PDF de programación - Introducción a la programación en OpenGL

Introducción a la
programación en

OpenGL



¿Qué es OpenGL?
¿Qué es OpenGL?

● Es una interfaz para la generación de gráficos

(Graphics rendering API)

● Imágenes de alta calidad generadas a partir de

primitivas geométricas.

● Independiente del sistema de ventanas

● Independiente del sistema operativo.



¿Qué es OpenGL?
¿Qué es OpenGL?

● Inicialmente desarrollado por Silicon Graphics

Inc.

● OpenGL es controlado por Khronos group,

algunos de sus miembros son:
● AMD/ATI, Apple Inc., Ericsson, Google, Intel

Corporation, Motorola, Nokia, Nvidia, Samsung
Electronics, Sony Computer Entertainment,
Oracle/Sun Microsystems, Epic Games (Unreal
Engine/Gears of War)



¿Qué NO es OpenGL?
¿Qué NO es OpenGL?

● Un sistema de ventanas.
● Un manejador de eventos.
● Un sistema de animación de objetos.
● Un sistema que controla la interacción entre

objetos.

● Un sistema de base de datos de objetos

tridimensionales.

● Etc.



¿Que provee OpenGL?
¿Que provee OpenGL?

● Un conjunto de funciones que controlan la

configuración del sistema de dibujado.
● Un sistema de proyección que permite

especificar objetos en 3 dimensiones y llevarlos
a coordenadas de pantalla.

● Un conjunto de funciones para realizar

transformaciones geométricas que permiten
posicionar los objetos en el espacio.

● … y pocas cosas más!



Otras librerías
Otras librerías

● GLU (OpenGL Utility Library) es un conjunto de

funciones que simplifican el uso de OpenGL
para especificar la visual, construcciones
simplificadas de superficies cuadráticas (entre
otras cosas).

● SDL: (Simple DirectMedia Library): es una

librería multimedia multiplataforma que ofrece
funcionalidad para manejo de ventanas, lectura
de teclado, reproducción de sonido, etc.



Algo de Historia
Algo de Historia

● 1980s

● Los fabricantes de hardware gráfico no seguían

ningún estándar. Era el trabajo de los
programadores dar soporte a cada pieza de
hardware

● Fines de los 80s y principio de los 90s

● Silicon Graphics (SGI) es el líder en gráficos 3D. Su

librería IrisGL es considerada “state-of-the-art”
● Ingresan al mercados nuevos proveedores de

hardware 3D y se debilita la posición de SGI

● Se decide convertir IrisGL en un estándar abierto



Algo de Historia
Algo de Historia

● 1990

● Comienza desarrollo de OpenGL
● Comienza la colaboración SGI – Microsoft

● 1992

● Se completa OpenGL 1.0 (30 de junio)
● Curso de OpenGL en SIGGRAPH '92
● SGI lidera la creación del OpenGL Architecture

Review Board (OpenGL ARB), grupo de empresas
que mantendrían y extenderían la especificación de
OpenGL



Algo de Historia
Algo de Historia

● 1995

● Se completa OpenGL 1.1

– Soporte de texturas en GPU

● Microsoft lanza Direct3D, que se convertirá en el

principal competidor de OpenGL

● 1996

● Se hace pública la especificación de OpenGL

● 1997

● Fahrenheit: Acuerdo entre SGI y Microsoft para
unir OpenGL a Direct3D. El proyecto aborta poco
tiempo después



Algo de Historia
Algo de Historia

● 1998

● Se completa OpenGL 1.2

– Texturas volumétricas (entre otras funcionalidades)

● 2000

● OpenGL se hace accesible como código abierto

● 2001

● Se completa OpenGL 1.3

– Multi-texturas (entre otras funcionalidades)



Algo de Historia
Algo de Historia

● 2002

● Se completa OpenGL 1.4

– Soporte para sombreado por hardware, generación
automática de MipMap (entre otras funcionalidades)

● 2003

● Se completa OpenGL 1.5

– Vertex Buffer Objects: VBO (entre otras funcionalidades)

● Microsoft abandona OpenGL ARB



Algo de Historia
Algo de Historia

● 2004

● Se completa OpenGL 2.0

– Se introducen Pixel y Vertex Shaders
– Definición del OpenGL Shading Language (GLSL)

● 2006

● Se completa OpenGL 2.1

– Soporte para Pixel Buffer Objects: PBO (entre otras

funcionalidades)

● ARB transfiere el control de OpenGL a Khronos

Group.



Algo de Historia
Algo de Historia

● 2007-2009

● Se completa OpenGL 3.0

– Mejora del lenguaje de shaders
– CUDA: procesamiento masivo con procesadores de

propósito general en la GPU (120+)

● Surge OpenGL ES

– Definición de un API común para la versión de

dispositivos móviles

● Surge OpenCL

– Framework para escribir programas que se ejecutan en

plataformas heterogéneas de CPUs, GPUs y otros
procesadores



Algo de Historia
Algo de Historia

● 2010

● Se completa OpenGL 4.0

– GLSL 4.0 (entre otras funcionalidades)

● 2011

● Surge WebGL 1.0

– API de gráficos 3D de bajo nivel para la web, accesible a

través del elemento Canvas en HTML5

– Basado en OpenGL ES 2.0
– Apple (Safari), Google (Chrome), Mozilla (Firefox) y

Opera (Opera) son miembros del WebGL Working Group

● Se completa OpenGL 4.2



Algo de Historia
Algo de Historia

● 2012

● Se completa OpenGL 4.3

● 2014

● Se completa OpenGL 4.4 (versión actual)
● Varias especificaciones:

– OpenGL ES 3.1, WebCL 1.0, OpenCL 2.0 (entre otras)



Notas Generales
Notas Generales

● La forma en la que se trabaja es dibujando una
secuencia de imágenes estáticas. Cada una de
dichos fotogramas las llamaremos “frame”, está
compuesto por la información de color de cada
pixel que conforma la imagen.

● La porción de memoria en donde se almacena
el frame se llama “colorBuffer” (o “frameBuffer”).

● El contenido del colorBuffer es el que se

muestra en pantalla.



Notas Generales
Notas Generales

● El funcionamiento general de los dispositivos
gráficos de salida (monitor CRT/LCD, cañón,
etc.) está basado en que la información gráfica
se muestra como un barrido de arriba hacia
abajo y de izquierda a derecha.

● El intervalo de tiempo entre que se dibuja el

último pixel de la última línea y se pasa a
dibujar el primer pixel de la primer línea se
llama “Vertical Blanking Interval”.
● La acción se suele llamar “Vertical Retrace”.



Notas Generales
Notas Generales

● En dispositivos antiguos con cantidad de

memoria y poder de cómputo limitados, se
tendía a calcular el siguiente frame durante el
Vertical Blanking Interval.

● De esta manera se evitaba modificar el

colorBuffer al mismo tiempo que se lo estaba
desplegando en pantalla.



Notas Generales
Notas Generales

● Actualmente es común que las aplicaciones

gráficas utilicen más de un colorBuffer. El más
conocido es el “DoubleBuffer”.

● Mientras que un buffer se muestra en pantalla
(front buffer) se dibuja sobre otro (back buffer).

● Cuando el back buffer está listo para ser

mostrado, se hace un “swap” entre las
referencias a donde comienza el front y el back
buffer (sin hacer un intercambio físico de pixels).



Notas Generales
Notas Generales

● Cuando el swap de buffers no se hace

sincronizado con el vertical retrace, lo que
ocurre es que mientras se está mostrando un
cierto frame, se pasa a mostrar el siguiente
frame.

● El artefacto gráfico resultante se lo llama

“Tearing”



Notas Generales
Notas Generales

● Ejemplo de “Tearing”



Notas Generales
Notas Generales

● La forma de trabajar con una librería gráfica es

indicarle que dibuje una serie de primitivas
gráficas. Cada primitiva (de forma individual) al
dibujarse hace que se actualice el color buffer.

● No se puede garantizar un orden total entre

primitivas con respecto a la profundidad, por lo
que potencialmente no existe una secuencia en
la que todas las primitivas se dibujen con su
profundidad correcta.



Notas Generales
Notas Generales

● La alternativa es hacer un chequeo de

profundidad a nivel de pixel. A ésto se lo conoce
como Z-buffer

● Al intentar dibujar un nuevo pixel en el buffer de
color, se chequea que la profundidad sea menor
a la que se encuentra en el Z-buffer:
● Si es menor se dibuja el pixel y se actualiza el z-

buffer.

● En caso contrario no se pinta el pixel.



Notas Generales
Notas Generales

● Ejemplo de uso de Z-Buffer



SDLSDL

● Presenta varios sub-sistemas que pueden ser

inicializados de forma independiente.
● En el ejemplo se presenta la inicialización del sub-

sistema de video.

If( SDL_Init(SDL_INIT_VIDEO) == -1 )
{
fprintf( stderr, “[Video Error]: %s\n”, SDL_GetError() );
}



SDL 1.2
SDL 1.2

● Para configurar el modo de video y resolución
se debe utilizar la función SDL_SetVideoMode.
● Se puede configurar a SDL para dibujar con

OpenGL en vez de usar las primitivas de SDL.

If( SDL_SetVideoMode(640,480,32,SDL_OPENGL) == NULL )
{
fprintf( stderr, “[Video Error]: %s\n”, SDL_GetError() );
SDL_Quit();
Exit(1);
}



SDL 2.0
SDL 2.0

● Si se está utilizando SDL 2.0 se utiliza la

función SDL_CreateWindow() seguido de
SDL_GL_CreateContext().

SDL_Window* window = SDL_CreateWindow("Title",

SDL_WINDOWPOS_CENTERED,
SDL_WINDOWPOS_CENTERED,640,480,SDL_WINDOW_OPENGL)

if(window == NULL){

fprintf( stderr, “[Video Error]: %s\n”, SDL_GetError() );
SDL_Quit();
exit(1);

}
SDL_GLContext glContext = SDL_GL_CreateContext(window);
if(window == NULL){


fprintf(stderr,“[GL Context Error]: %s\n”,SDL_GetError() );
SDL_Quit();
exit(1);



}



SDL 2.0
SDL 2.0

● Luego de haber terminado la ejecución del

programa, para liberar la memoria asociada al
contexto de OpenGL se debe invocar
SDL_GL_DeleteContext().

SDL_GL_DeleteContext(glcontext);

● SDL 2.0 puede intercambiar entre modo

ventana y fullscreen sin perder el contexto de
OpenGL.



SDLSDL

● SDL_Quit(): Libera todos los recursos usados

por SDL.
SDL_PollEvent(&evento): se fija si ha
sucedido algún evento y devuelve
inmediatamente. En evento.type está el tipo de
evento sucedido.

● Uint8* SDL_GetKeyState(NULL): devuelve el

estado completo del teclado en un array. Se
pueden utilizar constantes de SDL para
especificar las posiciones en dicho array.
● Ej: SDLK_a se corresponde con la tecla “a”



SDL Swap Buffers
SDL Swap Buffers

● La forma de indicar el intercambio entre el front
buffer y el back buffer se implementa diferente
segú