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Modellazione Gerarchica 1Informatica Grafica
Gerarchie di Oggetti
Tutti i sistemi avanzati di grafica (PHIGS, OpenGL, DirectDraw, …) permettono di definire un modello come una gerarchia di oggetti.
Il libro usa come riferimento il sistema SPHIGS (Simplified PHIGS), noi useremo OpenGL.
Una gerarchia è una collezione di oggetti organizzata in una struttura ad albero o DAG
Modellazione Gerarchica 2Informatica Grafica
Modellazione Geometrica
Per rappresentare i nostri oggetti useremo un modello geometrico.
Utile a rappresentare:» Organizzazioni nello spazio e forma di componenti» Connessioni e topologia degli oggetti» Valori e proprietà dei componenti
I modelli spesso hanno struttura gerarchica legata alla loro costruzione bottom-up o top-down.
Modellazione Gerarchica 3Informatica Grafica
Modelli Gerarchici Ogni oggetto è composto da altri oggetti più semplici.
Esempio robot con struttura a DAG (a) od albero (b):
Modellazione Gerarchica 4Informatica Grafica
Retained-Mode Graphics OpenGL lavora in immediate-mode (eccetto le
display lists):1) definizione primitiva2) visualizzazione3) cancellazione primitiva
Molti altri sistemi (PHIGS, OpenInventor, …) tengono traccia (in un database interno) di tutte le primitive (retained-mode). Questo permette modifiche ed aggiornamenti successivi che sono meno immediati con OpenGL.
Modellazione Gerarchica 5Informatica Grafica
Modelli Gerarchici in OpenGL
Modelli gerarchici si modellano in OpenGL usando la matrice GL_MODELVIEW, il suo stack e (spesso) le display lists.
Ogni oggetto semplice viene modellato nelle sue coordinate e poi immesso nel disegno complessivo applicandogli una serie di trasformazioni.
Permette di riutilizzare una stessa primitiva in più parti del modello
Modellazione Gerarchica 6Informatica Grafica
Display List (1)
Gruppo di comandi OpenGL memorizzati per essere usati in seguito. Utili sia per efficienza che per poter riutilizzare gli oggetti.
Comandi fondamentali:int glGenLists(GLsizei range) Alloca range indici di display
list
void glNewList(GLuint list, GLenum mode) Specifica l’inizio di una lista. Tutti i comandi fino a glEndList() finiscono nella display list.
2 mode possibili: GL_COMPILE eGL_COMPILE_AND_EXECUTE.
Modellazione Gerarchica 7Informatica Grafica
Display List (2)
I comandi in una display lists non possono essere modificati, poiche la display list viene “compilata” per efficienza. Nella lista vengono memorizzati solo i valori delle espressioni.
Una display list viene eseguita con il comando: glCallList(Gluint list), che esegue tutti i comandi memorizzati nella display list list.
Le display list possono contenere al loro interno altre display list in maniera gerarchica.
Modellazione Gerarchica 8Informatica Grafica
Strada con 3 Case Diverse
Vogliamo disegnare un modello dove abbiamo 3 case.
Assumiamo di avere creato, nella funzione init, una display list casa che disegna la casa 1.
Modellazione Gerarchica 9Informatica Grafica
Programmavoid display( void ){ glCallList(casa);
glLoadIdentity();glTranslatef(8.0, 0.0, 0.0);glRotatef(90.0, 0.0, 1.0, 0.0);glScale3f(2.0, 3.0, 1.0);glCallList(casa);glLoadIdentity();glTranslatef(3.5, 0.0, -2.5);glScalef(0.75, 0.75, 0.75);glCallList(casa);glFlush();
}
Modellazione Gerarchica 10Informatica Grafica
Strutture a 3 Livelli
Se vogliamo avere le tre case con un camino possiamo usare display list gerarchiche
Assumiamo di avere creato, nella funzione init, anche una display list camino che disegna il caminetto.
Modellazione Gerarchica 11Informatica Grafica
Programma OpenGLvoid display( void ){ GLuint casaEcamino = glGenLists(1);
glNewList(casaEcamino, GL_COMPILE);glCallList(casa); glTranslatef(0.25, 2.0, -2.0); glScalef(0.25, 0.25, 0.25); glCallList(camino);glEndList();glCallList(casaEcamino); glLoadIdentity();glTranslatef(8.0, 0.0, 0.0); glRotatef(90.0, 0.0, 1.0, 0.0); glScalef(2.0, 3.0, 1.0); glCallList(casaEcamino); glLoadIdentity(); glTranslatef(3.5, 0.0, -2.5); glScalef(0.75, 0.75, 0.75); glCallList(casaEcamino);glFlush();
}
Modellazione Gerarchica 12Informatica Grafica
Nuovo Programma// Senza usare ulteriori display lists.void disegna_casa (){ glCallList(casa); glTranslatef(0.25, 2.0, -2.0);
glRotatef(-90.0, 0.0, 1.0, 0.0); glScalef(0.25, 0.25, 0.25); glCallList(camino); }
void display( void ){ disegna_casa(); glTranslatef(8.0, 0.0, 0.0);
glRotatef(90.0, 0.0, 1.0, 0.0); glScalef(2.0, 3.0, 1.0);disegna_casa(); glTranslatef(3.5, 0.0, -2.5); glScalef(0.75, 0.75, 0.75); disegna_casa(); glFlush();
}
Modellazione Gerarchica 13Informatica Grafica
(S)vantaggi uso display list Era possibile disegnare lo stesso oggetto senza
usare alcuna display list. Le display list sono efficienti, ma non possono essere modificate.
Molto utili per disegnare parti non modificabili di un disegno, ma non per parti in movimento.
Per disegnare oggetti che si congiungono, useremo spesso le operazioni sullo stack della matrice MODELVIEW.
Modellazione Gerarchica 14Informatica Grafica
Braccio Robot
Esempio di un semplicissimo braccio di robot snodato e ruotabile in 2 punti
Modellazione Gerarchica 15Informatica Grafica
Programma Robot (1)#include <GL/glut.h> #include <stdlib.h>
static int shoulder = 0, elbow = 0;
int main(int argc, char** argv)
{ glutInit(&argc, argv);
glutInitDisplayMode (GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB);
glutInitWindowSize (500, 500);
glutInitWindowPosition (100, 100);
glutCreateWindow (argv[0]);
init (); glutDisplayFunc(display);
glutReshapeFunc(reshape); glutKeyboardFunc(keyboard);
glutMainLoop(); return 0;
}
Modellazione Gerarchica 16Informatica Grafica
Programma Robot (2)void init(void) { glClearColor (0.0, 0.0, 0.0, 0.0); glShadeModel (GL_FLAT); }void display(void) { glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT); glPushMatrix(); glTranslatef (-1.0, 0.0, 0.0); glRotatef ((GLfloat) shoulder, 0.0, 0.0, 1.0); glTranslatef (1.0, 0.0, 0.0); glPushMatrix(); glScalef (2.0, 0.4, 1.0); glutWireCube (1.0); glPopMatrix(); glTranslatef (1.0, 0.0, 0.0); glRotatef ((GLfloat) elbow, 0.0, 0.0, 1.0); glTranslatef (1.0, 0.0, 0.0); glPushMatrix(); glScalef (2.0, 0.4, 1.0); glutWireCube (1.0); glPopMatrix(); glPopMatrix(); glutSwapBuffers(); }
Modellazione Gerarchica 17Informatica Grafica
Programma Robot (3)void reshape (int w, int h){ glViewport (0, 0, (GLsizei) w, (GLsizei) h); glMatrixMode (GL_PROJECTION); glLoadIdentity (); gluPerspective(65.0, (GLfloat) w/(GLfloat) h, 1.0, 20.0); glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glLoadIdentity(); glTranslatef (0.0, 0.0, -5.0);}
Modellazione Gerarchica 18Informatica Grafica
Programma Robot (4)void keyboard (unsigned char key, int x, int y){ switch (key) { case 's': shoulder = (shoulder + 5) % 360;
glutPostRedisplay(); break; case 'S': shoulder = (shoulder - 5) % 360; glutPostRedisplay(); break; case 'e': elbow = (elbow + 5) % 360; glutPostRedisplay(); break; case 'E': elbow = (elbow - 5) % 360; glutPostRedisplay(); break; case 27: exit(0); break; default: break; } }
Modellazione Gerarchica 19Informatica Grafica
Robot Completo
Costruiamo un modello di robot composto da:- Tronco- Testa (rotabile sul collo)- 2 Braccia con mano (rotabili sulla spalla)- Pollice indipendente per ogni mano
Modellazione Gerarchica 20Informatica Grafica
Robot
Composizione delle parti:
Modellazione Gerarchica 21Informatica Grafica
Attenzioni
Problemi: siccome ogni pezzo è nelle sue coordinate devo traslare e scalare.
Dove penso che un’operazione sia possibile in futuro metto una matrice da subito.Es.: rotazione della testa.
Nota: il pollice opponibile è dalla stessa parte, ed alla stessa distanza nelle due braccia. Per avere la simmetria il sinistro deve essere ruotato di 180° sull’asse delle Y.
Modellazione Gerarchica 22Informatica Grafica
Gestione Attributi
Determinati dinamicamente durante la visita. Ogni specifica di un attributo ha valore per
tutto il programma, a meno di una riassegnazione.
In OpenGL è possibile, allo stesso modo delle matrici, salvare gli attributi in uno stack per poi recuperarli.
Modellazione Gerarchica 23Informatica Grafica
Comandi per Attributi
I comandi per salvare e recuperare i valori degli attributi sono:
void glPushAttrib(GLbitfield mask);void glPopAttrib(void);
Ci sono oltre 20 mask diverse che servono a specificare diversi insiemi di attributi. Esempio: GL_COLOR_BUFFER_BIT, GL_ALL_ATTRIB_BIT
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