Introducció

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1. Historia

OpenGL es un estándar sobre gráficos por computadora. Hoy día

es uno de los estándares gráficos más conocido del mundo.

En 1982 nació en la Universidad de Standford el concepto de

"graphics machine" y éste fue utilizado por Silicon Graphics

Corporation en su propia estación Silicon IRIS para crear un

renderizador. Así nació la librería IRIS GL.

A raíz de esto, en 1992 muchas empresas del hardware y software

se pusieron de acuerdo para desarrollar conjuntamente una

librería gráfica libre: OpenGL.

Entre estas empresas destacaban Silicon Graphics Inc., Microsoft,

IBM Corporation, Sun Microsystems, Digital Equipment

Corporation (DEC), Hewlett-Packard Corporation, Intel e

Intergraph Corporation. Así nacio OpenGL (Open Graphics

Library). 1

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1. Historia

Fue importante para el despegue definitivo de OpenGL

la elección de John Carmack para realizar el juego

Quake con esta API gráfica, marcando un precedente

innegable, con OpenGL era más sencillo y eficaz la

realización de programas 3D (1996).

Para elegir entre DirectX (3.0/3.0a) y OpenGL realizó

un pequeño ejemplo de Lens Flare (brillo sobre las

lentes), con OpenGL escribió unas 30 líneas de código

mientras que en DirectX escribió unas 300 líneas de

código, además el efecto era mejor y más rápido en

OpenGL que en DirectX, por tanto su elección fue

clara.2

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1. Historia

Efecto de Lens Flare

3

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2. Uso del OpenGL

DirectX -> Windows

OpenGL -> Windows, Linux, Mac (unix)

• Drivers optimizado para el hardware

XBox 360 -> DirectX

Wii -> OpenGL

Playstation 3 -> OpenGL

resto de consolas -> OpenGL

4

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2. Uso del OpenGL

Portabilidad: Si nos guiamos por la portabilidad,

DirectX difícilmente supere a OpenGL, dada su gran

dependencia con Windows y sus componentes. Fuera

de este sistema operativo, solamente se encuentra

implementada en la consola Xbox. En cambio,

OpenGL es compatible no sólo con Windows, sino

que se utiliza en sistemas Unix, Linux, Mac y hasta en

consolas como PlayStation 3 y Nintendo Wii. En

resumen: exceptuando Windows y Xbox, todos los

sistemas que proveen soporte para aceleración 3D

han escogido a OpenGL para esa tarea. Por algo

será, ¿no?.5

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2. Uso del OpenGL

Facilidad de uso: En sus comienzos, varios programadores se

agarraban la cabeza cuando tenían que trabajar con DirectX, debido a lo

complejo de su utilización. Con el correr de las versiones, la balanza se

fue equilibrando y, hoy en día, a pesar de que sigue un paradigma

completamente distinto a OpenGL (inspirado en el modelo COM), ya no

es tan complicado de usar. Lenguajes como Visual Basic o Visual Basic

Script son un ejemplo de los que trabajan con este modelo. Por el lado

de OpenGL, al estar basado en el lenguaje de programación C, es

bastante más comprensible y puede ser adaptado a cualquier otro

lenguaje sin demasiadas complicaciones.

La diferencia principal es que DirectX es una API cuya plataforma se

basa en lo que el hardware es capaz de realizar, mientras que OpenGL

es un tanto más independiente. A su vez, de su implementación

depende la administración de los recursos, algo que en DirectX corre

por cuenta de la aplicación. Este detalle permite un desarrollo de

software más sencillo, pero es más propenso a sufrir los tan temidos

errores de programación (mejor conocidos como bugs). 6

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2. Uso del OpenGL

Performance: El rendimiento del software creado por medio de

una u otra API sigue siendo un parámetro muy debatido. Dado

que DirectX implementa los drivers a nivel del núcleo en el

sistema operativo y de nivel usuario con un runtime provisto por

Microsoft, existe la necesidad de hacer un cambio entre un modo

y otro en las llamadas a la API. Como consecuencia, la CPU

utiliza valiosos microsegundos en completar la operación,

quedando inutilizada para otra tarea. En cambio, OpenGL, a

través de una técnica conocida como marshalling, evita ese

inconveniente y obtiene una valiosa ventaja en la performance

final. A partir de Windows Vista, DirectX podrá sortear esta

deficiencia mediante este mismo procedimiento, ya que los

drivers estarán funcionando más a nivel de usuario que del

kernel del sistema operativo.

7

Introducció

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2. Uso del OpenGL

Extensibilidad: OpenGL incluye una propiedad que

le posibilita extender sus capacidades a través de un

driver, añadiendo nuevas funcionalidades. Pero esto

puede conducir a generar una gran cantidad de

variantes de la API, provocando cierta confusión entre

los programadores. Por el lado de DirectX, Microsoft

se encarga de mejorarla pero con menos regularidad.

No obstante, desde hace un par de años que las

actualizaciones aparecen cada vez más seguido.

Depende de la empresa conducida por Bill Gates la

incorporación de características en la API que

aprovechen las novedosas funciones de las GPU más

modernas. 8

Introducció

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2. Uso del OpenGL

Usuarios: La ventaja en el ámbito profesional está del lado de OpenGL.

Incluso la propia Microsoft admite la superioridad de ésta en estos

campos. De hecho, muchas de las placas profesionales sólo soportan

esta API, lo que es un decir. Los films animados por computadora son

desarrollados en base a OpenGL, dado su carácter de plataforma de

propósitos generales.

La situación cambia cuando lo miramos desde el punto de vista del

mercado de los videojuegos. DirectX no requiere de la implementación

completa que demanda OpenGL para funcionar (incluyo funciones no

soportadas por el hardware), por lo que se torna más sencillo de utilizar.

Para hacerlo simple, podemos decir que Direct3D es un acceso directo

de bajo nivel a los registros disponibles. Además, posee un mecanismo

que determina si una funcionalidad está o no presente en el dispositivo,

evitando la implementación obligatoria y dejando a elección del

diseñador del videojuego su incorporación en el software. Por este

detalle importante es que vemos muchos más juegos de ordenador

programados en DirectX que en OpenGL. 9

Introducció

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3. Requisitos para programar

con OpenGL

Windows, Linux, Unix, Mac OS, etc.

Un compilador de C (C++)

Las librerías de OpenGL:

• gl.h libería básica

• glu.h librería con utilidades básicas

• glut.h librería con utilidades avanzadas

• (para hacer menús y manejar el API de Windows)

10

Introducció

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3. Requisitos para programar

con OpenGL

Para emplear OpenGL con Visual Studio

.NET 2002, necesitamos:• Instalar el compilador completo (se pueden omitir

los lenguajes Visual Basic y VC#)

• Para emplear la GLUT, necesitamos

• glut.h

• glut.lib, glut32.lib

• glut.dll, glut32.dll

11

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3. Requisitos para programar

con OpenGL

Direcciones web importantes:

• www.opengl.org

• nehe.gamedev.net

• www.gamedev.net

• glew.sourceforge.net

12

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4. Funcionalidad Extra

Extensiones

Son muy variadas y de diversa aplicación.

Desarrolladas por fabricantes de hardware: permiten

utilizar innovaciones introducidas en el hardware

gráfico manteniendo simplicidad de programación de

OpenGL.

Librería básica de OpenGL casi no varía de una

versión a otra: cambia las extensiones que soporta.

Tema importante: como incluirlas (existe una librería

llamada glew(http://glew.sourceforge.net/) que facilita

la carga de extensiones

Dependiendo de la extensión hay que crear nuevas

constantes, definir puteros nuevas funciones ... 13

Introducció

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14

OpenGL como máquina de

estados

OpenGL es un motor gráfico en modo inmediato o interpretado: los

objetos se envían al motor gráfico como órdenes que tienen un efecto

inmediato. No hay una estructura completa de la escena

Es una máquina de estados: se especifica un estado y todos los objetos

que se creen a partir de ese momento tienen en cuenta ese estado, hasta

que se cambie

¿Cómo funciona la máquina de estados?

1. Activar matriz de vista de modelo // La matriz activa es esta

2. Rotar alrededor de Z // Se acumula la rotación en la matriz

3. Fijar color rojo // Todo lo que se cree será de color rojo

4. Crear vértice 1 // Crear los vértices 1 y 2, en color rojo, y

5. Crear vértice 2 // con la rotación dada

6. Trasladar a (x,y,z) // Se acumula la traslación

7. Crear vértice 3 // Crear vértice 3, rotado, trasladado y rojo

8. Fijar color verde // Ahora todo lo que se cree será verde

9. Crear vértice 4 // Crear vértice 4, rotado, trasladado y verde….

10. Dibujar // Dibujar todos los vértices creados, cada

// uno con su color y transformación

Introducció

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5. Sintaxis de OpenGL

Funciones con prefijo gl

Constantes con prefijo GL_

Algunas funciones con sufijo

• Número y tipo de parámetros

•glColor3f(1.23, 2.12, 4.08);•glVertex3i(1, 1, 1);

15

Introducció

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6. Tipos de datos

16

Sufijo Tipos de Datos Definición en C Definición en OpenGL

b Entero 8 bits signed char GLbyte

s

i

Entero 16 bits

Entero 32 bits

short

int

Glshort

GLint, GLsizei

f Real 32 bits float GLfloat, GLclampf

d Real 64 bits double GLdouble

ub Entero positivo 8 bits unsigned char GLubyte. GLboolean

us Entero positivo 16 bits unsigned short GLushort

ui Entero positivo 32 bits unsigned long GLuint, GLenum,

GLbitfield

Introducció

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6. Tipos de Datos

Son equivalentes:

• glVertex2i(1, 3);

• glVertex2f(1.0, 3.0);

Son equivalentes:

• glColor3f (1.0, 1.0, 1.0);

• float color_array[] = {1.0, 1.0, 1.0};

• glColor3fv (color_array);17

Introducció

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7. Ejemplo de programa OpenGL

main ()

{

AbrirVentana();

glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 0.0);

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

glColor3f (1.0, 1.0, 1.0);

glOrtho(-1.0, 1.0, -1.0, 1.0, -1.0, 1.0);

glBegin(GL_POLYGON);

glVertex2f (-0.5, -0.5);

glVertex2f (-0.5, 0.5);

glVertex2f ( 0.5, 0.5);

glVertex2f ( 0.5, -0.5);

glEnd();

glFlush();

}18

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8. Primitivas Gráficas

Se construyen con:

• glBegin(GLenum mode)

• Lista de vértices

• glEnd()

Algunas estructuras requieren de un

único par glBegin()-glEnd(), y otras

requieren de varios.

Podemos encontrar 10 tipos de primitivas

en OpenGL19

Introducció

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8. Primitivas Gráficas

Las primitivas gráficas (valores de mode)

son: GL_POINTS

GL_LINES

GL_LINE_STRIP

GL_LINE_LOOP

GL_TRIANGLES

GL_TRIANGLE_TRIP

GL_QUADS

GL_QUAD_STRIP

GL_POLYGON

20

Introducció

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8. Primitivas Gráficas

Ejemplos

glBegin(mode);

•glVertex3f(x0,y0,z0);•glVertex3f(x1,y1,z1);•glVertex3f(x2,y2,z2);•glVertex3f(x3,y3,z3);

glEnd();

21

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8. Primitivas Gráficas

Puntos

Modificar el tamaño de los puntos:glPointSize(GLfloat tamaño)

• Obtener el rango de tamaños válidosglGetFloatv(GL_POINT_SIZE_RANGE, dimension)

• Obtener granularidadglGetFloatv(GL_POINT_SIZE_GRANULARITY, &salto)

Suavizado de puntos• para activarlo: glEnable(GL_POINT_SMOOTH)

• para desactivarlo: glDisable(GL_POINT_SMOOTH)

22

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8. Primitivas Gráficas

Líneas

Grosor de la línea• void glLineWidth(GLfloat width);

Patrón de línea• void glLineStipple(GLint factor, GLushort pattern);

• factor: es el número de veces que un bit se repite

• pattern: el patrón de 16 bits a dibujar 0x0F0F

Es necesario activarlo/desactivarlo• glEnable(GL_LINE_STIPPLE);

• glDisable(GL_LINE_STIPPLE);

23

Introducció

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8. Primitivas Gráficas

Líneas

24

Binario =

Patrón de

Línea =

Línea =

0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

0 0 F F

Un segmento

Introducció

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8. Primitivas Gráficas

Polígonos

25

void glPolygonStipple( const

GLubyte *mask );

• mask es una matriz de 32x32

void glDrawPixels( GLsizei width,

GLsizei height, GLenum format,

GLenum type, const GLvoid *pixels

);

Introducció

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8. Sistema de coordenadas

26

X

Y

Z

Sentido Dextrógiro o positivo

El mundo 3D de OpenGL

es dextrógiro

El observador siempre en

el origen, mirando hacia

el eje Z negativo

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9. Matrices

En principio tenemos tres grupos de

matrices en OpenGL•void glMatrixMode( GLenum mode );

Donde mode toma los valores:

• GL_PROJECTION

• GL_MODELVIEW (Modelo de Cámara)

• GL_TEXTURE

27

Introducció

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28

ModelView Projection zyx x = zyx x zyx= yx

Vértice

original

Matriz

ModelView

Vértice

transformado

Matriz

Projection

Vértice

proyectado

Transformación

Viewport

Vértice en

pantalla

x =

orden de aplicación de las matrices

orden de especificación de las matrices

...

glViewport (x,y,width,height);

...

glMatrixMode (GL_PROJECTION);

glFrustum (left,right,bottom,top,near,far);

...

glMatrixMode (GL_MODELVIEW);

glTranslatef (10, 10, 10);

...

Viewport

9. Matrices

Introducció

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29

9. Matrices

Proyección

Para empezar a dibujar en OpenGL tenemos que

especificar:

• Puerto de vista (viewport)

• Volumen de visualización (matriz de proyección)

near

X

Z

Y

far

(left,bottom)

(right,top)

(x,y)width

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9. Matrices

Proyección

Matriz de proyección:

• Podemos usar proyección perspectiva: •void glFrustum( GLdouble left, GLdouble right,

GLdouble bottom, GLdouble top, GLdouble znear,

GLdouble zfar );

•void gluPerspective( GLdouble fovy, GLdouble

aspect, GLdouble zNear, GLdouble zFar );

• o proyección paralela:•void glOrtho( GLdouble left, GLdouble right,

GLdouble bottom, GLdouble top, GLdouble zNear,

GLdouble zFar );

30

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9. Matrices

Proyección

Ejemplo de código para proyección perpectiva:• glMatrixMode(GL_PROJECTION);

• glLoadIdentity();

• glFrustum(-10, 10, -10, 10, -10, 10);

o

• gluPerpective(45, ancho/alto, 1, 100);

Ejemplo de código para proyección paralela:• glMatrixMode(GL_PROJECTION);

• glLoadIdentity();

• glOrtho(-10, 10, -10, 10, -10, 10);

31

Introducció

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9. Matrices

Proyección

Se debe combinar con la vista que queremos

establecer:• void glViewport( GLint x, GLint y, GLsizei

width, GLsizei height );

• coordenadas de la ventana de visualización en píxeles

Para obtener el viewport:• // 0] es <x>, [1] es <y>, [2] es <ancho>, [3] es <alto>

• GLint viewport[4];

• glGetIntegerv(GL_VIEWPORT, viewport);

32

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9. Matrices

ModelView y Texturas

Establece las transformaciones que se aplican a cada

objeto:• glTranslatef(tx, ty, tz);

• glRotatef(angulo, 0.0, 0.0, 1.0); // eje z

• glScale(sx, sy, sz);

Se emplea la pila de matrices para independizar los

objetos:• glPushMatrix();

• glPopMatrix();

33

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10. Buffers

FrameBuffer (doble y triple buffer), almacena

los colores de los píxeles

Z-Buffer, buffer de profundidades

Stencil Buffer, para efectos especiales,

máscaras 2D, sombras, reflejos

Accumulation Buffer, buffer de mezcla, para

múltiples renders o sombras complejas

Feedback Buffer, buffer de render en memoria

34

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11. Display Lists

Para optimizar mediante hardware gráfico nuestros

objetos debemos emplear Display Lists:• void glNewList(GLuint list, GLenum mode);

• mode puede ser: GL_COMPILE o GL_COMPILE_AND_EXECUTE

• void glEndList(void);

Para eliminar cualquier lista:• void glDeleteLists(GLuint list, GLsizei range);

Si existe una Display List:• GLboolean glIsList( GLuint list );

Para dibujar una o varias Display List:• void glCallList( GLuint list );

• void glCallLists( GLsizei n, GLenum type, const GLvoid

*lists );

35

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11. Display Lists

Ejemplo

glNewList(1, GL_COMPILE);

glBegin(GL_QUADS);

glVertex3f(x0,y0,z0);

glVertex3f(x1,y1,z1);

glVertex3f(x2,y2,z2);

glVertex3f(x3,y3,z3);

glEnd();

glEndList();

Para dibujar este Quad debemos usar:

•glCallList( 1 );36

Introducció

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12. Texturas

Coordenadas

Para emplear texturas necesitamos emplear

coordenadas de textura en los vértices que creemos

para modelar nuestros objetos:• void glTexCoord2f( GLfloat s, GLfloat t );

donde s y t son coordenadas normalizadas de la

textura

37

(0,0) x

y

1

1(0,0)

(0,1)

(1,1)

(1,0)

Hola

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12. Texturas

Creación de una textura

Para crear las texturas necesitamos:GLuint texture[1]; // vector para almacenar las texturas

// cargar la textura desde un fichero en TextureImage

glGenTextures(1, &texture[0]); // genera los nombre de texturas

// Crea la textura desde TextureImage

glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture[0]); // selecciona esta textura

glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, 3, TextureImage[0]->sizeX,

TextureImage[0]->sizeY, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE,

TextureImage[0]->data);

//Filtrado lineal

glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GL_LINEAR);

glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GL_LINEAR);

38

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12. Texturas

Uso de las texturas

Para usar las texturas necesitamos:

// Habilita el uso de texturas

glEnable(GL_TEXTURE_2D);

// Selecciona la textura

glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture[0]); //activa la textura almacenada en texture[0]

glCallList(id); // id es un enero identificador del objeto a pintar en una Display List

// o en su lugar podemos poner un glBegin()-glEnd()

39

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13. Iluminación

Para usar las luces necesitamos:

// Habilita el uso de la iluminación

glEnable(GL_LIGHTHING);

// Habilitar las luces

glEnable(GL_LIGHTi); // con 0 ≤ i < GL_MAX_LIGHTS

// y definir correctamente las luces

void glLightf( GLenum light, GLenum pname, GLfloat param ) // o

void glLighti( GLenum light, GLenum pname, GLint param )

Donde pname puede ser:

• GL_AMBIENT, GL_DIFFUSE, GL_SPECULAR, GL_POSITION, GL_SPOT_CUTOFF, GL_SPOT_DIRECTION,

GL_SPOT_EXPONENT, GL_CONSTANT_ATTENUATION, GL_LINEAR_ATTENUATION, and GL_QUADRATIC_ATTENUATION

40

Introducció

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14. Selección

Para seleccionar emplearemos la pila de

nombres que tiene OpenGL:

•void glInitNames( void )•void glPushName( GLuint name )

•void glLoadName( GLuint name )

•GLint glRenderMode( GLenum mode ) admite tres valores GL_RENDER, GL_SELECT, y GL_FEEDBACK

41

Introducció

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14. Selección

void gluPickMatrix( GLdouble x, GLdouble

y, GLdouble delX, GLdouble delY, GLint

*viewport )

Ejemplo la función Pick3d de la clase

TScene

42

Introducció

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15. Varios

Usando glEnable, glDisable tenemos:

• GL_CULL_FACE (elimina caras invisibles)

• GL_CLIP_PLANE (plano de recortado)• void glClipPlane (GLenum plane , const GLdouble *equation )

• GL_NORMALIZE (normaliza las normales)

• GL_BLEND (transparencia)• void glBlendFunc ( GLenum sfactor , GLenum dfactor );

• GL_DEPTH_TEST (usa o no el z-buffer)

• GL_STENCIL_TEST (usa o no el stencil buffer)

43

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16. Quadrics

Para crear cuádricas (esferas, discos, etc):•GLUquadricObj *disco;

•disco = gluNewQuadric();

•gluDisk(disco, 0.2, 1.2, 32, 32);

Otras cuádricas:•gluSphere

•gluCilynder

•gluPartialDisk

•gluCone

44

Introducció

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16. Quadrics

Texturas

Para activar las coordenadas de textura:• void gluQuadricTexture (GLUquadric* quad, GLboolean texture);

Estilo de dibujo:• void gluQuadricDrawStyle(GLUquadric* quad, GLenum draw);

• Con los valores de GLU_FILL,GLU_LINE, GLU_SILHOUETTE, y GLU_POINT, como valor de draw

Estilo de normal:• void gluQuadricNormals(GLUquadric* quad, GLenum normal);

• Con los valores de GLU_NONE, GLU_FLAT, and GLU_SMOOTH, como valor de normal

45