OpenGL Programlamaya Giris

1
OpenGL Programlamaya Giris

• Yrd. Doç. Dr. Altan Mesut

2
Konular

• OpenGLin ve kullanim alanlarinin tanitimi
• OpenGLin yeteneklerinin ve özelliklerinin
  gösterimi ve tanitilmasi
• Etkilesimli bir 3 boyutlu grafik programinin
  OpenGL ile yazilmasi

3
Ilgili WEB siteleri

• http//www.opengl.org/
• http//www.opengl.org/resources/libraries/glut/
• http//www.opengl.org/wiki/Code_Resources
• http//www.khronos.org/opengl/

4
OpenGL nedir?

• OpenGL bilgisayar grafigi çizmek için bir APIdir
• Temel geometrik sekiller ve görüntüler ile yüksek
  kalitede renkli görüntüler olusturur
• 3 boyutlu grafikler ile etkilesimi uygulamalar
  yaratir
• Isletim sisteminden ve pencere sisteminden
  bagimsizdir

5
Ilgili kütüphaneler (APIler)

• GLU (OpenGL Utility Library)
• OpenGLin bir parçasidir
• Egriler, yüzeyler, yüzey döseme görüntüleri,
  içerir.
• AGL, GLX, WGL
• OpenGL ile pencere sistemleri arasindaki
  katmandir
• GLUT (OpenGL Utility Toolkit)
• Daha yalin bir pencere sistemi bütünlestirmesi
  sunar
• Resmi anlamda OpenGLin parçasi degildir

6
OpenGL ve ilgili APIler
7
Basit Bir Program

• Siyah bir arka plan üzerine beyaz bir kare çizer.

8
simple.c
include ltGL/glut.hgt void mydisplay()
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT) glBegin(GL_POLYGO
N) glVertex2f(-0.5, -0.5)
glVertex2f(-0.5, 0.5)
glVertex2f(0.5, 0.5)
glVertex2f(0.5, -0.5) glEnd() glFlush()
int main(int argc, char argv) glutCreateW
indow("simple") glutDisplayFunc(mydisplay)
glutMainLoop()
9
Olay Döngüsü

• Her GLUT programi bir gösterim fonksiyonu içerir.
  Bizim programimizda da mydisplay adinda bir
  gösterim fonksiyonu vardir.
• Görüntünün tazelenmesini gerektiren bir olay
  oldugunda (mesela pencere açildiginda) gösterim
  fonksiyonu çagrilir.
• Ana fonksiyon (main) programin bir olay döngüsüne
  girmesi ile son bulur.

10
OpenGL Programinin Genel Yapisi
Bir pencere yapilandir ve aç
OpenGL durumu baslat
Kullanici olaylarini isle
Görüntüyü çiz
11
Bir OpenGL Programi

• include ltGL/glut.hgt
• include "cube.h"
• void main( int argc, char argv )
• glutInit( argc, argv )
• glutInitDisplayMode( GLUT_RGBA
• GLUT_DEPTH )
• glutCreateWindow( argv0 )
• init()
• glutDisplayFunc( display )
• glutReshapeFunc( reshape )
• glutMainLoop()

Programin main bölümünde OpenGL penceresini
açmak ve kullanicidan girdi almak için GLUT
kullanilir.
12
Bir OpenGL Programi (devam)

• void init( void )
• glClearColor( 0, 0, 0, 1 )
• gluLookAt( 2, 2, 2, 0, 0, 0, 0, 1, 0 )
• glEnable( GL_DEPTH_TEST )
• void reshape( int width, int height )
• glViewport( 0, 0, width, height )
• glMatrixMode( GL_PROJECTION )
• glLoadIdentity()
• gluPerspective( 60, (GLfloat) width / height,
• 1.0, 10.0 )
• glMatrixMode( GL_MODELVIEW )

Bir baslangiç OpenGL durumu yapilandirilir.
Kullanici pencere boyutunu degistirdiginde
kullanilir.
13
Bir OpenGL Programi (devam)

• void display( void )
• int i, j
• glClear( GL_COLOR_BUFFER_BIT
  GL_DEPTH_BUFFER_BIT )
• glBegin( GL_QUADS )
• for ( i 0 i lt NUM_CUBE_FACES i )
• glColor3fv( faceColori )
• for ( j 0 j lt NUM_VERTICES_PER_FACE j )
  
• glVertex3fv( vertexfaceij )
• glEnd()
• glFlush()

OpenGL3D noktalardan(vertices) bir küp çizer.
14
OpenGL Komut Biçimi
glVertex3fv( v )
kütüphane
Veri Tipi
Vektör
b - byte ub - unsigned byte s - short us -
unsigned short i - int ui - unsigned int f -
float d - double
skalar düzende v yer almaz glVertex2f( x, y )
Bilesen Sayisi
2 - (x,y) 3 - (x,y,z) 4 - (x,y,z,w)
15
Programlarda neler gerekli?

• Header Dosyalar
• include ltGL/gl.hgt
• include ltGL/glu.hgt
• include ltGL/glut.hgt
• Kütüphaneler
• opengl32.lib, glut.lib, glut32.lib
• Veri Tipleri (uyumluluk için)
• GLfloat, GLint, GLenum,

16
GLUT Callback Fonksiyonlari

• Bir olay gerçeklestiginde çagrilacak rutin
• Pencere büyüklügü degisimi
• Kullanici girisi
• Animasyon
• GLUT ile callbacklerin kaydedilmesi
• glutDisplayFunc( display )
• glutIdleFunc( idle )
• glutKeyboardFunc( keyboard )

17
OpenGL neleri çizebilir?

• Temel geometrik sekiller
• noktalar, çizgiler ve çokgenler
• Temel resimler (image)
• Resim ve bitmapler
• Resim ve geometri için farkli islem hatti var
• doku kaplamasi sirasinda birbirine baglanir
• Duruma bagli çizimler
• renkler, materyaller, isik kaynaklari, ...

s11-Fig1.2
18
OpenGL Geometrik Sekilleri

• Tüm geometrik sekiller köse noktalari ile
  belirlenir

GL_POINTS
GL_POLYGON
GL_LINE_STRIP
GL_LINES
GL_LINE_LOOP
19
Bir Geometrik Sekli Tanimlama

• Temel sekiller asagidaki iki fonksiyon ile
  tanimlanir
• glBegin( sekilTipi )
• glEnd()
• sekilTipi noktalarin nasil bir araya
  getirilecegini belirler

glBegin( sekilTipi ) for ( i 0 i lt n i )
glColor3f( redi, greeni, bluei )
glVertex3fv( coordsi ) glEnd()
20
OpenGL Nasil Çalisir?
21
OpenGLin Çizimini Kontrol Etme

• OpenGLin çizim durumunu (state) tanimlama
• Durum, nesnelerin nasil çizilecegini belirleyen
  degerler kümesidir.
• Mavi bir üçgen çizilecekse, önce mavi renk
  glColor fonksiyonu ile ayarlanir, sonra çizgiler
  glVertex ile olusturulur.
• gölgelendirme isik
• doku kaplama çizgi stilleri (stipples)
• çokgen kaliplari seffaflik

22
OpenGL durum kontrolünün gücü
Görünüm OpenGLin durumunu tanimlamakla kontrol
edilir.
23
OpenGLin Durumunu Tanimlama

• OpenGLin durumunu tanimlamak için 3 yöntem
  vardir
• Noktalari islemek için kullanilan degerleri
  tanimlama
• Durumu tanimlamanin en genel yöntemleri
• glColor() / glIndex()
• glNormal()
• glTexCoord()
• Durum glVertex() ten önce tanimlanmalidir.

24
OpenGLin Durumunu Tanimlama

• Bir çizim biçimini açma
• glEnable() / glDisable()
• Belirli bir çizim biçiminin özelliklerini
  tanimlama
• Her biçim kendi degerlerini tanimlamak için özel
  komutlar içerir.
• glMaterialfv()

25
OpenGLde Renk Modeli

• OpenGL RGB renk uzayini kullanir
• Sirali renk (indexed color) biçimi de vardir, ama
  pek kullanilmaz
• Renkler 0.0, 1.0 araligindaki ondalikli
  sayilar ile veya 0,255 araligindaki tamsayilar
  ile temsil edilirler
• Örnegin pencerenin arka plan rengini belirlemek
  için asagidaki fonksiyon kullanilabilir
• glClearColor( 1.0, 0.3, 0.6, 1.0 )
• glColor3ub( 240, 130, 100 )

26
Genisletilmis simple.c

• Çikti ayni olacak, fakat tüm ilgili durum
  degerleri tanimlanacak.
• Tanimlanan degerler
• Renkler
• Görüntüleme kosullari
• Pencere özellikleri

27
gl.h ve glu.h da glut.h ile eklenir

• include ltGL/glut.hgt
• int main(int argc, char argv)
• glutInit(argc,argv)
• glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLEGLUT_RGB)
• glutInitWindowSize(500,500)
• glutInitWindowPosition(0,0)
• glutCreateWindow("simple")
• glutDisplayFunc(mydisplay)
• init()
• glutMainLoop()

Pencere özellikleri tanimlandi
Görüntüleme callback fonksiyonu
OpenGL durumu tanimlandi
Olay döngüsüne giris
28
GLUT fonksiyonlari

• glutInit uygulamanin komut satirindan bilgi
  almasini ve sistemi baslatmasini saglar
• gluInitDisplayMode pencere için çizim
  özelliklerini belirler. Örnegimizde seçilen
  degerler
• RGB renk biçimi
• Tekli tampon biçimi
• glutWindowSize piksel olarak pencere boyutu
• glutWindowPosition ekranin sol üst kösesinden
  uzakligi
• glutCreateWindow simple adindaki pencerenin
  yaratilmasi
• glutDisplayFunc görüntüleme callback fonksiyonu
• glutMainLoop sonsuz olay döngüsüne giris

29

• void init()
• glClearColor (0.0, 0.0, 0.0, 1.0)
• glColor3f(1.0, 1.0, 1.0)
• glMatrixMode (GL_PROJECTION)
• glLoadIdentity ()
• glOrtho(-1.0, 1.0, -1.0, 1.0, -1.0, 1.0)

Siyah arka plan rengi
Mat pencere
Beyaz ile çizme veya doldurma
Görünüm biçimi
30
Sekiller Uygulamasi
31
Dönüsümler
32
3D Görüntüleme Fotograf Çekme

• 3 boyutlu görüntüleme fotograf çekmeye benzer.
• Objenin konumlandirilmasi (modeling)
• Kameranin yerlestirilmesi (viewing)
• Lens seçimi (projection)
• Görüs alani (viewport)

görüs alani
kamera
model
tripod
33
Koordinat Sistemleri ve Dönüsümler

• Görüntüyü olusturma adimlari
• Geometriyi belirleme (dünya koordinatlari)
• Kamerayi belirleme (kamera koordinatlari)
• Görüntüleme biçimini belirleme (pencere
  koordinatlari)
• Görüs alanina esleme (ekran koordinatlari)
• Bütün adimlarda dönüsümler kullanilabilir.
• Her dönüsüm koordinat sistemlerinde bir degisime
  denk gelir.

34
Homojen Koordinatlar

• Her vertex (köse noktasi) bir vektördür (kolon).
• w genellikle 1dir.
• Tüm dönüsüm islemleri matris çarpimlari ile
  yapilir.

35
3D Dönüsümler

• Noktalar 4 x 4 boyutunda matrisler ile çarpilarak
  dönüstürülürler
• Tüm matrisler sütun-öncelikli olarak
  kaydedilirler
• En son tanimlanan matris en önce çarpilandir
  (dönüsüm matrisi solda, vertex matrisi sagda)
• Matrisin gösterimi

36
Dönüsümleri Belirleme

• Dönüsümler iki farkli yöntem ile belirlenebilir
• Matrisleri belirleyerek
• glLoadMatrix, glMultMatrix
• Islemi belirleyerek
• glRotate, glOrtho
• Programci gerçek matrisin ne oldugunu bilmek
  zorunda degildir.

37
Dönüsümleri Programlama

• Kameranin pozisyonu ve cisimlerin 3D geometrisi
  ile ilgili çizme, görüntüleme, konumlandirma ve
  yönlendirme islemlerinden önce matrislerin hangi
  islem için düzenlenecegi belirtilmelidir
• glMatrixMode(GL_PROJECTION)
• Dönüsümler ilgili sirada bir araya getirilir.
  Artarda yazilan dönüsümler son yazilandan ilk
  yazilana dogru gerçeklestirilir.

38
Matris Islemleri

• Matris yiginini (stack) belirleme
• glMatrixMode(GL_MODELVIEW veya GL_PROJECTION)
• Diger Matris veya Yigin Islemleri
• glLoadIdentity() glPushMatrix()
• glPopMatrix()
• Viewport
• Genellikle pencere genisligi ile aynidir
• Eger viewport genislik/yükseklik orani
  projeksiyondakinden farkli ise nesneler
  olduklarindan farkli biçimde görünebilirler (daha
  genis, daha yüksek, )
• glViewport( x, y, genislik, yükseklik )

39
Projeksiyon Dönüsümü

• Perspektif izdüsümde (projeksiyon)
• görünüm uzayi frustum adi verilen
• kesik piramit gibidir.
• Perspektif izdüsüm
• gluPerspective( fovy, aspect, zNear, zFar )
• glFrustum( left, right, bottom, top, zNear, zFar
  )
• Orthografik parallel izdüsüm
• glOrtho(left, right, bottom, top, zNear, zFar)
• gluOrtho2D( left, right, bottom, top )
• calls glOrtho with z values near zero

40
Izdüsüm Dönüsümlerini Uygulamak

• Orthografik izdüsüm için tipik kullanim örnegi
• glMatrixMode( GL_PROJECTION )
• glLoadIdentity()
• glOrtho(left, right, bottom, top, zNear, zFar)

41
Dönüsümleri Görmek

• Kamerayi konumlandirma
• Kamera ayagini aç ve kamerayi yerlestir
• Bir sahnede hareket etmek için
• Görüntüleme dönüsümünü degistir ve sahneyi tekrar
  çiz
• gluLookAt( eyex, eyey, eyez, aimx,
  aimy, aimz, upx, upy, upz )
• Yukari (up) vektör kameranin üstünün neresi
  oldugunu belirler

42
Izdüsüm Uygulamasi
43
Konumlandirma Dönüsümlerini Uygulamak

• Nesneyi tasimak
• glTranslatefd( x, y, z )
• Nesneyi bir eksen etrafinda döndürmek
• glRotatefd( açi, x, y, z )
• Açi derece cinsinden girilir
• Nesneyi büyütmek/küçültmek, genisletmek/daraltmak
  ve yansimasini olusturmak
• glScalefd( x, y, z )

44
Dönüsüm Uygulamasi
45
Kamera yeri ve konumlandirma arasindaki iliski

• Kamerayi belirli bir dogrultuda tasima ile
  görüntülenen dünyadaki tüm nesneleri tam tersi
  olan dogrultuda tasima arasinda bir fark yoktur.
• Görüntüleme dönüsümleri birçok konumlandirma
  dönüsümüne esittir.
• gluLookAt() komutunun yaptigi isi birçok
  glTranslate ve glRotate kombinasyonu ile
  yapabilirsiniz.

46
Konumlandirma Dönüsümlerini Beraber Kullanma

• Problem Hiyerarsik Nesneler
• Bir pozisyon bir önceki pozisyona bagli
• Robot kolu veya el gibi birlesik yapilar
• Çözüm
• Sütun-öncelikli matrisler ilgili sirada
  çarpilmalidir
• Tasimayi takip eden döndürme ile döndürmeyi takip
  eden tasima ayni sonucu vermez
• Matris çarpimi sira-bagimli bir islemdir.

47
Konumlandirma Dönüsümlerini Beraber Kullanma

• Problem Nesne görüntülenen dünyanin merkezine
  göre konumlanir
• Nesneyi kendi etrafinda döndürmek isterken baska
  bir eksen etrafinda dönüyor
• Çözüm sabit koordinat sistemi
• Konumlandirma dönüsümlerinden önce nesneyi
  merkeze tasi
• Istenilen döndürmeyi yaptiktan sonra önceki
  tasimanin tersi ile tekrar eski noktaya tasi

48
Animasyon ve Derinlik Tamponu
49
Çift Tampon
50
Animasyon

• Çift renk tamponu kullanimi istegi yapilir
• glutInitDisplayMode( GLUT_RGB GLUT_DOUBLE )
• Renk tamponu temizlenir
• glClear( GL_COLOR_BUFFER_BIT )
• Sahne çizimi yapilir
• Ön ve arka tamponlar yer degistirilir
• glutSwapBuffers()
• 2, 3 ve 4. adimlar tekrar edilerek animasyon
  saglanir
• glutIdleFunc() callback kullanilir

51
Derinlik Tamponu veSakli Yüzeylerin Atilmasi
1
1
2
2
4
4
Renk Tamponu
Derinlik Tamponu
8
8
16
16
Görüntü
52
Derinlik Tamponu Kullanimi

• Derinlik tamponu kullanimi istegi yapilir
• glutInitDisplayMode( GLUT_RGB GLUT_DOUBLE
  GLUT_DEPTH )
• Özellik aktif hale getirilir
• glEnable( GL_DEPTH_TEST )
• Renk ve derinlik tamponlari temizlenir
• glClear( GL_COLOR_BUFFER_BIT GL_DEPTH_BUFFER_BIT
  )
• Sahne çizilir
• Renk tamponlari yer degistirilir

53
Isiklandirma
54
Isiklandirma Ilkeleri

• Isiklandirma isleminde nesnelerin isigi nasil
  yansitacagi belirlenir.
• Etki eden faktörler
• Nesnelerin malzeme bilesimi
• Isigin rengi ve yönü
• Evrensel isiklandirma parametreleri
• Çevresel isil
• Iki yönlü isik
• Hem color index hem de RGBA biçimlerinde çalisir

55
OpenGL isigi nasil kullanir

• OpenGLde isiklandirma Phong isiklandirma
  modeline dayanir. Çizim ilkelinin her noktasinda,
  bir renk o ilkelin malzeme özelliklerinin isik
  ayarlari ile birlikte kullanilmasi ile
  hesaplanir.
• Bir noktanin isik altindaki rengini bulmak için,
  o noktaya verilen renk haricinde 4 bilesenin daha
  bilinmesine gerek vardir. Bunlar
• Ambient
• Diffuse
• Specular
• Emmission

56
Isigin Bilesenleri

• Ambient Hangi noktadan geldigi tam olarak
  belirlenemeyen (tüm yönlerden geliyormus gibi
  görünen) çevresel isik bilesenidir.
• Diffuse Tek bir noktadan gelen isik bilesenidir.
• Specular Belirli bir noktadan gelen ve parlak
  yüzeyli nesnelerde yansima yapan isik
  bilesenidir.
• Emission Isik yayan yüzeylerdeki isik
  bilesenidir. Isik sanki nesnenin içinde parliyor
  gibi algilanir.

57
Yüzey Normalleri

• Normaller bir yüzeyin isigi nasil yansitacagini
  belirler
• glNormal3f( x, y, z )
• Geçerli olan normal vektörü vertexin renginin
  hesaplanmasinda kullanilir.
• Normallerin otomatik olarak ayarlanmasi için
• glEnable( GL_NORMALIZE )veya düzgün olmayan
  ölçeklemelerde
• glEnable( GL_RESCALE_NORMAL )
• kullanilir.

58
Malzeme Özellikleri

• Yüzey özelliklerini belirleyen fonksiyon
• glMaterialfv( yüzey, özellik, deger )
• Ön ve arka yüzeyde farkli malzeme kullanilmis
  olabilir
• GL_FRONT, GL_BACK, GL_FRONT_AND_BACK

GL_DIFFUSE Temel renk
GL_SPECULAR Yansima noktasindaki renk
GL_AMBIENT Nesnenin direkt isik almadigi zamanki rengi
GL_EMISSION Nesnenin yaydigi isigin rengi
GL_SHININESS Isigi yansitma degeri (0-128)
59
Isik Kaynaklari

• glLightfv( isik, özellik, deger )
• isik parametresi n farkli isik degerinden birini
  alir
• GL_LIGHT0 GL_LIGHTn
• glGetIntegerv( GL_MAX_LIGHTS, n )
• özellikler
• Renkler (GL_AMBIENT, GL_DIFFUSE, GL_SPECULAR)
• Yer (GL_POSITION)
• Tip (GL_SPOT_...)
• Zayiflama (GL_..._ATTENUATION)

60
Isik Tipleri

• OpenGL iki farkli isik tipi saglar
• Lokal (Nokta) isik kaynaklari
• Sonsuz (Dogrusal) isik kaynaklari
• Isik tipi w koordinati ile belirlenir

61
Isiklari Aktif Hale Getirme

• Isiklandirmayi açma
• glEnable( GL_LIGHTING )
• Isik kaynaginin dügmesini açma
• glEnable( GL_LIGHTn )

62
Isik Malzeme Uygulamasi
63
Isigin yer ve yön kontrolü

• Modelview matrisindeki degisim isigin yönünü de
  etkiler
• Isigin ne zaman tanimlandigina göre farklilik
  gösterir
• göz koordinatlari (isik hep ayni noktadan
  geliyor günes)
• dünya koordinatlari (sahnede sabit isik
  kaynaklari var lamba)
• model koordinatlari (hareketli isik el feneri
  araba fari)
• Isigin yerini kontrol etmek için matrisler push
  ve pop edilebilir.

64
Isik Yönü Uygulamasi
65
Spot Isik

• Isigin etkisini merkezilestirir
• GL_SPOT_DIRECTION
• GL_SPOT_CUTOFF
• GL_SPOT_EXPONENT

66
Isigin Mesafe ile Zayiflamasi

• Mesafe arttikça isik yogunlugu azalir.
• Bu özellik kullanilirsa gerçeklik artar.
• GL_CONSTANT_ATTENUATION
• GL_LINEAR_ATTENUATION
• GL_QUADRATIC_ATTENUATION

67
Isik Modeli Özellikleri

• glLightModelfv( özellik, deger )
• Iki yönlü isiklandirma saglamak için
• GL_LIGHT_MODEL_TWO_SIDE,0.2, 0.2, 0.2, 1.0
• Evrensel bir çevresel isik rengi vermek için
• GL_LIGHT_MODEL_AMBIENT, GL_FALSE (GL_TRUE)
• Viewpoint degistikçe isigin etkisinin de
  degismesi
• GL_LIGHT_MODEL_LOCAL_VIEWER, GL_FALSE (GL_TRUE)
• Doku kaplamada daha iyi renk kontrolü için
• GL_LIGHT_MODEL_COLOR_CONTROL, GL_SINGLE_COLOR
• (GL_SEPARATE_SPECULAR_COLOR)

68
Isigi iyi kullanmak için

• Modeldeki ayrintinin çoklugunun isik islemlerini
  de yavaslatacagi unutulmamalidir.
• Hizli isiklandirma için tek bir sonsuz isik
  kaynagi kullanilmalidir.
• Vertex basina en düsük hesaplama

69
Görüntüleme Listeleri
70
Dogrudan çizim yerine Görüntüleme Listeleri ile
çizim

• Dogrudan çizim
• Çizim ilkelleri çizim hattina gönderilerek direkt
  olarak çizilir
• Çizilenler hafizada kalici degildir
• Görüntüleme Listeleri ile çizim
• Çizim ilkelleri görüntüleme listelerine
  yerlestirilir
• Görüntüleme listeleri grafik sunucusunda tutulur
• Farkli bir sekilde tekrar çizim yapilabilir
• OpenGL grafik ortamlari tarafindan paylasilabilir

71
Dogrudan çizim yerine Görüntüleme Listeleri ile
çizim
Dogrudan Çizim
Vektör tabanli islemler Ilkel Montaji
Polinom Hesaplayici
Görüntüleme Listesi
Bölümleme Islemleri
Çerçeve Tamponu
Tarama Islemi
CPU
Görüntüleme Listeli Çizim
Doku Hafizasi
Piksel Islemleri
72
Listeyi yaratma ve çagirma

• Görüntüleme Listesini Olusturma
• GLuint id
• void init( void )
• id glGenLists( 1 )
• glNewList( id, GL_COMPILE )
• / diger OpenGL fonksiyonlari /
• glEndList()
• Yaratilmis bir listeyi çagirma
• void display( void )
• glCallList( id )

73
Görüntüleme Listeleri

• Bir liste sonlandiktan sonra bile içerdigi durum
  degisiklikleri kalicidir.
• Tüm OpenGL fonksiyonlari görüntüleme listelerinde
  saklanamaz.
• Görüntüleme listeleri baska görüntüleme
  listelerini çagirabilir.
• Görüntüleme listeleri düzenlenebilir degildir,
  ama baska listeleri çagiran bir A listesi
  yapilabilir ve çagirdigi listeler gerekirse
  silinip degistirilebilir.

74
Görüntüleme Listeleri

• Matris Islemleri Matris hesaplamalari OpenGLde
  bir listede tutulur.
• Isik, Madde Özellikleri, Aydinlatma Modelleri
  Kompleks aydinlatma içeren bir sahne
  çizdigimizde, sahnedeki her nesne için malzeme
  durumlarini degistirebiliriz. Bu islem ciddi
  hesaplamalar içerdigi için malzeme ayarlari
  yavaslayabilir. Eger malzeme tanimlarini liste
  yöntemiyle tutarsak bu hesaplamalari malzemeleri
  her degistirdigimizde yapmak durumunda kalmayiz.
  Sadece hesaplama sonuçlarini saklariz, bunun
  sonucunda ise isik sahnesi hizlanir.

75
Görüntüleme Listeleri

• Imajlar Taradigimiz data formati donanim için
  uygun olmayabilir. Bir liste derlendiginde OpenGL
  veriyi donanimin tercih ettigi gösterime
  dönüstürür. Karakterler bitmaplerden olustugu
  için liste yöntemi ile taranan karakter, çizim
  hizinda kayda deger bir etki yapar.
• Kaplama Kaplamayi liste derlenirken tanimlarsak
  maksimum verim elde ederiz. Bu islem kaplama
  imajini hafizaya alir, böylece her kullanimda bu
  imaji yeniden olusturmak zorunda kalmayiz. Ayrica
  kaplamanin donanim formati OpenGL formatindan
  farkli olabilir ve dönüsüm liste derleme aninda
  yapilabilir.
• Çokgen Desenleri Geometrik sekiller için de
  liste yöntemi program hizini ve verimliligi
  artirir.

76
Görüntüleme Listeleri ve Hiyerarsi

• Bir araba örneginde
• Sase için bir görüntüleme listesi olustur
• Tekerlek için bir görüntüleme listesi olustur (4
  kere çagir)
• glNewList( CAR, GL_COMPILE )
• glCallList( CHASSIS )
• glTranslatef( )
• glCallList( WHEEL )
• glTranslatef( )
• glCallList( WHEEL )
• glEndList()

77
Görüntüleme ve Tarama Ilkelleri
78
Piksel-tabanli ilkeller

• Bitmap
• Her piksel için 1 bit bilgi kullanilir.
• Geçerli renk temel alinarak piksel rengi
  güncellenir.
• Görüntü (Image)
• Her piksel için tüm renk bilgisi kodlanir.
• OpenGL JPEG, PNG veya GIF gibi görüntü
  biçimlerini tanimaz.

79
Piksel Islemleri

• Piksel saklama ve aktarma islemleri

80
Görüntüyü Konumlandirma

• glRasterPos3f( x, y, z )
• Görüntünün çizilecegi konum belirlenirken sol-alt
  noktasi referans alinir (Tarama Konumu).
• Tarama konumuna geometrik
• cisimlerin köse noktalari gibi
• dönüsüm uygulanabilir.
• Tarama konumu viewport
• disinda ise göz ardi edilir.

81
Bitmaplerin Çizimi

• glBitmap( genislik, yükseklik, xorig, yorig,
  xmove, ymove, bitmap )
• glRasterPos3ften önce kullanilan
• son glColor3f ile belirlenen renk ile
• konumunda çizilir.
• glRasterPos3f ile glBitmap arasinda
• bir glColor3f kullanilmasi bitmap
• rengini degistirmez
• Çizimden sonra tarama konumunu kadar tasir.

82
Bitmap kullanarak Font Çizimi

• OpenGL bitmapleri font çizimi için kullanir.
• Her karakter bitmap içeren bir görüntü listesinde
  saklanir.
• Sistem fontlarina erismek için pencere sistemine
  özel komutlar da kullanilabilir
• glXUseXFont()
• wglUseFontBitmaps()
• glutBitmapCharacter(void font, int char)
• GL_BITMAP_TIMES_ROMAN_24
• GL_BITMAP_HELVETICA_10

83
Görüntüleri Çizme

• glDrawPixels( genislik, yükseklik, biçim, veri
  tipi, pikseller)
• Belirlenen tarama konumunu sol-alt
• nokta kabul ederek yukari dogru
• taranarak görüntü çizilir.
• Hafizadaki saklama türünü belirlemek için birçok
  biçim ve veri tipi vardir (Redbook Tablo 8.1
  8.2).
• En iyi performansi almak için donanim ile uyumlu
  biçim ve veri tipi kullanilmalidir.

84
Pikselleri Okumak

• Çerçeve tamponunda (framebuffer) (x, y)
  noktasindan baslayarak belirli genislik ve
  yükseklikte piksel verisi almak
• glReadPixels( x, y, genislik, yükseklik, biçim,
  veri tipi, pikseller )
• Pikseller otomatik olarak çerçeve tamponu
  biçiminden istenilen biçime ve veri tipine
  dönüstürülür
• Çerçeve tamponundan piksel kopyalama
• glCopyPixels( x, y, genislik, yükseklik, tampon )

glCopyPixels glReadPixels glDrawPixels
85
Piksel Ölçeklendirme (Zoom)

• glPixelZoom( x, y )
• Geçerli olan tarama konumunda pikselleri
  genisletir, daraltir ya da yansitir.
• Kesirli ölçeklendirme de kullanilabilir.

86
Saklama ve Aktarma Biçimleri

• Saklama biçimleri hafizaya erisimi denetler
• Hafizadaki bayt siralamasini ayarlama
• Bir Görüntüden alt-Görüntü çikarimi
• glPixelStore() kitap s325
• Aktarma biçimleri piksel degerlerinin degisimine
  izin verir
• Ölçeklendirme ve meyillendirme
• Piksel haritalari kullanarak renk degisimi
• glPixelTransfer() kitap s330

87
Doku Kaplama
88
Doku Kaplama
ekran
geometri
Görüntü
89
Doku Kaplama ve OpenGL Islem Hatlari

• Görüntüler ve geometri farkli islem hatlarini
  takip ederek rasterizer asamasinda birlesirler
• Dokunun karmasikligi kaplandigi geometrik
  nesnenin karmasikligini etkilemez

90
Örnek Uygulama

• Yandaki örnekte 256 256 boyutunda bir Görüntü
  perspektif izdüsümde görüntülenen bir poligon
  üzerine kaplanmistir.

91
Doku Kaplamanin Adimlari

• Dokuyu tanimla
• Bir görüntüyü olustur veya dosyadan oku
• Görüntüyü doku ile eslestir
• Doku kaplamayi etkinlestir
• Doku koordinatlarini köse noktalari ile
  eslestirme
• Doku parametrelerini tanimlama
• Sarmak (wrapping), filtrelemek

92
Doku Nesneleri

• Görüntüler saklanirken
• Her doku nesnesi için bir görüntü tanimlanabilir
• Birden fazla grafik içerigi tek bir görüntüyü
  paylasabilir
• Doku isimlerinin olusturulmasi
• glGenTextures( n, texIds )
• Kullanmadan önce dokunun baglanmasi
• glBindTexture( target, id )
• target GL_TEXTURE_1,2,3D

93
Bir Doku Görüntüsünün Tanimlanmasi
Doku kaplama sadece RGBA renk türünde yapilabilir.

• Hafizadaki texellerin dizisinden bir doku
  görüntüsü olusturma
• glTexImage2D( target, level, internalFormat,
  w, h, border, format, type, texels )
• level mipmap haricinde hep sifir olur.
• internalFormat R, G, B, A Luminance Intensity
  (38 sabit)
• w, h görüntünün boyutlari
• border kenar çizgisi kalinligi
• format R, G, B, A Luminance glDrawPixels()
• type veri tipi glDrawPixels()
• texels görüntünün tanimli oldugu dizi

Sayfa 380
Örn Resimden sadece R bileseni seçilebilir
94
Bir Doku Görüntüsünün Dönüstürülmesi
OpenGL 2.0dan sonra 2nin üssü olma sarti
kaldirildi

• Eger görüntünün boyutlari 2nin üssü degilse
• gluScaleImage( format, w_in, h_in, type_in,
  data_in, w_out, h_out, type_out, data_out )
• _in kaynak Görüntü için
• _out hedef Görüntü için
• type_in ve type_out ayni degilse veri tipi
  dönüsümü yapilmis demektir. Bu sayede 24-bit renk
  derinligini azaltmak ve hafizadan kazanç saglamak
  olasidir.

95
Dokuyu TanimlamaDiger Yöntemler

• Doku görüntüsünün kaynagi olarak çerçeve
  tamponunu kullanma
• glCopyTexImage1D(...)
• glCopyTexImage2D(...)
• Tanimlanmis olan bir dokunun belirli bir bölümünü
  kullanma
• glTexSubImage1D(...)
• glTexSubImage2D(...)
• glTexSubImage3D(...)
• Çerçeve tamponunun bir bölümünü kullanma
• glCopyTexSubImage(...)

96
Bir dokunun eslenmesi

• glTexCoord() ile her köse noktasi için
  tanimlanir.

Doku Uzayi
Nesne Uzayi
t
1, 1
(s, t) (0.2, 0.8)
0, 1
A
a
(0.4, 0.2)
c
b
B
C
(0.8, 0.4)
s
0, 0
1, 0
97
Doku Koordinatlarinin Olusturulmasi

• Doku koordinatlarinin otomatik olarak
  olusturulmasi
• glTexGenifdv()
• Bir düzlemden uzakligina göre olusturma
• Olusturma biçimleri
• GL_OBJECT_LINEAR Doku nesneye sabitlenir.
• GL_EYE_LINEAR Doku kameraya göre sabit durur.
• GL_SPHERE_MAP Nesnenin etraftaki renkleri
  yansitmasi (Terminator 2deki parlak adam)

98
Dokuyu Uygulama Yöntemleri

• Filtreleme Yöntemleri
• minification - magnification
• özel mipmap minification filtreleri
• Sarma (Wrap) Yöntemleri
• Kenetleme (clamping)
• Tekrarlama (repeating)
• Doku Fonksiyonlari
• Nesnenin rengi ile dokunun renginin nasil
  karisacagi
• blend, modulate, replace

99
Filtreleme Yöntemleri
Örnek glTexParameteri( target, type, mode )
100
Mipmap

• Mipmap doku görüntülerinin çözünürlügünün
  azaltilmasina olanak saglar.
• Interpolasyon hatalarini azaltir.
• mipmap seviyesi level parametresi ile belirlenir
• glTexImageD( GL_TEXTURE_D, level, )
• GLU mipmap olusturma rutinleri de vardir
• gluBuildDMipmaps( )
• OpenGL 1.2 bu konuda yenilikler getirmistir
• Her mipmap seviyesini belirlemeye gerek kalmadi.

101
Sarma Yöntemleri

• Örnek
• glTexParameteri( GL_TEXTURE_2D,
  GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP )
• glTexParameteri( GL_TEXTURE_2D,
  GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_REPEAT )

102
Doku Fonksiyonlari

• Nesnenin rengi ile dokunun renginin nasil
  karisacagi
• glTexEnvfiv( GL_TEXTURE_ENV, prop, param )
• Özellikler (prop)
• GL_TEXTURE_ENV_MODE yöntemleri
• GL_MODULATE doku ile kaplandigi nesnenin
  rengini çarpar
• GL_BLEND doku, nesne ve verilen renk
  degerlerinin karisimini kullanir
• GL_REPLACE nesnenin rengi yerine doku rengi
  kullanilir
• GL_TEXTURE_ENV_COLOR
• Blend rengi için kullanilir

103
Doku Kaplama Uygulamasi
104
Blending Antialiasing Fog
105
Alpha 4. Renk Bileseni

• Seffafligin birimidir
• Transparan nesneleri (cam, su, vb.) taklit eder
• Nerede kullanilir
• Görüntülerin renklerini birlestirmede (blending)
• Örtüsme-önlemede (antialiasing)
• Eger blending etkin degilse göz ardi edilir
• glEnable( GL_BLEND )

106
Blending

• Çerçeve tamponunda bulunan degerler ile yeni
  çizilecek degerleri birlestirir.
• glBlendFunc( src, dst )

107
Antialiasing (Örtüsme Önleme)

• Egik çizgilerdeki çentikli görüntüyü azaltir
• glEnable( mode )
• GL_POINT_SMOOTH
• GL_LINE_SMOOTH
• GL_POLYGON_SMOOTH
• Hem RGBA hem de Indexed-Color renk tipinde
  çalisabilir.
• Görüntü kalitesi ile hiz arasinda seçim yapmak
  için glHint(target, hint) kullanilabilir.
• GL_NICEST, GL_FASTEST, GL_DONT_CARE

108
Fog

• Atmosfer efektlerini tanimlayan genel bir
  terimdir. Sis, buhar, duman, hava kirliligi gibi
  durumlari temsil etmek için kullanilir.
• Görüntüyü daha dogal yapmak için kullanilir.
  Nesneler uzaklastikça görüntü soldurulur.
• Fog aktif hale gelince, nesneler görüs alanindan
  uzaklastikça fog rengi kullanarak
  soluklastirilir.
• Görsel simülasyon uygulamalarinda kisitli görüntü
  elde etmek için Fog kullanimi gereklidir.
  Özellikle uçak simülatörlerinde siklikla
  kullanilir.
• Karmasik simülasyon programlarinda fog kullanmak
  performansi artirici etki yapar. Çünkü uzakta
  oldugu için görünmeyen nesneleri çizmeye gerek
  duyulmaz.

109
Fog Modlari

• Linear Fog Mode
• Depth Cueing (derinlik isareti) efektleri için
  kullanilir. Gözün baslangiç ve bitis uzakliklari
  arasi fog rengi ile harmanlanir.
• Exponential Fog Mode
• Sis, buhar, duman gibi daha dogal çevresel
  efekleri vermek için kullanilir. Bu modda fog
  yogunlugu (density) gözden uzaklastikça
  exponansiyel olarak arttirilir.

110
Fog Denklemleri

• Fog, bir fog rengi ile nesnenin rengini fog
  karisim faktörünü kullanarak birlestirir. Bu
  faktör asagidaki üç denklemden biri kullanilarak
  hesaplanir ve 0-1 araligina indirgenir.
• GL_LINEAR fog denklemi
• GL_EXP fog denklemi
• GL_EXP2 fog denklemi
• Z parçanin foglanmaya basladigi göz
  koordinatlari uzakligi.

111
Fog Kullanimi

• glEnable(GL_FOG) Fog etkin hale getirilir.
• glFog(pname, param) Yogunlugu kontrol etmek
  için renk ve denklem seçimi yapilir.
• pname GL_FOG_MODE ise param GL_LINEAR, GL_EXP
  veya GL_EXP2 olur
• pname GL_FOG_DENSITY, GL_FOG_START veya
  GL_FOG_END ise param sayisal bir degerdir.
  Varsayilan degerler sirasiyla 1, 0 ve 1dir.
• glHint() GL_NICEST, GL_FASTEST, GL_DONT_CARE

112
Fog Örnegi
113
Çerçeve Tamponu
114
Çerçeve Tamponu Siralamasi
Karistirma Titreklik
115
Makas Testi

• Dikdörtgen biçiminde bir alan tanimlanarak bunun
  içinde kalan kesimlerin çizilmesi saglanir.
• glScissor( x, y, w, h )
• glEnable( GL_SCISSOR_TEST )
• Disarida kalan fragmentler kirpilir.
• Bir viewportun küçük bir bölümünün güncellenmesi
  için kullanislidir.
• glClear() islemlerini etkiler.

116
Alfa Testi

• Pikselleri alfa degerlerine göre kabul etme veya
  reddetme
• glAlphaFunc( func, value )
• glEnable( GL_ALPHA_TEST )
• func asagidakilerden biri olabilir
• GL_NEVER GL_LESS
• GL_EQUAL GL_LEQUAL
• GL_GREATER GL_NOTEQUAL
• GL_GEUQAL GL_ALWAYS

117
Sablon Tamponu

• Sablon tamponundaki degerler ile çizimi kontrol
  etmek için kullanilir
• Sablon testinde basarisiz olan parçalar çizilmez
• Örnek sablon tamponunda bir maske olustur ve
  sadece bu maske disinda kalan nesneleri çiz.

118
Sablon Tamponu Kullanimi

• glStencilFunc( func, ref, mask )
• func karsilastima fonksiyonunu kullanarak sablon
  tamponundaki degeri ref degeri ile karsilastirir
• func alfa testinde de kullanilan karsilastirma
  fonksiyonlarindan biri olabilir.
• Sadece mask maskesinde 1 olan bitlere uygulanir.
• glStencilOp( fail, zfail, zpass )
• Sablon tamponundaki degerlerin sablon testinde
  basari, derinlik testinde basarisizlik ve
  derinlik testinde basari durumlarinda nasil
  güncellenecegini belirler GL_KEEP, GL_ZERO,
  GL_REPLACE,

119
Bir Maske Yaratmak

• glInitDisplayMode( GLUT_STENCIL )
• glEnable( GL_STENCIL_TEST )
• glClearStencil( 0x0 )
• glStencilFunc( GL_ALWAYS, 0x1, 0x1 )
• glStencilOp( GL_REPLACE, GL_REPLACE,
  GL_REPLACE )
• maskeyi çiz

120
Sablon Maskesini Kullanmak

• stencil 1 olan nesneleri çiz
• glStencilFunc( GL_EQUAL, 0x1, 0x1 )
• stencil ! 1 olan nesneleri çiz
• glStencilFunc( GL_NOTEQUAL, 0x1, 0x1 )
• glStencilOp( GL_KEEP, GL_KEEP, GL_KEEP )

121
Dithering (Titreklik)

• Renkleri daha iyi görünmeleri için titretir.
• Az renk içeren uygulamalarda daha fazla renk
  varmis gibi gösterme teknigidir. Örnegin sadece
  siyah beyaz basilan gazetelerde fotograflar
  görüntülenirken gri tonlar siyah noktalarin
  sikligina göre belirlenir.
• glEnable( GL_DITHER )

122
Pikseller üzerinde mantiksal islemler

• Renk tamponunda var olanlar ile yeni gelen
  fragment degerlerini mantiksal islemler
  kullanarak birlestirme
• glLogicOp( mode )
• Genel Modlar
• GL_XOR
• GL_OR
• GL_AND
• GL_NOR
• GL_COPY
• GL_INVERT

glEnable(GL_COLOR_LOGIC_OP) glEnable(GL_INDEX_LOGI
C_OP)
123
Biriktirme Tamponu

• Renk tamponlarinin bir araya getirilmesi
  sorunlari
• Sinirli renk çözünürlügü
• Kenetlemek (clamping)
• Dogruluk kaybi
• Biriktirme tamponu kayan nokta renk tamponu
• Sahneler biriktirme tamponunda biriktirilir
• Daha sonra sonuçlar çerçeve tamponuna aktarilir

124
Biriktirme Tamponu Uygulamalari

• Birçok Görüntüyü tek Görüntüde birlestirme
• Tüm sahne için Antialiasing
• Belirli bir nesneye odaklanma
• Filtreleme
• Hareket eden nesnenin bulanikligi

125
Biriktirme Tamponunun Kullanimi

• glAccum( op, value )
• Islemler
• Biriktirme tamponunda GL_ADD, GL_MULT
• Okuma tamponunda GL_ACCUM, GL_LOAD
• Yazma tamponuna geri aktarma GL_RETURN
• glAccum(GL_ACCUM, 0.5)
• Okuma tamponundaki her degeri (R,G,B,A) 0.5 ile
  çarpar ve biriktirme tamponuna ekler.
• ACCUM yerine LOAD olursa, ekleme yerine
  degistirme.
• ADD ve MULT biriktirme tamponunda islem yapar ve
  sonuçlar yine biriktirme tamponuna islenir.

126
Ileri Seviye OpenGL Konulari
127
Multi-pass Rendering

• Blending allows results from multiple drawing
  passes to be combined together
• enables more complex rendering algorithms

Example of bump-mapping done with a
multi-pass OpenGL algorithm
128
GPUs and GLSL

• Over the past few years, graphical processing
  units (GPUs) have become more powerful and now
  are programmable
• Support first through OpenGL extensions and
  OpenGL Shading Language (GLSL)
• Incorporated in OpenGL 2.0

129
OpenGL Pipeline Revisited
Texture Memory
texels
CPU
vertices
vertices
fragments
Fragment Processing
Geometry Processing
Rasterization
pixels
Frame Buffer
130
Geometry Processing

• Coordinate Transformations
• Primitive Assembly
• Clipping
• Per-vertex lighting
• Programmable through a vertex program or vertex
  shader

131
Rasterizer

• Outputs fragments (potential pixels) that are
  interior to primitives
• Interpolates colors, depth, texture coordinates,
  and other per vertex variables to obtain values
  for each fragment
• Not programmable

132
Fragment Processing

• Assigns color to each fragment and updates frame
  buffer
• Handles hidden surface removal, texture mapping,
  and blending
• Programmable through fragment program or fragment
  shader

133
GLSL

• OpenGL Shading Language
• C like language for writing both vertex and
  fragment shaders
• Adds matrix and vector data types overloading
  of operators
• OpenGL state variables available to shaders
• Variables can be passed among shaders and
  applications

134
Vertex Shader Applications

• General Vertex Lighting
• Off loading CPU
• Dynamic Meshes
• Morphing
• Additional Application Specific Vertex Attributes

135
Vertex Shader Execution
136
Fragment Shader Applications

• Per Fragment Lighting
• Bump Maps
• Environment Maps
• Texture Manipulation
• Shadow Maps

137
Fragment Shader Execution
138
Linking with Application

• In OpenGL application, we must
• Read shaders
• Compile shaders
• Define variables
• Link everything together
• OpenGL 2.0 contains a set of functions for each
  of these steps

139
Advanced Primitives

• Vertex Arrays
• Bernstein Polynomial Evaluators
• basis for GLU NURBS
• NURBS (Non-Uniform Rational B-Splines)
• GLU Quadric Objects
• sphere
• cylinder (or cone)
• disk (circle)

140
Summary / Q A

• Ed Angel
• Dave Shreiner
• Vicki Shreiner

141
On-Line Resources

• http//www.opengl.org
• start here up to date specification and lots of
  sample code
• newscomp.graphics.api.opengl
• http//www.sgi.com/software/opengl
• http//www.mesa3d.org/
• Brian Pauls Mesa 3D
• http//www.cs.utah.edu/narobins/opengl.html
• very special thanks to Nate Robins for the OpenGL
  Tutors
• source code for tutors available here!

142
Books

• OpenGL Programming Guide, 5th Edition
• OpenGL Reference Manual, 4th Edition
• Interactive Computer Graphics A top-down
  approach with OpenGL, 4rd Edition
• OpenGL Programming for the X Window System
• includes many GLUT examples

143
Thanks for Coming

• Questions and Answers
• Ed Angel angel_at_cs.unm.edu
• Dave Shreiner shreiner_at_siggraph.org
• Vicki Shreiner vshreiner_at_sgi.com

144
Course Evaluations

• Please dont forget to tell us what you think
• http//www.siggraph.org/courses_evaluation