Primitive grafiche e interazione Daniele Marini Davide Gadia Marco Ronchetti Davide Selmo Corso Di...

Primitive grafiche e interazione

Daniele MariniDavide Gadia

Marco RonchettiDavide Selmo

Corso Di Programmazione Grafica aa2005/2006

Programmazione Grafica aa2005/2006 2

Primitive OpenGL - 1

• Supporto per diversi tipi di primitive di base– Punti– Linee– Quadrilateri– Poligoni (convessi)

• Tutte le primitive sono specificate tramite una sequenza di vertici



• Le primitive vengono dichiarate mediante la coppia di funzioni

glBegin(GLenum mode);

glEnd();

• mode specifica la primitiva che sarà definita tramite la lista di vertici che seguirà


Esempio

GLfloat pt[2] = {3.0, 4.0};

glBegin(GL_POINTS); glVertex2f(1.0, 2.0); // x=1, y=2 glVertex2f(2.0, 3.0); // x=2, y=3 glVertex2fv(pt); // x=3, y=4 glVertex2i(4,5); // x=4, y=5

glEnd();


Primitive e oggetti complessi

• Gli oggetti complessi vengono costruiti a partire dagli elementi di base

• Tipicamente OpenGL visualizza gli oggetti definiti per mezzo di strumenti avanzati


Definizione dei vertici

glVertex2fv()

Numero di coordinate del punto (2,3,4) Formato dei dati

(f,d,i,s)

Opzionale:

Indica che le componenti sono memorizzate all’interno di un array


Tipi di dati

• b integer a 8 bit• s short integer 16 bit• i integer 32 bit• f floating point 32 bit• d floating point doppia precisione 64 bit

• ub unsigned integer (char) 8 bit• us unsigned short 16 bit• ui unsigned integer 32 bit


Vertici e Colori

• OpenGL consente di assegnare colori diversi ai vertici di una primitiva (esempio poligono o quadrilatero)

• I colori “intermedi” vengono calcolati per interpolazione in modo automatico

• Il colore è definito secondo il modello R,G,B


Vertici e Colori

glBegin(GL_QUADS);

glColor3f(1,0,0);

glVertex3d(-3, -3, -3);

glColor3f(0,1,0);

glVertex3d(3, -3, -3);

glColor3f(0,0,1);

glVertex3d(3, 3, -3);

glColor3f(1,0,1);

glVertex3d(-3, 3, -3);

glEnd();


Interazione

• L’interazione dipende dalle caratteristiche dei dispositivi fisici e del sistema operativo

• OpenGL si appoggia sul window manager (X-Window, Microsoft Windows, Mac OSX, ..)

• Per interfacciare OpenGL al window manager faremo uso della libreria speciale standard GLUT, indipendente dallo specifico WM


Dispositivi di input

Dispositivi logici e dispositivi fisici: analogo al rapporto indotto da funzioni come: printf, scanf, getchar, putchar:

Si puo’ leggere o scrivere su file, stampante, display, tastiera ecc.

Nella grafica è più complesso: non sono solo caratteri!


Dispositivi di input grafico

• Dispositivi di puntamento: per indicare una posizione su uno schermo, comprende bottoni per inviare interrupt o segnali

• Mouse• Trackball• Tablet• Light pen• Joystick• Spaceball

• Tastiera: invia caratteri


Mouse/trackball

• Non trasmettono posizione ma velocità• I due valori rilevati dal movimento della sferetta sono incrementi relativi, posti in relazione all’intervallo di tempo danno luogo al calcolo di una velocità, la cui integrazione restituisce una posizione relativaposizione relativa

• Permette di ottenere movimenti lenti o veloci del cursore


tablet

• Fornisce posizione assoluta• La posizione viene rilevata con interazione elettromagnetica della punta di una penna speciale con una maglia di fili annegati nella superficie

• Touch screen ha funzioni analoghe


lightpen

• Un sensore ottico rileva la presenza di luce dal display, invia un interrupt all’host, che ricava la posizione conoscendo l’istante di rilevazione dell’interrupt e il tempo di scansione della figura; identifica l’oggetto grafico indicato conoscendo l’intera struttura dati e il modo di attraversamento della struttura

• Limiti dovuti alla complessità e alla soglia di illuminazione: se punta lo sfondo non rileva luce!


Joystick

• Anche il joystick rileva velocità, che vengono integrate per calcolare posizioni relative

• Può avere componenti meccaniche che simulano effetti di resistenza con stimolazione “cinestesica”


Spaceball

• Dotata di sensori di pressione, ha sei gradi di libertà ed è adatta ad input 3D:

•Front-back left-right top-bottom•Rotazioni su tre assi


Dispositivi logici - classificazione GKS e

PHIGS

•Gli standard GKS e PHIGS definiscono sei logical device:

• String - es. tastiera• Locator - fornisce coordinate mondo (WC) es. mouse con conversione da SC (ccordinate schermo) a WC• Pick - restituice l’identificatore di un oggetto• Choice - seleziona una opzione• Dial - input analogico (potenziometri)• Stroke - array di locazioni


Dispositivi logici - OpenGL

• string - supportata dal Window Manager (WM), OGL non distingue tra dispositivo fisico e logico (tastiera)• locator - OGL converte da SC a WC con dati da mouse ecc.• Pick - OGL usa il processo chiamato selectionselection• choice - OGL usa widgets (gadget: (gadget:

congegno, dispositivo; aggeggio, arnese)congegno, dispositivo; aggeggio, arnese) del WM (menu, scrollbar, bottoni ecc.)• dial - OGL usa widgets del WM (sliders)• stroke - OGL simula l’invio di sequenze di valori attivando e terminando lo stream ad es. col bottone del mouse


Menu pull-down e menu pop-up


Misura e trigger• L’input di un dispositivi fisico è caratterizzato da misuramisura e triggertrigger– Misura: è il valore restituito dal dispositivo

– Trigger: è un input fisico con cui l’utente invia un segnale al sistema•String: measure = caratteri battuti, trigger = CR

•Locator: measure = posizione, trigger = click su bottone

• Si può anche considerare un valore di stato (es: il cursore è fuori dalla window …)


Modi di input

• Request mode– La misura viene ritornata al sistema quando il trigger viene attivato

request_locator(device_id, &measure)

• Sample mode– Input immediato, non c’è triggersample_locator(device_id, &measure)


• Request mode - tipico di programmi non grafici, es. input da tastiera con scanf– Oppure per posizionare il cursore in WM e selezionare con click

• Sample mode e request mode non sono adatti ad applicazioni in cui l’utente determina il flusso del programma, è piuttosto il programma che guida l’utente (es. scelte di menu, word processing)

• In un simulatore di volo possono esserci input da moltissimi dispositivi


Event mode• Permette di trattare situazioni complesse

• In ogni istante ogni dispositivo può generare un evento

• Le measure del dispositivo, con identificatore associato, sono poste in una coda di eventi (event queue) indipendentemente da ciò che sta eseguendo il programma - il programma esamina la coda e decide che fare, se la coda è vuota resta idle


Event mode

• Alternativamente si associa a ogni tipo di evento una callbackcallback

• L’approccio con callback è il più usato nei sistemi di WM e in OGL, e si presta a situazioni client-server


Client-server• Servizi distribuiti in LAN (printer, file, graphics, ..)

• Un programma applicativo OGL e’ un processo client che usa un graphics server, i due processi possono risiedere sul medesimo sistema o essere distribuiti


Le librerie di OGL

GLUGLU

GLGL

GLUTGLUT

GLXGLX

ApplicazioneApplicazione

Frame

Buffer

Frame

Buffer

Window SystemWindow System


Librerie principali OGL


Run-Time support (Apple)


GLUT - 1

• Glut – Libreria per la creazione di finestre in cui OpenGL possa disegnare

– Gestisce l'interazione con l'utente su tali finestre.

– Non fornisce dispositivi di interazione sofisticati (bottoni, campi di testo, ecc.).


GLUT –2

• Includes– #include <GL/gl.h> // OpenGL decl.– #include <GL/glut.h> // GUI funcs

• Interfaccia grafica e librerie GLUT– Descrizione degli oggetti forniti da GLUT•Finestre•Menu•Interazione: Mouse, Tastiera, etc…


Inizializzazione di GLUT - 1

int main(int argc, char *argv[]){

glutInit(&argc, argv);glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGB );glutInitWindowSize(200, 200);glutCreateWindow(“Window Title");

glutReshapeFunc(reshapeFunc);glutDisplayFunc(displayFunc);

glutMainLoop();return 0;

}


Inizializzazione di GLUT - 2

• Funzioni di Reshape e DisplayglutReshapeFunc(reshapeFunc);glutDisplayFunc(displayFunc);

• Reshape – Gestisce il ridimensionamento della finestra

• Display– Contiene il codice per la visualizzazione


ReshapeFunc

• Imposta la viewportglViewport(0, 0, w, h);

• Imposta la cameraglMatrixMode(GL_PROJECTION) // camera settings ...

glMatrixMode(GL_MODELVIEW);//ritorna alla matrice di modellazione


DisplayFunc

• Disegna la scena (o chiama le display list) glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT); glLoadIdentity();

// drawing code

glFlush();glutSwapBuffers(); // If double-buffered


Programmazione dell’interazione event

driven• Uso del puntatore• Terminazione programma• Resize della finestra• Gestione della finestra• Menu • Picking


Uso puntatore• Il puntatore può essere usato per la terminazione del programma; distinguiamo tra– move eventmove event: il mouse viene mosso col bottone premuto

– passive move eventpassive move event: mosso con bottone alzatoDopo un move event la “measure” del device (posizione del mouse) è resa disponibile

– mouse eventmouse event - un bottone del mouse è premuto o rilasciato (il bottone mantenuto premuto non genera eventi, è la transizione che conta!)


Terminazione programma

glutMouseFunction(mouse_callback_func);

void mouse_callback_func(int button, int state, int x, int y,);

int x, int y;

{

if(button == GLUT_LEFT_BUTTON && state == GLUT_DOWN)

exit();

}

Altri bottoni o uno stato differente del mouse non provocano nulla, non ci sono callback registrateregistrate col WM


main

int main(int argc, char **argv){

glutInit(&argc, argv);glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLLUT_RGB);glutCreateWindow(“square”);myinit();glutReshapeFunc(myReshape);glutMouseFunc(mouse);glutDisplayFunc(display);glutMainLoop();

}

Reshape è invocato quando la finestra viene modificata dall’utenteOgni programma deve avere una display callback, anche vuota:void display() {}


Disegnare un quadratino al click del mouse

void mouse(int button, int state, int x, int y);{

if(button==GLUT_LEFT_BUTTON && state==GLUT_DOWN) drawSquare(x,y);

if(button==GLUT_MIDDLE_BUTTON && state==GLUT_DOWN) exit();

}

La drawSquare si limita a disegnare, gli attributi del disegno vanno definiti altrove, nell’esempio in myinit


myinit

/* globals */

Glsizei wh = 500, ww = 500; /* dim finestra iniziale */Glfloat size = 3.0; /* metà del lato del quadrato */

void myinit(void){

glViewport(0,0,ww,wh);glMatrixMode(GL_PROJECTION);glLoadIdentity();glOrtho(0.0, (GLdouble) ww , 0.0, (GLdouble) wh , -1.0,

1.0);glMatrixModel(GL_MODELVIEW);glClearColor (0.8, 0.8, 0.8, 1.0);glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);glFlush();

}


Disegno del quadratoL’origine del sistema di riferimento nel WM è in alto a sinistra, con y verso il basso, in OGL è in basso a sinistra con y verso l’alto - bisogna “flippare” la y ritornata dal mouse:void drawSquare(int x, int y){

y=wh-y; /* flippa y */ glColor3ub( (char) random()%256, (char) random()%256, (char) random()%256); glBegin(GL_POLYGON); glVertex2f(x+size, y+size); glVertex2f(x-size, y+size); glVertex2f(x-size, y-size); glVertex2f(x+size, y-size); glEnd();}


Il programma è completo

• Inizializza una finestra, disegna un quadrato di colore casuale nel punto selezionato dal mouse col tasto di sinistra; termina premendo il tasto di mezzo del mouse

• Non ha menu, se la finestra viene modificata (resizeresize) il programma non sa che fare


Window events

• in caso di resize, che fare?– Ridisegnare tutto?– Che fare se l’aspect ratio cambia?– Si cambiano le dimensioni degli oggetti se la finestra cambia dimensioni?

• Nell’esempio si ridisegna tutto, mantenendo i rapporti degli oggetti (quadrati restano quadrati) e si applica il clipping

• L’evento di resize restituisce altezza e larghezza della window


myReshapevoid myReshape(GLsizei w, GLsizei h){

/* adjust clipping box */

glMatrixMode(GL_PROJECTION); glLoadIdentity(); glOrtho(0.0, (GLdouble)w, 0.0, (GLdouble)h, -1.0, 1.0); glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glLoadIdentity();

/* adjust viewport and clear */

glViewport(0,0,w,h); glClearColor (0.8, 0.8, 0.8, 1.0); glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); display(); glFlush();}


Display callback

La glutDisplayFunc (display) viene eseguita quando GLUT determina che la finestra va ridisegnata, certamente alla prima apertura; in questo caso è utile disegnare le parti statiche della finestraLa display callback può essere usata per animazione, quando cambiano parametri nel programmaPer iconizzare una finestra si usa la glutPostDisplay()Per disabilitare una callback si può settare la sua callback function a NULL


Finestre multiple

id=glutCreateWindow(“second window”);

L’intero ritornato permette di attivare la prima o la seconda finestra:

glutSetWindow(id);

Si possono modificare parametri e proprietà della seconda finestra prima di definirla:

glutInitDisplayMode( …);id=glutCreateWindow(“third window”);


MenuPull-down e pop-up menu

glutCreateMenu(demo_menu);glutAddMenuEntry(“quit”,1);glutAddMenuEntry(“increase square size”,2);glutAddMenuEntry(“decrease square size”,3);glutAttachMenu(GLUT_RIGHT_BUTTON);

void demo_menu(int id);{

if(id==1) exit();else if (id==2) size = 2*size;else if (id==3) size=size/2;glutPostRedisplay();

}


Menu pull-down gerarchici

sub_menu = glutCreateMenu(size_menu);glutAddMenuEntry(“increase square size”,2);glutAddMenuEntry(“decrease square size”,3);glutCreateMenu(top_menu);glutAddMenuEntry(“quit”,1);alutAddSubMenu(“Resize”, sub_menu);glutAttachMenu(GLUT_RIGHT_BUTTON);

Esercizio: scrivere le callback function di: size_menutop_menu

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