho ra màu đen. Giá trị RGB(255,255,255), tức 100 phần trăm (cường độ cao nhất) của cả 3 màu cơ bản, cho ra màu trắng. Xóa bộ đệm màu • glClear() xóa bộ đệm màu với màu xóa hiện hành. • Đối số của nó như một chuỗi các cờ bit cho biết bộ đệm nào cần xóa (hàm không trả về giá trị). Bộ đệm màu (được biểu thị bởi cờ GL_COLOR_BUFFER_BIT ) là vùng bộ nhớ chứa ảnh thực được thể hiện trên màn hình. • OpenGL sử dụng các loại bộ nhớ khác, bao gồm bộ đệm chiều sâu và bộ đệm stencil, để giúp nó xử lý ảnh. Xóa bộ đệm màu • Buffer Name: – Color buffer GL_COLOR_BUFFER_BIT – Depth buffer GL_DEPTH_BUFFER_BIT – Accumulation buffer GL_ACCUM_BUFFER_BIT – Stencil buffer GL_STENCIL_BUFFER_BIT Đặt mầu hiện hành • glColor3f(…) thiết lập mầu vẽ hiện hành • Mọi đối tượng sẽ được vẽ mầu đã chọn cho đến khi một hàm glColor() khác được gọi • Có thể tác động một cách sâu sắc đến màu của các đối tượng trên màn hình nhờ vào các thao tác đồ họa như chiếu sáng, tạo bóng, làm mờ và pha trộn. Định nghĩa một hình • Để tạo một đối tượng hình học từ các vertex, ta bao khối khai báo vertex bằng hai hàm glBegin(param) và glEnd(). Tham số param đưa vào cho hàm glBegin() sẽ giúp OpenGL quyết định vẽ gì từ các vertex khai báo bên trong ví dụ: glBegin(GL_POLYGON); glVertex2f(0.0, 0.0); glVertex2f(0.0, 1.0); glVertex2f(0.5, 1.0); glVertex2f(1.0, 0.5); glVertex2f(0.5, 0.0) glEnd(); Tham số cho hàm glBegin() Value Meaning GL_POINTS Treats each vertex as a single point. Vertex n defines point n. N points are drawn. GL_LINES Treats each pair of vertices as an independent line segment. Vertices 2n - 1 and 2n define line n. N/2 lines are drawn. GL_LINE_STRIP Draws a connected group of line segments from the first vertex to the last. Vertices n and n+1 define line n. N - 1 lines are drawn. GL_LINE_LOOP Draws a connected group of line segments from the first vertex to the last, then back to the first. Vertices n and n + 1 define line n. The last line, however, is defined by vertices N and 1. N lines are drawn. GL_TRIANGLES Treats each triplet of vertices as an independent triangle. Vertices 3n - 2, 3n - 1, and 3n define triangle n. N/3 triangles are drawn. Tham số cho hàm glBegin() Value Meaning GL_TRIANGLE_STRIP Draws a connected group of triangles. One triangle is defined for each vertex presented after the first two vertices. For odd n, vertices n, n + 1, and n + 2 define triangle n. For even n, vertices n + 1, n, and n + 2 define triangle n. N - 2 triangles are drawn. GL_TRIANGLE_FAN Draws a connected group of triangles. one triangle is defined for each vertex presented after the first two vertices. Vertices 1, n + 1, n + 2 define triangle n. N - 2 triangles are drawn. GL_QUADS Treats each group of four vertices as an independent quadrilateral. Vertices 4n - 3, 4n - 2, 4n - 1, and 4n define quadrilateral n. N/4 quadrilaterals are drawn. GL_QUAD_STRIP Draws a connected group of quadrilaterals. One quadrilateral is defined for each pair of vertices presented after the first pair. Vertices 2n - 1, 2n, 2n + 2, and 2n + 1 define quadrilateral n. N/2 - 1 quadrilaterals are drawn. Note that the order in which vertices are used to construct a quadrilateral from strip data is different from that used with independent data. GL_POLYGON Draws a single, convex polygon. Vertices 1 through N define this polygon. Tham số cho hàm glBegin() • Giá trị của các vertex trên dựa trên các tọa độ Decarat mặc định thiết lập trong OpenGL. Các tọa độ mặc định này tạo nên một khối vuông 2x2x2, với gốc tọa độ (0,0) tại tâm khối vuông. • Hàm glVertex() chỉ là 1 trong 12 hàm có thể dùng giữa cặp glBegin() và glEnd(). Các hàm đó là : glVertex(), glCallist(), glCallists(), glColor(), glEdgeFlag(), glEvalCoord(), glIndex(), glMaterial(), glNormal(), glTextCoord(), Bảo Đảm Các Thao Tác Vẽ Hoàn Tất • Chương trình đã thiết lập được mầu xóa, nền xóa, thiết lập được màu vẽ, định nghĩa được các đường thẳng Tài liệu tham khảo 1. 2. us/library/windows/desktop/dd374278%28v=vs. 85%29.aspx 3. 4. er-graphic/co-ban-ve-opengl/ 5. tml Thành Viên Nhóm 1.Đặng Tiến Ngọc 2.Nguyễn Đình Bảo 3.Nguyễn Đình Luật