Computergrafik II. OpenGL Einführung

Transkript

1 Computergrafik II OpenGL Einführung

2 OpenGL Rein prozedurales Interface Keine direkten Klassen/Objekte Verwaltung von OpenGL-Strukturen mittels Identifier Explizites funktionales Erzeugen/Löschen von Objekten Direkte Abbildung einer Zustandsmaschine Ändern des Zustands durch bestimmte Funktionen Beispiel: glbindbuffer(gl_array_buffer, ID); Beeinflussung des Verhaltens von Funktionen durch den Zustand Beispiel: glbufferdata(gl_array_buffer, ); Steuerung von Drawcalls, An-/Abschaltung von GPU-Funktionen, Optimierungen, usw. Beispiel: glenable(gl_cull_face);

3 OpenGL Jeder Grafikkartenhersteller liefert eigene Implementierung Funktionen können nicht beim Kompilieren fest verlinkt werden Dynamisches Laden sämtlicher Funktionspointer vor Verwendung Jede einzelne verwendete Funktion muss eigens definiert und mittels des Befehls wglgetprocaddress gebunden werden. Extensions müssen erst auf Existenz überprüft werden und dürfen erst dann gebunden werden. LANGWEILIG!!! Benutzen Loader-Library GLEW Alle vorhandenen Core-Funktionen und Extensions werden automatisch geladen Simple Überprüfung auf Unterstützes Feature Level und spezifische Extensions

4 Initialisierung mit FREEGLUT/GLEW glutinit(int argc, char **argv); Allgemeine Initialisierung, übergibt Parameter der Programm-Main- Funktion glutinitwindowsize(int x, int y); Setzt die Größe des später erzeugten Fensters glutinitcontextflags(int flags); Konfiguration von Eigenschaften des erzeugten OpenGL-Kontexts glutinitcontextversion(int majorversion, int minorversion); Erwartete OpenGL-Feature-Version glutinitcontextprofile(int profile); Compatiblity-Modus zur Verwendung von auf dem erwarteten Feature-Level bereits entfernter Funktionalität, Core-Modus sonst

5 Initialisierung mit FREEGLUT/GLEW glutcreatewindow(const char *title); Erstellt ein Fenster mit einem OpenGL-Kontext und den vorher definierten Eigenschaften glutdisplayfunc(void (*callback)()) Legt die bei jeder Aktualisierung des Fensters aufgerufene Renderfunktion fest Freeglut liefert manche Core-Funktionen und Extensions nicht Benutzen weitere Bibliothek, um alle Funktionen zu erhalten glewinit(); Initialisiert alle vorhanden OpenGL-Funktionen

6 Initialisierung mit FREEGLUT/GLEW Freeglut zeichnet das Fenster nur neu, wenn benötigt (Interaktionen, Größenveränderungen, Minimierung/Maximierung, usw.) Schlecht für Geschwindigkeitstests, müssen so viele Renderschleifen wie möglich durchlaufen (= viele Bilder pro Sekunde) Daher: TRICK 17 Freeglut zwingen die Renderschleife ständig aufzurufen: Erzeugen Funktion, welche glutpostredisplay ausführt Setzen diese als Leerlauffunktion für Freeglut: glutidlefunc(name)

7 Double Buffering Double-Buffering: Fenster Rendern Framebuffer 1 Framebuffer 2 Anzeigen Nach Fertigstellung des Einzelbilds Austauschen der Puffer Explizit durch den Programmierer, hier glutswapbuffers(); Fakt am Rande: Wenn Austausch erfolgt, während der Bildschirm gerade Aktualisiert Bildverzerrung (Screen Tearing) möglich Beseitigung durch Warten bis Bildschirmaktualisierung fertig (Vsync)

8 Initialisierung mit FREEGLUT/GLEW Finale Anweisung: glutmainloop(); Startet eine Program-Endlosschleife (Event Loop) Windows-Messages (u.a. User-Interaktionen) werden abgearbeitet Der Fensterinhalt wird wiederholt neu gezeichnet Endet wenn das Fenster geschlossen wird (User oder programmatisch)

9 Rendern mit OpenGL Am Anfang war der Bildpuffer (Framebuffer) wüst und clear glclear(glbitfield mask); Vor jedem Einzelbildrendering: Initialisierung der beschriebenen Speicherbereiche mit einem Standardwert (Farbe, Tiefe) mask gibt an, welche Puffer geleert werden sollen (oder-verknüpfte Flags), bspw. GL_COLOR_BUFFER_BIT GL_DEPTH_BUFFER_BIT Verwendet werden vorher eingestellte Farben: glclearcolor(glclampf red, GLclampf green, GLclampf blue, GLclampf alpha); glcleardepth(glclampd depth);

10 Vertexarrays als Zustandsspeicher glgenvertexarrays(glsizei n, GLuint *arrays); glbindvertexarray(gluint array); Erzeugt und aktiviert ein Vertex-Array-Objekt Alle mit Vertex-Attributen und bestimmten weiteren Puffern zusammenhängenden Zustände werden fortan in diesem gespeichert Schnelles Wechseln zwischen verschiedenen gebundenen Puffern, Attribut-Pointern, Indexmengen, usw. Semantische Kapselung zusammenhängender Objekte (Modelle) Nur ein Vertex-Array ist immer aktiv Aktivierung von anderem Vertex-Array deaktiviert das aktuelle, damit alle zugehörigen Zustände

11 Vertexarrays als Zustandsspeicher glgenbuffers(glsizei n, GLuint *buffers); Erzeugt arbiträres GPU-Speicherobjekt, kann beliebige Daten puffern glbindbuffer(glenum target, GLuint buffer); Bindet den Puffer an ein verfügbares Attachment (target), bspw. GL_ARRAY_BUFFER (Vertex-Attribute) oder GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER (Indexmengen) glbufferdata(glenum target, GLsizeiptr size, const void *data, GLenum usage); Läd beliebige Daten mit Bytelänge size an der Stelle data aus dem Speicher in den Puffer, welcher an target vorher angehangen wurde usage gibt OpenGL einen Hinweis auf die geplante Verwendung, garantiert jedoch keine Optimierung WICHTIG: Die Daten werden von OpenGL verwaltet, es gibt keine Garantie, dass diese immer im GPU-Speicher liegen

12 Vertex-Attribute Vertex-Attribute werden durch Puffer am GL_ARRAY_BUFFER Attachment definiert glvertexattribpointer(gluint index, GLint size, GLenum type, GLboolean normalized, GLsizei stride, const void *pointer) glenablevertexattribarray(gluint index); Weist dem gerade an GL_ARRAY_BUFFER gebundenen Puffer einen Attributsindex zu, definiert seinen Datentyp und aktiviert das Attribut Damit nutzbar als Input für den Vertex-Shader WICHTIG: Dimension mit size angeben (bspw. 3 Elemente für Positionen, etc.)

13 Rendercalls von Arrays und Indexmengen gldrawarrays(glenum mode, GLint first, GLsizei count); Interpretiert alle aktivierten Vertex-Arrays als Gruppierung von Primitiven (bspw. immer 3 aufeinanderfolgende für ein Dreiecke) gldrawelements(glenum mode, GLsizei count, GLenum type, const void *indices); Indexmengen werden entweder direkt beim Rendercall (indices) übergeben oder an das GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER Attachment angehangen (wieder nur einer gleichzeitig) Aktivierung nicht notwendig, gldrawelements interpretiert den Puffer an diesem Attachment gemäß des Parameters type

14 Bildraum (Screenspace) Von OpenGL verwendeter Bildraum verläuft in allen Koordinatenachsen von -1 bis 1 z 1 Rasterisierer erwartet die zugewiesene Geometrie in diesem Bereich Alles andere wird abgeschnitten x-y-ausdehnung entspricht der Bildfläche des Fensters -1 y -1 1 x 1-1