PDF de programación - Herramientas de software libre para el desarrollo de aplicacion 3D en tiempo real

Herramientas de software libre para el desarrollo de

aplicaciones de visualización 3D en tiempo real

Antonio Seoane ([email protected])



II Xornadas de informática gráfica e software libre. FIC 2007

Excepto los logotipos e imágenes,
que son propiedad de sus
respectivos autores o fabricantes

Contenido

Introducción

Herramientas de desarrollo de aplicaciones 3D

– Frameworks
– Scenegraphs
– Motores gráficos



II Xornadas de informática gráfica e software libre. FIC 2007

Excepto los logotipos e imágenes,
que son propiedad de sus
respectivos autores o fabricantes

Introducción

• Visualización en tiempo real:

Implica generar al menos 15 imágenes por segundo

Permite la interacción con el usuario

• Visualización 3D en tiempo real:

Permite el desarrollo de nuevos tipos de aplicaciones y ofrece muchas
ventajas: mayor realismo, mejor visualización, etc.

Campos de aplicación:

• Videjuegos: mercado de gran importancia en el sector del entretenimiento
• Simulación y entrenamiento
• Educación o divulgación
• Visualización científica: p.e. en medicina
• Etc.



II Xornadas de informática gráfica e software libre. FIC 2007

Excepto los logotipos e imágenes,
que son propiedad de sus
respectivos autores o fabricantes

Introducción

¿Que software que interviene o necesitamos en el desarrollo de

aplicaciones 3D?



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Introducción:
Sistema Operativo

Sistema operativo

Sistema Operativo



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Introducción:
Sistema Operativo

• Sistema operativo:

– Software libre: Linux, FreeBSD, etc.

– Software propietario: Windows, MacOS, etc.

– El SO permite el acceso al hardware gráfico mediante los controladores

instalados en el sistema

– En el desarrollo de aplicaciones 3D:

• Cualquier SO habitual (al menos Linux y Windows) es bueno para el desarrollo de

aplicaciones 3D de alta calidad

• Desde el punto de vista del software libre, hay SO abiertos, pero…:

¿Existen controladores abiertos, con un buen rendimiento, que permitan el acceso al
hw gráfico más potente y actualizados frecuentemente?



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Introducción:
APIs

APIs (Application Programming Interfaces)

API

Sistema Operativo



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respectivos autores o fabricantes

Introducción:
APIs

• APIs para el desarrollo de aplicaciones gráficas:

– Proporcionan un conjunto de funciones para dibujar geometría, y

especificar su apariencia (color, textura, etc) utilizando para ello el hw
gráfico del sistema

– Dos alternativas:



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Introducción:
APIs

• DirectX (www.microsoft.com/directx)

– Desarrollado por Microsoft

– Software cerrado pero gratuito

– API más utilizado en el desarrollo de videojuegos

– Versiones más recientes:

• DirectX9 (Windows XP o Vista)
• 2006: DirectX10 (requiere Windows Vista)

– El diseño de DirectX10 se realizó en conjunto con desarrolladores de hardware,
especialistas en visualización, desarrolladores de juegos; con el fin de solucionar
los cuellos de botella más importantes y cubrir las nuevas necesidades de los
desarrolladores

– Actualmente es el API más evolucionado

– Mucho software libre está desarrollado sobre DirectX



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Introducción:
APIs

• DirectX

Ventajas:

• Evolución rápida

• API muy completo y documentado

• Lenguaje para el desarrollo de shaders muy potente (mucho más completo

que el de OpenGL)

Inconvenientes:

• No es portable, sólo para desarrollar aplicaciones sobre Windows o Xbox



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Introducción:
APIs

• OpenGL (http://www.opengl.org):

– Desarrollado por SGI

– Especificación abierta, pero normalmente la implementación utilizada es cerrada

y proporcionada por el desarrollador del hardware

– Portable: Windows, Linux, FreeBSD, MacOS, Irix, HP-UX, etc.

– Versión más reciente: OpenGL 2.1

– Muy utilizado en simulación y en el desarrollo de aplicaciones científicas,

principalmente porque:

• Las máquinas utilizadas hace años en simulación no utilizaban Windows y no había

hardware gráfico de consumo potente

• Fue el primer API gráfico y debido a que se trata de una especificación abierta, fue

adoptada rápidamente por los fabricantes



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Introducción:
APIs

• OpenGL:

Ventajas:

• Portable
• Especificación abierta
• Bien documentado

Inconvenientes:

• Debido a la política de añadir extensiones comunes y de fabricantes comunes:

– API confuso, debido al conjunto de tokens repetidos y extensiones no compatibles
– Necesidad de inicializar extensiones manualmente
– Mucha burocracia en la evolución de la especificación

• Evolución lenta en los últimos años: DirectX ha evolucionado mucho más rápido
• Evolución incierta:

– SGI deja el control del desarrollo de OpenGL en manos del Khronos Group
– Muchos cambios futuros, y posibles nuevos estándares (OpenGL ES)
• Lenguaje de definición de shaders más limitado que el de DirectX



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Introducción:
Framework, toolkit, scenegraph o engine

Framework, toolkit, scenegraph o engine:

– Proporcionan funcionalidades de alto nivel: visualización, carga de modelos 3D,

etc

– Nos permite manejar una escena 3D y visualizarla

Framework, Toolkit, Scenegraph, Engine

API: OpenGL/DirectX

SO: Windows/Linux/MacOS



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Introducción:
Aplicación

Aplicación:

– Funcionalidades específicas de nuestra aplicación

Aplicación

Framework, Toolkit, Scenegraph, Engine

API: OpenGL/DirectX

SO: Windows/Linux/MacOS



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Introducción

Pero ademas…

Aplicación

Framework, Toolkit, Scenegraph, Engine

API: OpenGL/DirectX

SO: Windows/Linux/MacOS



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Introducción

Pero ademas… la aplicación utiliza distintos tipos de datos:

modelos 3D, texturas, escenas, shaders, etc.

Aplicación

Framework, Toolkit, Scenegraph, Engine

DATOS

API: OpenGL/DirectX

SO: Windows/Linux/MacOS



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Introducción

Y…

Aplicación

Framework, Toolkit, Scenegraph, Engine

DATOS

API: OpenGL/DirectX

SO: Windows/Linux/MacOS



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Introducción

Y… hay que crear dicho contenido:

Necesitamos herramientas de creación de contenido digital (DCC)

Aplicaciones

DCC

Aplicación

Framework, Toolkit, Scenegraph, Engine

DATOS

API: OpenGL/DirectX

SO: Windows/Linux/MacOS



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Excepto los logotipos e imágenes,
que son propiedad de sus
respectivos autores o fabricantes

Introducción:
Creación de contenido digital

• Contenido digital de una aplicación 3D:

– La información visualizada es tan importante como la calidad de

visualización

– Un motor con unas capacidades impresionantes no sirve de nada si no

hay nada que mostrar

– El desarrollo del software libre se ha centrado en el desarrollo de

herramientas para la visualización, pero no para crear el contenido que
se visualiza



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respectivos autores o fabricantes

Introducción:
Creación de contenido digital

• Software de creación de contenido digital:

– Genérico:

• Comerciales: XSI, Max, Maya, etc.
• Código abierto: Blender, etc.

– Creadores de mundos: específicos de cada motor
– Editores de shaders:

• Gratuitos: Nvidia FX Composer, ATI Rendermonkey

• Problema: escasísimo número de herramientas de software libre

para la creación de contenido digital:
– Blender es el más popular
– No hay editores de shaders
– Muchos motores gráficos de software libre, pero.. Sin herramientas de

edición de escenas o mundos (empiezan a aparecer ahora)



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respectivos autores o fabricantes

Herramientas de desarrollo de aplicaciones 3D

• Requisitos de una herramienta avanzada para el desarrollo de

aplicaciones de visualización 3D en tiempo real

• Generales: diseño orientado a objetos, documentacion, etc.
• Scripting
• Editores de escenas
• Física: detección de colisiones, física de