OpenGL

Grafiikkaohjelmoinnin perusteista reaaliaika-animaatioon

Johdanto

Tämän kirjan tarkoitus on johdattaa OpenGL-ohjelmointirajapinnan käyttöön ja sen avulla myös grafiikkaohjelmointiin yleisesti. Esivaatimuksena on vain alkeellinen C-ohjelmointikielen ja lukiotason geometrian taito: esimerkiksi osoittimia tai matriiseja ei tarvitse ymmärtää.

Ohjelmoijan näkökulmasta OpenGL on rajapinta, jonka avulla voidaan käyttää tietokoneen grafiikkaprosessoria. Samalla se on myös väliohjelmisto, joka helpottaa grafiikkaohjelmoijan työtä. Konkreettisesti OpenGL 1.1 -rajapinta C-ohjelmointikielelle määrittelee 108 komentoa, joista osasta on vielä erikseen versiot erityyppisille lukuarvoille.

OpenGL:n toimintojen listaamisen sijaan kirja keskittyy näyttämään, kuinka asteittain yhä monimutkaisempaa grafiikkaa ohjelmoidaan – teoriapohjaa unohtamatta.

Miksi OpenGL?

OpenGL sopii ensimmäiseksi opeteltavaksi grafiikkarajapinnaksi useasta syystä:

se on runsaasti käytetty standardi ohjelmissa, laitteissa ja opetuksessa
se ei ole sidottu yhteen käyttöjärjestelmään
sen käyttö ei vaadi monimutkaista käyttöjärjestelmän tai ohjelmointikielen saloihin perehtymistä

”Kilpailija” DirectX on osa Microsoftin Windows-käyttöjärjestelmiä, ja sen rajapinta muuttuu jatkuvasti versioiden mukaan. Siksi sitä ei ole juuri syytä käyttää opetustarkoituksessa. RenderMan on puolestaan tehty hitaaseen fotorealistisen elokuvagrafiikan tuottamiseen, eikä ohjelmoijalla siten ole samanlaista välitöntä otetta lopputulokseen.

OpenGL on melko matalan tason rajapinta – siinä piirretään kolmioita eikä asetella 3d-malleja. Sen sijaan voi käyttää valmista grafiikkamoottoria. Esimerkiksi OGREa on käytetty sekä kursseilla että oppikirjoissa. Se edustaa hyvää olioarkkitehtuuria, ja sen opiskelu vaatii hyvät tiedot C++-kielestä. Perehtyminen kestää aikansa: OGREn kehittäjät myöntävät sen olevan suuri ja monimutkainen järjestelmä. Lisäksi on kiistanalaista, opettaako OGREn kaltaisen korkean tason grafiikkakirjaston käyttö varsinaista grafiikkaohjelmointia vai enemmänkin grafiikkaan soveltuvaa olioarkkitehtuuria.

Osa 1: Vektorigrafiikkaohjelmoinnin perusteet OpenGL:n avulla

Pikseleistä perspektiiviprojektioon ja pintakuviointiin.

Ennen tositoimia

OpenGL:n perusteet

Ikkunoita, koordinaatistoja ja muotoja.

Kolmanteen ulottuvuuteen

Asetelmia, kameroita ja matriisipinoja.

Osa 2: Taitojen hiomista

Käytännön taitoja

OpenGL:ssä on valmiita ratkaisuja ongelmiin, joihin grafiikkaohjelmoija törmää usein. Lisäksi tutustutaan muutamaan OpenGL 1.1:n tukemaan optimointikeinoon.

Vaativia efektejä

OpenGL standardista 1.1 eteenpäin; etenkin peleihin sopivia erikoisefektejä.

Laajennusten käyttöönotto
...

Animaatiotekniikoiden esittely

Kolmiulotteiset animaatiotekniikat tarvitsisivat oman kirjansa. Tämän osion tarkoitus on sivistää esittelemällä yleisimpiä tekniikoita.

Liitteet

Sanasto

Aiheesta muualla

The Official Guide to Learning OpenGL, Version 1.1 (tunnetaan nimellä The Red Book)
OpenGL Reference Manual (versioon 1.1, tunnetaan nimellä The Blue Book)
OpenGL 2.1 Reference Pages
The OpenGL Utility Toolkit (GLUT) Programming Interface API Version 3 Specification
NeHe OpenGL Tutorials
Ohjelmointiputka: SDL:n ja OpenGL:n yhteiskäyttö

OpenGL muilla ohjelmointikielillä

CsGL: C# graphics library (OpenGL-sidokset C#-kielelle, vanha)
PyOpenGL: The Python OpenGL Binding
ruby-opengl (OpenGL-sidokset Ruby-kielelle)
Haskell-kielen hierarkisessa kirjastokokoelmassa on valmiina OpenGL 2.1, GLU 1.3 ja GLUT 3.7 -sidokset.

Alustoja OpenGL:lle

GLUT (helpoin, tässä kirjassa käytetty)
freeglut (paranneltu GLUT etenkin Unix-klooneille)
SDL (peleihin, toimii kaikilla kuviteltavissa olevilla alustoilla ja ohjelmointikielillä, paljon käytetty ja varmatoimiseksi hioutunut)
GLFW (uusi ja lupaava)