Wstęp Podstawy Pierwszy program Definiowanie sceny 3D Przekształcenia geometryczne... 47

Transkrypt

1 Spis treści 3 Wstęp Podstawy Składnia Typy danych Układ współrzędnych Barwy Bufor ramki Okno renderingu Maszyna stanów Obsługa błędów Pierwszy program Rysowanie sceny 3D Kolor tła Czyszczenie bufora koloru Kolor obiektu Definiowanie obiektu Wykonanie poleceń OpenGL i zamiana buforów koloru Tworzenie okna renderingu Obsługa menu podręcznego Definiowanie sceny 3D Obszar renderingu Macierze przekształceń Rzutowanie prostokątne Rzutowanie perspektywiczne Położenie obserwatora Ograniczanie bryły obcinania Przeliczanie współrzędnych w przestrzeni oknai współrzędnych w przestrzeni widoku Programy przykładowe Przekształcenia geometryczne Obrót Skalowanie Przesunięcie Mnożenie macierzy Ładowanie macierzy...49

2 4 Spis treści 4.6. Składanie przekształceń Stos macierzy Programy przykładowe Okrawanie i obcinanie Okrawanie obrazu Płaszczyzny obcinające Program przykładowy Elementarne obiekty geometryczne Wybór rodzaju prymitywu Definiowanie współrzędnych wierzchołków figur Funkcje z grupy glvertex Funkcje z grupy glvertex Funkcje z grupy glvertex Prostokąty Punkty Linie Programy przykładowe Wielokąty Strony wielokąta Tryby rysowania Wypełnianie wielokątów wzorem Ukrywanie krawędzi wielokąta Podział wielokątów Definicja wielokąta Funkcje zwrotne Właściwości kafelkowania Wektory normalne Programy przykładowe Kolory i cieniowanie Bufor koloru Kolor tryb bezpośredni Funkcje z grupy glcolor Funkcje z grupy glcolor Kolor tryb indeksowy Cieniowanie...86

3 Spis treści Rozsiewanie kolorów Maskowanie składowych kolorów Program przykładowy Rozszerzenia Implementacja biblioteki OpenGL Specyfikacje rozszerzeń Nazwa Identyfikatory Kontakt Status Wersja Numer Zależności Omówienie Własności intelektualne Zagadnienia Nowe procedury i funkcje Nowe typy Nowe stałe Uzupełnienia do specyfikacji OpenGL i innych bibliotek Błędy Nowe zmienne maszyny stanu Nowe zmienne maszyny stanu zależne od implementacji Przykładowy kod Testy zgodności Historia korekt Używanie rozszerzeń Standardowe pliki nagłówkowe Pliki nagłówkowe rozszerzeń OpenGL w systemach Microsoft Windows OpenGL w systemach Linux (UNIX) Dodatkowe biblioteki Programy przykładowe Mapy bitowe Pozycja rastra Funkcje z grupy glrasterpos Funkcje z grupy glrasterpos Funkcje z grupy glrasterpos

4 6 Spis treści Funkcje z grupy glwindowpos Funkcje z grupy glwindowpos Rysowanie mapy bitowej Dane mapy bitowej Programy przykładowe Mapy pikselowe Rysowanie mapy pikselowej Format danych mapy pikselowej Format pikseli mapy pikselowej Upakowane formaty pikseli Wybór docelowego bufora kolorów Odczyt mapy pikselowej Kopiowanie mapy pikselowej Skalowanie mapy pikselowej Transfer pikseli Program przykładowy Bufor głębokości Działanie bufora głębokości Włączenie bufora głębokości Test bufora głębokości Czyszczenie bufora głębokości Zakres wartości bufora głębokości Przesunięcie wartości głębi Programy przykładowe Światła i materiały Włączenie oświetlenia Włączanie źródła światła Rodzaje świateł Właściwości źródeł światła Właściwości modelu oświetlenia Materiały Śledzenie kolorów Wektory normalne Odczyt właściwości źródła światła i materiałów

5 Spis treści Stos zmiennych stanu Programy przykładowe Listy wyświetlania Tworzenie listy wyświetlania Funkcje nieumieszczane na liście wyświetlania Usuwanie list wyświetlania Generowanie identyfikatorów list wyświetlania Wykonywanie list wyświetlania Program przykładowy Mieszanie kolorów Włączanie i wyłączanie mieszania kolorów Równanie mieszania kolorów Współczynniki mieszania kolorów Rozłączne współczynniki mieszania kolorów Testowanie składowej alfa Programy przykładowe Bufor szablonowy Włączenie i wyłączenie bufora szablonowego Czyszczenie bufora szablonowego Sterowanie buforem szablonowym Rozłączny bufor szablonowy Programy przykładowe Bufor akumulacyjny Sterowanie buforem akumulacyjnym Czyszczenie bufora akumulacyjnego Programy przykładowe Antyaliasing Ustawienie jakości renderingu Antyaliasing punktów Antyaliasing linii Antyaliasing wielokątów Antyaliasing z użyciem bufora akumulacyjnego Wielopróbkowanie Programy przykładowe

6 8 Spis treści 19. Tekstury Włączenie teksturowania Definiowanie tekstury Parametr target Parametr level Parametr internalformat Parametry width, height i depth Parametr border Parametr format Parametr type Parametr pixels Kopiowanie tekstury z bufora kolorów Zmiana części danych tekstury Pobieranie danych tekstury Współrzędne tekstur Definiowanie współrzędnych s Definiowanie współrzędnych s i t Definiowanie współrzędnych s, t i r Definiowanie współrzędnych s, t, r i q Właściwości tekstur Filtrowanie tekstur Zawijanie tekstur Kolor obramowania Mipmapy Zakres poziomów mipmap Poziom szczegółowości mipmap (LOD) Generowanie mipmap Automatyczne generowanie mipmap Obiekty tekstur Priorytety tekstur Właściwości środowiska tekstur Środowisko tekstur GL_TEXTURE_ENV Tryby mieszania Tryby mieszania w wieloteksturowaniu Argumenty funkcji mieszania w wieloteksturowaniu Skalowanie wyników mieszania w wieloteksturowaniu Wartości domyślne parametrów

7 Spis treści Środowisko tekstur GL_TEXTURE_FILTER_CONTROL Środowisko tekstur GL_POINT_SPRITE Tekstury zastępcze (proxy) Kompresja tekstur Skompresowane formaty tekstur Utworzenie skompresowanej tekstury Aktualizacja skompresowanej tekstury Pobranie skompresowanej tekstury Wieloteksturowanie Aktywna jednostka teksturująca Współrzędne tekstur Automatyczne generowanie współrzędnych tekstur Odwzorowanie liniowe względem obiektu Odwzorowanie liniowe względem kamery Odwzorowanie kuliste Odwzorowanie sześcienne Pobieranie właściwości automatycznego generowania współrzędnych tekstur Tekstury kubiczne Drugorzędny kolor Tekstury głębi Tekstury srgb Programy przykładowe Przetwarzanie obrazów Transfer pikseli Tablice kolorów Tworzenie tablicy kolorów Skalowanie i przesunięcie składowych kolorów Zmiana danych tablicy kolorów Pobieranie tablicy kolorów Pobieranie właściwości tablic kolorów Filtry splotowe Włączenie filtracji Definiowanie filtrów Pobierania maski filtra z bufora kolorów Właściwości filtrów Pobieranie maski filtra Pobieranie właściwości filtrów

8 10 Spis treści Histogram Obliczanie histogramu Pobieranie danych histogramu Pobieranie właściwości histogramu Zerowanie histogramu Operacja minimum-maksimum Pobranie danych tablicy minimum-maksimum Właściwości tablicy minimum-maksimum Zerowanie tablicy minimum-maksimum Macierz koloru Programy przykładowe Selekcja obiektów Zmiana trybu renderowania Stos nazw obiektów Przetwarzanie rekordu trafień Program przykładowy Sprzężenie zwrotne Zmiana trybu renderowania Bufor sprzężenia zwrotnego Przetwarzanie bufora sprzężenia zwrotnego Program przykładowy Tablice wierzchołków Włączenie tablic wierzchołków Definiowanie danych Tablice przeplatane Renderowanie danych Indeksowe tablice wierzchołków Pobieranie adresów tablic Stos atrybutów klienta OpenGL Programy przykładowe Mgła Właściwości mgły Obliczanie mgły Jakość mgły Programy przykładowe

9 Spis treści Systemy cząstek Rozszerzona geometria punktów Sprajty punktowe Program przykładowy Krzywe i powierzchnie Béziera Krzywe Béziera Tworzenie ewaluatorów Renderowanie krzywej Powierzchnie Béziera Ewaluatory dwuwymiarowe Rendering powierzchni Pobieranie danych map Programy przykładowe NURBS Obiekt NURBS Krzywe NURBS Powierzchnie NURBS Funkcje zwrotne Właściwości NURBS Właściwość GLU_NURBS_MODE Właściwość GLU_CULLING Właściwość GLU_SAMPLING_METHOD Właściwość GLU_SAMPLING_TOLERANCE Właściwość GLU_PARAMETRIC_TOLERANCE Właściwości GLU_U_STEP i GLU_V_STEP Właściwość GLU_AUTO_LOAD_MATRIX Właściwość GLU_DISPLAY_MODE Pobieranie właściwości NURBS Wycinanie fragmentów powierzchni Programy przykładowe Kwadryki Tworzenie kwadryk Generowanie kwadryk Właściwości kwadryk Obsługa błędów Programy przykładowe

10 12 Spis treści 29. Testy zasłaniania Bryły ograniczające Obiekty analizy przesłonięć Analiza przesłonięć Właściwości obiektu analizy przesłonięć Program przykładowy Obiekty buforowe Generowanie identyfikatorów obiektów Tworzenie obiektów buforowych Usuwanie obiektów Ładowanie danych do obiektu Zmiana danych bufora Odwzorowanie obiektu buforowego Obiekty buforowe tablic wierzchołków Obiekty buforowe indeksowych tablic wierzchołków Obiekty buforowe odczytu (rozpakowania) danych pikseli Obiekty buforowe zapisu (spakowania) danych pikseli Pobieranie właściwości obiektu Pobieranie danych obiektu Programy przykładowe Cienie Rzutowanie płaskich cieni Macierz rzutowania Bryły cieni Krawędzie szkieletowe bryły cieni Rendering sceny metoda depth pass Rendering sceny metoda depth fail Zastosowanie rozłącznego bufora szablonowego Mapy cieni Podstawy algorytmu Projekcja tekstury głębi Porównywanie wartości głębi Ograniczenia algorytmu Programy przykładowe

11 Spis treści Mapowanie wypukłości Matematyczne podstawy mapowania wypukłości Wytłaczane mapowanie wypukłości Wady i zalety EBM Opis działania EBM Mapowanie wektorów normalnych (DOT3) Opis działania DOT Sprzętowa normalizacja wektorów kierunku źródła światła Kompresja map wektorów normalnych i map wysokości Programy przykładowe GLSL Procesor wierzchołków i fragmentów Podstawy składni Zbiór znaków Komentarze Słowa zarezerwowane Identyfikatory Preprocesor Operatory Instrukcje Wbudowane makra Podstawowe typy Niejawne konwersje typów Zakres widoczności zmiennych Konstruktory Typ void Typ bool Typ int Typ float Typy wektorowe Typy macierzowe Uchwyty tekstur Struktury Tablice Operatory i wyrażenia Kwalifikatory typów const attribute

12 14 Spis treści uniform varying in out inout invariant Instrukcje i struktura programu Definiowanie funkcji Wywoływanie funkcji Instrukcje sterujące Pętle Skoki Wbudowane zmienne Specjalne zmienne programów cieniowania wierzchołków Specjalne zmienne programów cieniowania fragmentów Wbudowane atrybuty programów cieniowania wierzchołków Wbudowane stałe Wbudowane zmienne jednorodne Wbudowane zmienne udostępniane Wbudowane funkcje Funkcje trygonometryczne Funkcje wykładnicze Funkcje ogólne Funkcje geometryczne Funkcje macierzowe Funkcje porównujące wektory Funkcje próbkujące tekstury Funkcje różniczkowe Funkcje stochastyczne Programy cieniowania Obiekt programu cieniowania Ładowanie kodu programu cieniowania Kompilacja kodu programu cieniowania Obiekt programów cieniowania Dołączenie programu cieniowania do obiektu programów Konsolidacja programów cieniowania Sprawdzenie poprawności programów Użycie programów cieniowania Usuwanie obiektu programu cieniowania

13 Spis treści Odłączenie programu cieniowania od obiektu programów Usuwanie obiektu programów Pobieranie informacji o obiekcie programu cieniowania Pobieranie informacji o obiekcie programów Zmienne jednorodne Pobranie położenia zmiennej jednorodnej Odczyt zmiennych jednorodnych Zapis zmiennych jednorodnych Pobranie informacji o aktywnych zmiennych jednorodnych Atrybuty wierzchołków Ogólne atrybuty wierzchołków Nazwane atrybuty wierzchołków Definiowanie atrybutów Pobranie informacji o aktywnych atrybutach wierzchołków Tablice wierzchołków atrybutów wierzchołków Włączenie tablic Definiowanie danych Pobieranie adresu tablicy Właściwości tablic wierzchołków atrybutów wierzchołków Wielokrotne docelowe bufory koloru Programy przykładowe Światło kierunkowe Światła pozycyjne Teksturowanie Mapowanie wypukłości Optymalizacja Pomiary szybkości Weryfikacja błędów Podstawowe zasady konstrukcji programów Diagnozowanie wąskiego gardła wydajności Ograniczenia sprzętowe Metody redukcji obciążenia przetwarzania pikseli Zmniejszenie wielkości obszaru renderingu Redukcja liczby rysowanych ramek Zmniejszenie liczby bitów koloru Zmiana metody cieniowania Wyłączenie rysowania tylnych stron wielokątów Wybór metody filtracji tekstur Zmniejszenie liczby testów bufora głębokości

14 16 Spis treści Wybór rodzaju mgły Wyłączenie rozsiewania kolorów Redukcja operacji specjalnych na pikselach Łączenie czyszczenia buforów Ograniczenie obszaru czyszczenia buforów Wybór formatu danych tekstur Użycie obiektów tekstur Wyłączenie wczytywania tekstur do odrębnego wątku Wykorzystanie kompresji tekstur Aktualizacja części danych tekstury Określenie liczby potrzebnych mipmap Wybór trybu mieszania tekstur Wieloteksturowanie zamiast teksturowania wieloprzebiegowego Operacje na mapach bitowych i mapach pikselowych Korzystanie z obiektów buforowych pikseli Uproszczenie programów cieniowania fragmentów Metody redukcji obciążenia przetwarzania wierzchołków Wybór właściwych prymitywów graficznych Ograniczenie ilości kodu pomiędzy glbegin/glend Wstępnie przetworzone współrzędne wierzchołków Używanie wybranych operacji na macierzach Wyłączenie automatycznej normalizacji wektorów normalnych Grupowanie prymitywów ze względu na zmienne stanu Wyłączenie automatycznego generowania współrzędnych tekstur Uproszczenie oświetlenia Wyłączenie dwustronnego oświetlenia Testy zasłaniania Korzystanie z list wyświetlenia Korzystanie z tablic wierzchołków Korzystanie z indeksowych tablic wierzchołków Korzystanie z obiektów buforowych wierzchołków Uproszczenie geometrii obiektów Uproszczenie programów cieniowania wierzchołków Optymalizacja z punktu widzenia producentów GPU Aplikacje wspomagające optymalizację programów w OpenGL Dodatki Dodatek A. Elementy biblioteki GLUT A.1. Inicjalizacja A.2. Obsługa okien A.2.1. Tworzenie okna

15 Spis treści 17 A.2.2. Tworzenie okien podrzędnych A.2.3. Usuwanie okien A.2.4. Zmiana wielkości i położenia okna A.2.5. Tytuł okna A.2.6. Zmiana kursora okna A.2.7. Pozostałe funkcje do obsługi okien A.3. Obsługa zdarzeń A.3.1. Klawiatura A.3.2. Myszka A.3.3. Okna A.3.4. Zdarzenia systemowe A.3.5. Licznik czasowy A.4. Menu podręczne A.4.1. Tworzenie i usuwanie menu A.4.2. Elementy menu A.4.3. Menu wielopoziomowe A.4.4. Przycisk obsługi menu A.5. Pętla przetwarzania komunikatów A.6. Bryły w bibliotece GLUT A.6.1. Sfera A.6.2. Sześcian A.6.3. Stożek A.6.4. Torus A.6.5. Dwunastościan A.6.6. Czajnik A.6.7. Ośmiościan A.6.8. Czworościan A.6.9. Dwudziestościan A.7. Czcionki bitmapowe A.8. Rozszerzenia A.9. Zmienne stanu A.10. Programy przykładowe Dodatek B. Zmienne stanu B.1. Oznaczenia B.2. Program przykładowy B.3. Tabele ze zmiennymi stanu

16 18 Spis treści Dodatek C. Format pliku TARGA C.1. Budowa pliku TARGA C.2. Sekcja TGA File Header C.2.1. Pole ID Length C.2.2. Pole Color Map Type C.2.3. Pole Image Type C.2.4. Pole Color Map Specification C.2.5. Pole Image Specification C.3. Sekcja Image/Color Map Data C.4. Sekcja Developer Area C.5. Sekcja Extension Area C.5.1. Pole Extension Size C.5.2. Pole Author Name C.5.3. Pole Author Comments C.5.4. Pole Date/Time Stamp C.5.5. Pole Job Name/ID C.5.6. Pole Job Time C.5.7. Pole Software ID C.5.8. Pole Software Version C.5.9. Pole Key Color C Pole Pixel Aspect Ratio C Pole Gamma Value C Pole Color Correction Offset C Pole Postage Stamp Offset C Pole Scan Line Offset C Pole Attributes Type C Pole Scan Line Table C Pole Postage Stamp Image C Pole Color Correction Table C.6. Sekcja TGA File Footer C.7. Algorytm kompresji RLE Indeks Bibliografia...582