JOGL - Java Binding for the OpenGL API

Transkript

1 - Java Binding fr the OpenGL API Ausarbeitung im Rahmen der Lehrveranstaltung Graphisch Interaktive Systeme (WS 08/09) erstellt vn

2 Java Binding fr the OpenGL API WS 2008/2009 Inhalt 1. Einleitung 3 2. Über JOGL Aufbau vn JOGL Die wichtigsten Klassen 7 3. Installatin Screenshts zur Einrichtung Tutrial in Eclipse Ein neues Prjekt anlegen Ein Swing-Fenster erzeugen Einen GLEventListener implementieren Ein Krdinatensystem zeichnen Tastatur-Ereignisse verarbeiten Maus-Ereignisse verarbeiten Animatin hinzufügen Eigenes Beispiel: ASURO-Rbter Fazit Quellen 25 Seite 2

3 Java Binding fr the OpenGL API WS 2008/ Einleitung Die Prgrammiersprache Java erfreut sich immer größerer Beliebtheit. Dank der Objektrientierung und der Plattfrmunabhängigkeit swie der grßen Anzahl an vielseitigen Erweiterungen ist sie für beinahe jede Prblemstellung geeignet. Vr allem die kmfrtablen Entwicklungswerkzeuge wie Eclipse der die Netbeans IDE, die kstenls erhältlich sind und ständig vn einer grßen Benutzergemeinde weiterentwickelt werden, machen diese Sprache für Entwickler interessant. Dies galt allerdings lange Zeit nicht für die Spieleentwicklung, denn hier ist OpenGL der Standard in 2D- und 3D-Applikatinen. Zwar hat man versucht, mit Java3D eine Alternative zu OpenGL zu etablieren, allerdings wurde die Weiterentwicklung aufgrund der geringen Perfrmance eingestellt. An dieser Stelle tritt JOGL, das Java Binding fr the OpenGL API, auf den Plan. Neben anderen Bindings wie der Lightweight Java Game Library (LWJGL) der gl4java schlägt auch JOGL eine Brücke zwischen Java und den OpenGL- Funktinalitäten und ermöglicht es, auch unter Java kmplexe 2D- und 3D-Grafiken zu realisieren. Dies ist vr allem für Internet-Anwendungen interessant, da die Applikatinen als Applets auf allen gängigen Betriebsystemen mit Java- Unterstützung ausgeführt werden können. Diese Ausarbeitung sll JOGL vrstellen und hauptsächlich eine Einführung in die Benutzung geben. Nach einer kurzen Beschreibung wird zunächst die Installatin und dann in einem einfachen Tutrial die Benutzung vn JOGL erklärt. Mit diesen Kenntnissen kann ein Entwickler, der seine OpenGL-Applikatinen bisher nur in C der C++ geschrieben hat, seine Ideen sfrt auf Java übertragen und dessen Vrzüge nutzen. Außerdem sll dabei die grße Ähnlichkeit zu der bisher gewhnten Benutzung vn OpenGL deutlich gemacht werden. Als Beispiel für kmplexere Anwendungen habe ich eine 3D-Simulatin in Java realisiert, die einen animierten ASURO-Rbter darstellt, der einer Linie auf dem Fußbden hinterher fährt und dabei aus allen Richtungen betrachtet werden kann. Dazu aber später mehr. Seite 3

4 Java Binding fr the OpenGL API WS 2008/ Über JOGL JOGL ist ein Open-Surce Prjekt (Hmepage: das seit 2003 kntinuierlich weiterentwickelt wird. Da die Entwicklung vn Sun Micrsystems auf der Java-Seite und Silicn Graphics Incrprated auf der OpenGL-Seite unterstützt wird, ist eine hhe Qualität und Aktualität des Bindings gewährleistet. Prbleme und Fragen können in eigenen Fren mit einer grßen Benutzergemeinde diskutiert und gelöst werden. Um die Lücke zwischen Java und dem C-Cde vn OpenGL zu schließen macht JOGL sich das Java-Native-Interface, kurz JNI, zu Nutze. Das JNI ermöglicht es, aus Java-Anwendungen heraus Cde auszuführen, der in anderen Prgrammiersprachen geschrieben wurde und auf die jeweilige Plattfrm angepasst ist. Deshalb gibt es unterschiedliche Versinen vn JOGL, die auf die entsprechenden Betriebssysteme ausgelegt sind. Unterstützt werden Windws, Linux, Slaris und MacOS. JOGL besteht im Wesentlichen aus Java Klassen und Schnittstellen, die auf den riginalen C-Cde vn OpenGL zurückgreifen. Der größte Teil des C-Cdes wird dabei individuell vn dem in JOGL enthaltenen Tl GlueGen während der Kmpilierung erzeugt. Der restliche C-Cde dient hauptsächlich dazu, Plattfrmabhängige Schwierigkeiten zu umschiffen. Die aktuelle JOGL-Versin unterstützt OpenGL in der Spezifikatin 2.1. Man findet fast alle Funktinen die man vn OpenGL gewhnt ist wieder. Dazu zählen auch die Funktinen der GLU-Biblithek (OpenGL Utility Library) und der GLUT- Biblithek (OpenGL Utility Tlkit). Weggefallen sind Funktinalitäten für das Fenster- bzw. Menü-Management, da diese in Java ja bereits durch Swing und AWT bereitgestellt werden und auch in einem JOGL Prgramm beliebig benutzt werden können. Weiterhin fehlen Callback-Funktinen für Maus, Tastatur und andere Geräte. Diese werden in Java durch die entsprechenden EventListener ersetzt. Diese Bereiche werden später im Tutrial erneut angesprchen und praktisch umgesetzt. Im Übrigen hat sich seit der letzten Versin der Name des Prjekts geändert. Es hieß vrher Java Bindings fr OpenGL. Seite 4

5 Java Binding fr the OpenGL API WS 2008/ Aufbau der JOGL-Library Die Klassen-Hierarchie: class java.lang.object class cm.sun.pengl.util.animatr class cm.sun.pengl.util.fpsanimatr class javax.media.pengl.awtgraphicscnfiguratin (implements javax.media.pengl.abstractgraphicscnfiguratin) class javax.media.pengl.awtgraphicsdevice (implements javax.media.pengl.abstractgraphicsdevice) class cm.sun.pengl.util.bufferutil class cm.sun.pengl.cg.cganntatin class cm.sun.pengl.cg.cgcntext class cm.sun.pengl.cg.cgeffect class cm.sun.pengl.cg.cggl class cm.sun.pengl.cg.cgparameter class cm.sun.pengl.cg.cgpass class cm.sun.pengl.cg.cgprgram class cm.sun.pengl.cg.cgstate class cm.sun.pengl.cg.cgstateassignment class cm.sun.pengl.cg.cgtechnique class java.awt.cmpnent (implements java.awt.image.imageobserver, java.awt.menucntainer, java.i.serializable) class java.awt.canvas (implements javax.accessibility.accessible) class javax.media.pengl.glcanvas (implements javax.media.pengl.glautdrawable) class java.awt.cntainer class javax.swing.jcmpnent (implements java.i.serializable) class javax.swing.jpanel (implements javax.accessibility.accessible) class javax.media.pengl.gljpanel (implements javax.media.pengl.glautdrawable) class java.awt.panel (implements javax.accessibility.accessible) class java.applet.applet class cm.sun.pengl.util.joglappletlauncher class cm.sun.pengl.util.texture.spi.ddsimage class cm.sun.pengl.util.texture.spi.ddsimage.imageinf class javax.media.pengl.debuggl (implements javax.media.pengl.gl) class javax.media.pengl.defaultglcapabilitieschser (implements javax.media.pengl.glcapabilitieschser) class cm.sun.pengl.util.fileutil class cm.sun.pengl.util.gamma class javax.media.pengl.glcapabilities (implements java.lang.clneable) class javax.media.pengl.glcntext class javax.media.pengl.gldrawablefactry class javax.media.pengl.glu.glu class cm.sun.pengl.util.glut class javax.media.pengl.glu.glutessellatrcallbackadapter (implements javax.media.pengl.glu.glutessellatrcallback) class cm.sun.pengl.util.imageutil class cm.sun.pengl.util.j2d.overlay class cm.sun.pengl.util.screensht class cm.sun.pengl.util.texture.spi.sgiimage class cm.sun.pengl.util.streamutil Seite 5

6 Java Binding fr the OpenGL API WS 2008/2009 class cm.sun.pengl.util.j2d.textrenderer class cm.sun.pengl.util.j2d.textrenderer.defaultrenderdelegate (implements cm.sun.pengl.util.j2d.textrenderer.renderdelegate) class cm.sun.pengl.util.texture.texture class cm.sun.pengl.util.texture.texturecrds class cm.sun.pengl.util.texture.texturedata class cm.sun.pengl.util.texture.textureio class cm.sun.pengl.util.j2d.texturerenderer class cm.sun.pengl.util.texture.spi.tgaimage class cm.sun.pengl.util.texture.spi.tgaimage.header class cm.sun.pengl.util.tgawriter class javax.media.pengl.threading class java.lang.thrwable (implements java.i.serializable) class java.lang.exceptin class java.lang.runtimeexceptin class cm.sun.pengl.cg.cgexceptin class javax.media.pengl.glexceptin class cm.sun.pengl.util.tilerenderer class javax.media.pengl.tracegl (implements javax.media.pengl.gl) Die Schnittstellen-Hierarchie: interface javax.media.pengl.abstractgraphicscnfiguratin interface javax.media.pengl.abstractgraphicsdevice interface javax.media.pengl.cmpnentevents interface javax.media.pengl.glautdrawable (als extends javax.media.pengl.gldrawable) interface javax.media.pengl.glpbuffer interface java.util.eventlistener interface javax.media.pengl.gleventlistener interface javax.media.pengl.gl interface javax.media.pengl.glcapabilitieschser interface javax.media.pengl.gldrawable interface javax.media.pengl.glautdrawable (als extends javax.media.pengl.cmpnentevents) interface javax.media.pengl.glpbuffer interface javax.media.pengl.glu.glunurbs interface javax.media.pengl.glu.gluquadric interface javax.media.pengl.glu.glutessellatr interface javax.media.pengl.glu.glutessellatrcallback interface cm.sun.pengl.util.j2d.textrenderer.renderdelegate interface cm.sun.pengl.util.texture.texturedata.flusher interface cm.sun.pengl.util.texture.spi.textureprvider interface cm.sun.pengl.util.texture.spi.texturewriter Wie man sieht ist JOGL relativ überschaubar und man entdeckt bereits unter den Klassen und Schnittstellen bekannte Namen wie GL, GLU und GLUT. Im flgenden Abschnitt werde ich die wichtigsten Klassen und Schnittstellen für ein einfaches Prgramm kurz vrstellen. Seite 6

7 Java Binding fr the OpenGL API WS 2008/ Die wichtigsten Klassen und Schnittstellen: Die im flgenden beschriebenen Schnittstellen und Klasse reichen aus, um selbst OpenGL-Szenen unter JOGL zu erstellen. Sie werden alle später im Tutrial eingesetzt und drt ggf. nch näer erläutert. - Schnittstelle GLAutDrawable: Stellt einen Event-basierten Kntext für das Rendering vn Objekten bereit. Mit dieser Schnittstelle hat der Prgrammierer selbst nicht viel zu tun, da sie autmatisch beim Einsatz eines GLEventListeners instanziiert wird und drt autmatisch als Parameter übergeben wird. Dazu im Tutrial mehr. - Schnittstelle GLEventListener: Ein GLEventListener wird wie die bekannten Listener in Java an einen Render- Kntext gebunden. Er beinhaltet die bekannten OpenGL-Funktinen init, reshape und display und zusätzlich die Funktin displaychanged, mit der man zum Beispiel auf Änderungen des Display-Mdus des Bildschirms reagieren kann. Diese sgenannten Callback-Methden werden genau wie aus einem C- Prgramm bekannt eingesetzt. - Schnittstelle GL: Diese Schnittstelle beinhaltet die Schnittstellen zu allen unterstützen OpenGL-C- Funktinen. Eine fertige Instanz der Klasse erhält im man Prgramm stets vn einem GLAutDrawable. - Klasse Animatr bzw. FPSAnimatr: Stellt einen Thread bereit, der in bestimmten Abständen die Display-Funktin des Prgramms aufruft um Animatinen zu erzeugen. Der nrmale Animatr macht nur eine kurze Pause zwischen den Frames, dem FPSAnimatr hingegen kann man eine Framerate vrgeben. Die Klasse Animatr ist wie später gezeigt wird nicht immer geeignet. Seite 7

8 Java Binding fr the OpenGL API WS 2008/ Klasse GLCanvas: Die Klasse ist Subklasse des nrmalen Canvas und stellt einen Rendering Kntext bereit, d.h. eine Fläche zum Zeichnen der OpenGL-Szene. Sie wird wie jede andere Swing- der AWT-Kmpnente eingesetzt. - Klasse GLJPanel: Diese Klasse ist Subklasse vn JPanel und bietet dieselbe Funktinalität wie ein GLCanvas. Jedch erreicht ein GLJPanel nicht dieselbe Perfrmance wie ein GLCanvas. - Klasse GLU: Stellt die bekannten Funktinen der GLU-Biblithek bereit. Während man vn der Klasse GL wie bereits erwähnt autmatisch eine Instanz erhält, muss GLU speziell instanziiert werden um genutzt zu werden. Näheres im Tutrial. - Klasse GLUT: Stellt analg zu GLU die entsprechenden Funktinen der GLUT-Biblithek bereit. Zwar gibt es nch weitere interessante Klassen wie Texture der Screensht, diese sllen hier aber aus Zeitgründen nicht näher betrachtet werden. Sie würden das Tutrial außerdem unnötig aufblähen. Alle genannten Klassen sind wie vn Java gewhnt im dazugehörigen Javadc ausführlich beschrieben. Die Dateien sind ebenfalls auf der JOGL-Prjekt-Seite zum Dwnlad erhältlich. Erwähnenswert ist an dieser Stelle auch eine Erweiterung für die Sun Entwicklungsumgebung NetBeans, nämlich das NetBeans-OpenGL-Pack ( das JOGL direkt in die Entwicklungsumgebung integriert und unter anderem einen Shader-Editr bietet. Seite 8

9 Java Binding fr the OpenGL API WS 2008/ Installatin vn JOGL Um JOGL nutzen zu können muss selbstverständlich, falls nch nicht geschehen, zunächst eine Java-Distributin installiert sein. JOGL erfrdert mindestens das Java 2 SDK Versin 1.4, besser natürlich die aktuellste Versin. Das Java SDK ist erhältlich unter Jetzt lädt man sich unter die aktuellste Versin vn JOGL für sein Betriebssystem herunter. Im Mment ist das die Versin 1.1.2, zu finden unter dem Link Current Nightly Builds. Ich werde an dieser Stelle nur auf die Installatin unter Windws XP eingehen. Hat man das Archiv heruntergeladen, entpackt man es in einen beliebigen Ordner auf der Festplatte. Danach muss das Unterverzeichnis /lib in die Umgebungsvariable PATH des Betriebssystems aufgenmmen werden.. WICHTIG: Wenn man nicht nur in einer Entwicklungsumgebung wie Eclipse arbeitet sndern auch auf der Kmmandzeile JOGL-Prgramme kmpilieren will, müssen die vllständigen Pfade zu jgl.jar und gluegen-rt.jar zusätzlich in die Umgebungsvariable CLASSPATH aufgenmmen werden. Im Anschluss muss der Rechner neu gestartet werden. Zusammengefasst: 1. Aktuelle Java-SDK installieren, mindestens Versin Aktuelle JOGL-Versin herunterladen und auf die Festplatte entpacken 3. Pfad zum Unterverzeichnis /lib zur Umgebungsvariable PATH hinzufügen 4. Optinal die vllständigen Pfade zu jgl.jar und gluegen-rt.jar zur Umgebungs-variable CLASSPATH hinzufügen, um auf der Kmmandzeile kmpilieren zu können. 5. Rechner neu starten Seite 9

10 Java Binding fr the OpenGL API WS 2008/ Screenshts zur Einrichtung der Umgebungsvariablen: Arbeitsplatz Eigenschaften Erweitert Umgebungvariablen Systemvariable auswählen und auf Bearbeiten klicken Sllte die Umgebungsvarible CLASSPATH nicht existieren kann sie mit einem Klick auf Neu einfach erstellt werden. Nicht vergessen: Rechner neu starten, snst werden die Änderungen an den Umgebungsvariablen nicht wirksam!! Seite 10

11 Java Binding fr the OpenGL API WS 2008/ Tutrial in Eclipse Wir wllen nun Schritt für Schritt ein JOGL-Prgramm in der Entwicklungsumgebung Eclipse erstellen und es mit allen grundlegenden Funktinen vn OpenGL austatten. Das fertige Prgramm sll die Achsen des Krdinatensystems darstellen swie einen Würfel im Zentrum, der auf Kmmand ein- und ausgeblendet swie in einer Animatin gedreht werden kann. Ich benutze dabei die Eclipse-Versin (Englisch) und die JOGL-Versin unter Windws XP. 4.1 Neues Prjekt anlegen Wir erzeugen zunächst ein neues Java-Prjekt auf herkömmliche Art und Weise. Ich nenne das Prjekt JOGL Tutrial. Ist dies geschehen klickt man mit der rechten Maustaste auf das Prjekt und wählt unter Build Path den Punkt Cnfigure Buildpath aus. Nun fügt man unter dem Punkt Libraries mit der Schaltfläche Add external JARs die beiden Dateien jgl.jar und gluegen-rt.jar aus dem JOGL- Verzeichnis dem Prjekt hinzu und bestätigt mit OK. Seite 11

12 Java Binding fr the OpenGL API WS 2008/ Ein Swing-Fenster erzeugen Wir wllen nun ein nrmales Swing-Fenster für unsere Anwendung erzeugen, in dem später unsere Szene dargestellt werden kann. Dazu erstellen wir in unserem Prjekt eine neue Klasse MyWindw, die die Klasse javax.swing.jframe erweitert. Die Klasse sll außerdem eine main -Funktin bekmmen, um das Prgramm später zu starten. Anschließend können wir beginnen unser Fenster mit Leben zu füllen. Wir erstellen einen parameterlsen Knstruktr in dem wir die Größe, den Titel swie die Exit- Funktin zum Beenden festlegen. Außerdem rufen wir bereits im Knstruktr die Funktin setvisible auf, um das Fenster sfrt anzuzeigen. Dadurch reicht es zum starten aus, in der Main-Funktin mit new MyWindw() eine annyme Instanz zu erzeugen. Seite 12

13 Java Binding fr the OpenGL API WS 2008/2009 Das Prgramm ließe sich jetzt bereits starten, allerdings fehlt nch etwas Grundlegendes, nämlich die Zeichenfläche. Wir verwenden dazu ein Objekt der Klasse GLCanvas, welches wir gleich glbal definieren, um später in anderen Funktinen darauf zugreifen zu können. Alternativ könnte man auch die Klasse GLJPanel benutzen. Diese sllte aus Kmpatibilitätsgründen sgar benutzt werden, falls das Fenster nch weitere Swing-Kmpnenten enthält. Da dies hier allerdings nicht der Fall ist wählen wir die leistungsfähigere GLCanvas. Der Cde müsste nun ungefähr s aussehen: package jgl; imprt javax.media.pengl.glcanvas; imprt javax.swing.jframe; public class MyWindw extends JFrame { private GLCanvas canvas; private MyWindw() { super(); settitle("jogl Tutrial"); setdefaultclseoperatin(exit_on_close); setsize(640, 480); canvas = new GLCanvas(); add(canvas); setvisible(true); public static vid main(string[] args) { new MyWindw(); Startet man nun das Prgramm erscheint ein neues Fenster mit der Größe 640 x 480 das nur eine leere schwarze Fläche, nämlich den GLCanvas, enthält. Um zeichnen zu können fügen wir deshalb im nächsten Schritt einen GLEventListener hinzu. Seite 13

14 Java Binding fr the OpenGL API WS 2008/ Einen GLEventListener implementieren Um die GLCanvas nutzen zu können benötigen wir einen GLEventListener. Wie bereits erwähnt enthält dieser die für OpenGL charakteristischen Callback-Methden init, reshape und display. Außerdem die Methde displaychanged, die hier allerdings nicht benutzt wird. Dadurch wird es erst möglich, etwas zu zeichnen. GLEventListener ist ein Interface, es würde als genügen unsere Klasse MyWindw dieses Interface implementieren zu lassen und dessen Funktinen zu überschreiben. Der Übersicht zuliebe erstellen wir aber eine Innere Klasse MyGLEventListener am Ende der vrhandenen Klasse. Der Cde dazu sieht flgendermaßen aus: private class MyGLEventListener implements GLEventListener { public vid displaychanged(glautdrawable drawable, blean mdechanged, blean devicechanged) { public vid init(glautdrawable drawable) { public vid reshape(glautdrawable drawable, int x, int y, int width, int height) { public vid display(glautdrawable drawable) { Dieser GLEventListener wird nun an das GLCanvas-Objekt angehängt und steuert vn da an sein Verhalten. Dies geschieht mit flgender Zeile, die wir einfach in den Knstruktr des Fensters einfügen: canvas.addgleventlistener(new MyGLEventListener()); Im Gegensatz zu einem C-Prgramm muss man dem Prgramm nun nicht mehr explizit die charakteristischen Funktinen vrgeben, die geschieht autmatisch durch den GLEventListener. Wir können nun mit dem Zeichnen beginnen. Seite 14

15 Java Binding fr the OpenGL API WS 2008/ Ein Krdinatensystem zeichnen Wie bereits angekündigt wllen wir zunächst die Achsen des Krdinatensystems in die Szene einzeichnen. Dazu müssen zunächst die Funktin init und reshape ausfüllen, denn init wird beim erstellen des Fensters aufgerufen und reshape bei jeder Größen- der Psitinsänderung. Wir verwenden die flgenden, bereits aus den Vrlesungen bekannten Befehle: public vid init(glautdrawable drawable) { GL gl = drawable.getgl(); gl.glclearclr(0, 0, 0, 0); gl.glenable(gl.gl_depth_test); gl.glcleardepth(1.0); gl.gldepthfunc(gl.gl_less); public vid reshape(glautdrawable drawable, int x, int y, int width, int height) { GL gl = drawable.getgl(); GLU glu = new GLU(); gl.glviewprt(x, y, width, height); gl.glmatrixmde(gl.gl_projection); gl.glladidentity(); if (width <= height) gl.glorth(-2, 2, -2 * ((duble) height) / (duble) width, 2 * ((duble) height) / (duble) width, -5, 5); else gl.glorth(-2 * (duble) width / ((duble) height), 2 * (duble) width / ((duble) height), -2, 2, -5, 5); gl.glmatrixmde(gl.gl_modelview); gl.glladidentity(); glu.glulkat(0.5, 0.5, 0.5, 0, 0, 0, 0, 1, 0); Zu Beginn jeder Funktin hlt man sich vm GLEventListener ein GL-Objekt für den Rendering-Kntext. Sllten außerdem Objekte aus GLU der GLUT benötigt werden, können die beiden Klasse einfach instanziiert werden, wie in der Funktin reshape zu sehen. Wir löschen in der Funktin init zunächst den Farb-Puffer und schalten den Tiefen- Test ein, da wir in 3D zeichnen wllen. In der Funktin reshape legen wir den Viewprt und das Viewing-Vlumen fest, stellen die Art der Prjektin ein und bestimmen den Betrachtungswinkel der Kamera mit glulkat. Diese Funktinen dürften nicht neu sein. Seite 15

16 Java Binding fr the OpenGL API WS 2008/2009 Nun flgt die Funktin display, in der das Krdinatensystem gezeichnet wird: public vid display(glautdrawable drawable) { GL gl = drawable.getgl(); gl.glclear(gl.gl_color_buffer_bit GL.GL_DEPTH_BUFFER_BIT); GLUT glut = new GLUT(); gl.glclr3f(1.0f, 0.5f, 0.0f); // ORANGE fr(int i = 0; i < 6; i++) { gl.glpushmatrix(); if (i < 4) gl.glrtatef(i * 90.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f); if (i == 4) gl.glrtatef(90.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f); if (i == 5) gl.glrtatef(90.0f,-1.0f, 0.0f, 0.0f); gl.gltranslatef(0.0f, 0.0f, 1.5f); gl.glbegin(gl.gl_lines); { gl.glvertex3f( 0.0f, 0.0f, 0.0f); gl.glvertex3f( 0.0f, 0.0f,-1.5f); gl.glend(); glut.glutwirecne(0.05f, 0.25f, 10, 5); gl.glrasterps3f(-0.1f, 0.1f, 0.4f); switch (i) { case 0: drawtext("z"); break; case 1: drawtext("x"); break; case 2: drawtext("-z"); break; case 3: drawtext("-x"); break; case 4: drawtext("-y"); break; case 5: drawtext("y"); break; gl.glppmatrix(); private vid drawtext(string text) { GLUT glut = new GLUT(); fr(int i = 0; i < text.length(); i++) glut.glutbitmapcharacter(glut.bitmap_9_by_15, text.charat(i)); Auch hier wird zunächst ein Objekt der Klasse GL gehlt. Danach werden wie schn bekannt die Puffer initialisiert. Außerdem erzeugen wir uns ein GLUT-Objekt und stellen die Zeichenfarbe auf range ein. Jetzt wird sechs mal eine Linie (Verfahren ist bekannt) mit einer Pfeilspitze (glutwirecne aus der GLUT) gezeichnet, mit einer Beschriftung versehen, aus dem Ursprung herausgeschben und dann in die entsprechende Richtung gedreht. GLPushMatrix und GLPpMatrix werden eingesetzt, damit sich die Translatinen und Drehungen nur jeweils auf den aktuellen Pfeil auswirken. Die Hilfsfunktin drawtext zeichnet Buchstaben in die Szene ein mit Hilfe einer GLUT-Funktin. Die Funktin glrasterps3f bestimmt dabei die Psitin des Textes in Abhängigkeit vn der letzten Stelle an der gezeichnet wurde. Seite 16

17 Java Binding fr the OpenGL API WS 2008/2009 Es müsste sich nach dem Starten des Prgramms flgendes Fenster öffnen: Und schn haben wir unsere erste OpenGL-Szene erstellt. Das Fenster kann nun dank der Funktin reshape beliebig verschben und in der Größe geändert werden, hne das das Bild zu verzerren. Im nächsten Abschnitt wllen wir das Prgramm jetzt dahingehend erweitern, das im Ursprung ein Würfel angezeigt wird, der mit einem Tastendruck aus- und wieder eingeblendet werden kann. Seite 17

18 Java Binding fr the OpenGL API WS 2008/ Tastatur-Ereignisse verarbeiten Unser Prgramm sll nun auf Tastatureingaben reagieren und einen Würfel im Ursprung aus- und wieder einblenden können. Dazu benötigen wir wie aus Java bekannt einen KeyListener. Wir erstellen dazu wiederum eine innere Klasse mit Namen MyKeyListener, die das Interface KeyListener implementiert. private class MyKeyListener implements KeyListener { public vid keypressed(keyevent e) { public vid keyreleased(keyevent e) { public vid keytyped(keyevent e) { switch (e.getkeychar()) { case 0x1B: System.exit(0); break; case 0x20: shwcube =!shwcube; canvas.display(); break; default: break; Es sll flgende Eingabemöglichkeiten geben: - Escape-Taste (Hexcde 1B): Prgramm beenden - Leertaste (Hexcde 20): Würfel ein- und ausblenden Das Ein- und Ausblenden des Würfels wird über eine glbale, Ble sche, mit false initialisierte Variable shwcube realisiert. Dazu wird die Funktin display des GLEventListeners wie flgt ergänzt und bei jedem Druck auf die Leertaste erneut aufgerufen (Die Funktin canvas.display() ruft die display -Funktin des angehängten GLEventListeners auf): if (shwcube) { gl.glclr3f(1.0f, 1.0f, 1.0f); glut.glutwirecube(0.8f); // WEISS Seite 18

19 Java Binding fr the OpenGL API WS 2008/2009 Der KeyListener muss jetzt nur nch mit dem Fenster verknüpft werden. Dazu wird er aber nicht etwa wie gewhnt an den JFrame der die GLCanvas angehängt, sndern an der Rendering-Kntext vn OpenGL, als das Objekt der Klasse GLAutDrawable in der Funktin init des GLEventListeners. Die Funktin wird um diese Zeile ergänzt: drawable.addkeylistener(new MyKeyListener()); Jetzt kann das Prgramm gestartet werden. Nach einem Klick auf das Zeichenfeld kann mit der Leertaste ein Würfel eingeblendet und mit Escape das Prgramm beendet werden. Das entstandene Bild sieht durch den unglücklich gewählten Blickwinkel allerdings nicht sehr dreidimensinal aus. Dies wllen wir im nächsten Kapitel ändern, in dem wir mit der Maus die Szene drehen. Seite 19

20 Java Binding fr the OpenGL API WS 2008/ Maus-Ereignisse verarbeiten Es sll nun ermöglicht werden, mit der Maus die Szene zu drehen. Dazu benötigen wir diesmal zwei Listener, nämlich einen MuseListener zur Überwachung der Tasten und einen MuseMtinListener um auf Ziehen zu testen. Sie werden genau wie der KeyListener an das GLAutDrawable-Objekt angehängt. Ihr Cde sieht s aus: private class MyMuseMtinListener implements MuseMtinListener { public vid musedragged(museevent e) { int x = e.getx(); int y = e.gety(); viewrty = ((x - dragstartx) / (flat) getwidth()) * 360.0f; viewrtx = ((y - dragstarty) / (flat) getheight()) * 360.0f; dragstartx = e.getx(); dragstarty = e.gety(); canvas.display(); public vid musemved(museevent arg0) { private class MyMuseListener implements MuseListener { public vid museclicked(museevent arg0) { public vid museentered(museevent arg0) { public vid museexited(museevent arg0) { public vid musepressed(museevent e) { dragstartx = e.getx(); dragstarty = e.gety(); public vid musereleased(museevent arg0) { Die Variablen viewrtx/y (Flat) und dragstartx/y (Integer) müssen glbal definiert und mit 0 initialisiert werden. In der display -Funktin fügt man jetzt VOR dem Zeichnen der Objekte flgendes ein: gl.glrtatef(viewrtx, 1.0f, 0.0f, 0.0f); gl.glrtatef(viewrty, 0.0f, 1.0f, 0.0f); Damit wird die gesamte Szene gedreht und währenddessen ständig neu gezeichnet. Seite 20

21 Java Binding fr the OpenGL API WS 2008/ Animatin hinzufügen Als Abschluss des Tutrials sll sich der Würfel in einer Animatin um die Y-Achse drehen. Dazu gibt es zwei Möglichkeiten. Zum einen könnte man die JOGL-Klassen Animatr der FPSAnimatr benutzen, die die display -Funktin ständig neu aufrufen. Diese sind allerdings nur in einfachen Fällen geeignet, da man in dem Thread nichts anderes ausführen kann, wie zum Beispiel Frames zählen. Deshalb schreiben wir unseren eigenen Animatins-Thread, der wie flgt aussieht: private class AnimatinThread extends Thread { private int fps; public AnimatinThread(int fps) { super(); this.fps = fps; public vid run() { while (animatin) { viewrtx = 0; viewrty = 0; cubert += 1.0f; try { sleep(1000 / fps); catch (Exceptin e) {; canvas.display(); Er bildet im Prinzip genau den FPSAnimatr vn JOGL nach, nur dass man die drei Wertzuweisungen in der display -Funktin machen müsste. Bei manchen Operatinen ist dies allerdings nicht möglich. In unserem Fall würde die Variable cubert, die die Drehung des Würfels bestimmt, auch beim Ändern des Betrachtungswinkels hchgezählt. Oder will man zum Beispiel die Frames mitzählen um den FPSAnimatr zu testen kann man dies nicht in der display -Funktin tun, denn diese wird auch beim Ziehen der Maus aufgerufen. Es empfiehlt sich daher eigene Threads zu benutzen, da sie einfacher zu erweitern sind. Seite 21

22 Java Binding fr the OpenGL API WS 2008/2009 Für die Animatin muss aber nch mehr Cde geschrieben werden. Es muss eine glbale Ble sche Variable animatin geben, um den Thread stppen zu können. Außerdem muss der KeyListener ergänzt werden: case 0x0A: if (!animatin) { animatin = true; new AnimatinThread(50).start(); else { animatin = false; break; Hier wird beim Drücken der Eingabetaste die Variable animatin geändert und ggf. ein AnimatinThread mit einer bestimmten Framerate gestartet. Des Weiteren muss die display -Funktin angepasst werden: public vid display(glautdrawable drawable) { GL gl = drawable.getgl(); gl.glclear(gl.gl_color_buffer_bit GL.GL_DEPTH_BUFFER_BIT); GLUT glut = new GLUT(); gl.glrtatef(viewrtx, 1.0f, 0.0f, 0.0f); gl.glrtatef(viewrty, 0.0f, 1.0f, 0.0f); gl.glclr3f(1.0f, 0.5f, 0.0f); // ORANGE fr(int i = 0; i < 6; i++) { gl.glpushmatrix(); if (i < 4) gl.glrtatef(i * 90.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f); if (i == 4) gl.glrtatef(90.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f); if (i == 5) gl.glrtatef(90.0f,-1.0f, 0.0f, 0.0f); gl.gltranslatef(0.0f, 0.0f, 1.5f); gl.glbegin(gl.gl_lines); { gl.glvertex3f( 0.0f, 0.0f, 0.0f); gl.glvertex3f( 0.0f, 0.0f,-1.5f); gl.glend(); glut.glutwirecne(0.05f, 0.25f, 10, 5); gl.glrasterps3f(-0.1f, 0.1f, 0.4f); switch (i) { case 0: drawtext("z"); break; case 1: drawtext("x"); break; case 2: drawtext("-z"); break; case 3: drawtext("-x"); break; case 4: drawtext("-y"); break; case 5: drawtext("y"); break; gl.glppmatrix(); if (shwcube) { gl.glpushmatrix(); gl.glclr3f(1.0f, 1.0f, 1.0f); // WEISS gl.glrtatef(cubert, 0.0f, 1.0f, 0.0f); glut.glutwirecube(0.8f); gl.glppmatrix(); Seite 22

23 Java Binding fr the OpenGL API WS 2008/2009 Wie man sieht wird der Würfel jetzt nch um den Wert cubert gedreht, welcher glbal sein muss und in dem AnimatinThread hchgezählt wird. Ausserdem wird das Zeichnen des Würfels jetzt auch vn glpushmatrix und glppmatrix eingeschlssen, das sich die glrtate-funktinen snst gegenseitig beeinflussen würden. Damit sind wir bereits am Ende des Tutrials angelangt und haben smit alle grundlegenden Funktinen für die JOGL-Prgrammierung kennengelernt. Seite 23

24 Java Binding fr the OpenGL API WS 2008/ Eigenes Beispiel: ASURO-Rbter Um eine praktische Anwendung zu zeigen, habe nch ein etwas kmplexeres Beispiel kreiert. Es handelt sich um eine Simulatin eines ASURO-Rbters, der einer Linie hinterherfährt. Der ASURO ist ein etwa 10cm langer, frei prgrammierbarer Experimentier-Rbter, der über zwei Mtren und diverse Sensren und LEDs verfügt. Darunter auch zwei Helligkeitssensren an der Unterseite, die es ihm ermöglichen, bei entsprechender Prgrammierung einer Linie zu flgen. Mein Beispielprgramm erzeugt nach Benutzervrgaben eine Linie auf einem Untergrund, der der ASURO animiert flgt, inklusive leuchtender LEDs, beweglichem Schalter und drehenden Zahn- und Antriebsrädern. Die Linie kann zufällig verlaufen, Zickzackförmig, Sinusförmig der gerade. Der Benutzer kann zwischen den einzelnen Mdi per Taste wählen. Das Prgramm beinhaltet außerdem alle Funktinen des Tutrials und hat insgesamt circa 850 Zeilen inklusive Kmmentaren. Es liegt dieser Ausarbeitung bei und kann einfach in Eclipse imprtiert werden, vrausgesetzt JOGL ist installiert. Flgende Aktinen sind möglich: - Tasten 1 4 : Art der Linie ändern (Gerade, Zufällig, Zickzack der Sinus) - Taste a : Krdinatensystem aus- und einblenden - Taste f : Fußbden aus- und einblenden - Taste r : Rbter aus- und einblenden - Leertaste: Ansicht zurücksetzen - Eingabetaste: Animatin starten und stppen - Escape: Prgramm beenden Mit der Maus kann der Blickwinkel geändert werden. Statt zu Simulieren könnte man das Prgramm auch mit echten Daten füttern, leider hat dafür aber die Zeit nicht gereicht. Seite 24

25 Java Binding fr the OpenGL API WS 2008/ Fazit Mir hat die Arbeit mit JOGL viel Spaß gemacht. Wenn man bereits in C OpenGL- Anwendungen geschrieben hat, ist es ein Leichtes sich auf JOGL umzustellen und man findet schnell Gefallen an den Vrteilen vn Java. Bei der Prgrammierung sind keine nennenswerten Schwierigkeiten aufgetreten und alles hat wie beschrieben funktiniert. Gerne wäre ich nch auf Texturen und Materialien eingegangen, aber leider haben Zeit und Umfang der Ausarbeitung das verhindert. Ich kann aber jedem nur empfehlen sich mit JOGL zu beschäftigen. Es gibt im Internet genug Beispiele und Tutrials, damit auch Anfänger schnell einen Einstieg finden. 7. Quellen JOGL Javadc JOGL Userguide Offizielle Prjekt-Seite JOGL bei Wikipedia Inf-Seite mit Tutrial Die beste Bildersuchmaschine Beschreibung der JOGL API Installatinshinweise und Einführung Seite 25