Display list e scene graph

Display list e scene graph Daniele Marini Dipartimento di Informatica e Comunicazione

Display List • Per poter gestire eventi e interazione è necessario tener traccia della struttura dati grafica generata dal programma e modificata dalla interazione È più difficile cancellare che disegnare!

Display list - origini • Origine nei sistemi grafici pre-workstation • Registrare in una memoria dedicata (display memory) del display processor le istruzioni a basso livello (nella forma di diplay file o display list) per generare il disegno sul monitor • Si distingueva tra monitor a memoria (storage) e monitor refresh (raster) • Negli storage la DL poteva essere rimossa, nei refresh la DL doveva venire attraversata a ≈ 50 Hz

Display list - client server • Oggi il display processor è un server grafico (GPU) e il programma applicativo può essere in esecuzione su un client • Il bottleneck non è tra host e DP, ma tra server e client, occorre ottimizzare il traffico - due modalità di display: • Modo immediato (immediate mode)- la primitiva grafica viene inviata al server al momento in cui è definita, e non se ne conserva memoria; per ridisegnarla il programma deve eseguire nuovamente l’istruzione che genera la primitiva • Modo differito (retained mode)

Display list - client server • Modo differito (retained mode) - la descrizione della primitiva viene posta in una display list che risiede nel server grafico, la DL viene attraversata su richiesta del client per ridisegnare la figura • Vantaggi: • minor traffico di rete • Il client sfrutta le performance grafiche del server • Si tiene memoria della figura per successive modifiche e interazione • Svantaggi: • Costo di memoria

OGL e Display list Creazione: glNewList, glEndList #define BOX 1 /* definisce un quadrato, attribuisce il nome BOX e il numero 1 */ glNewList(BOX, GL_COMPILE); glBegin(GL_POLYGON); glColor3f(1.0, 0.0, 0.0); glVertex2f(-1.0, -1.0); glVertex2f(1.0, -1.0); glVertex2f(1.0, 1.0); glVertex2f(-1.0, 1.0); glEnd(); glEndList;

GL_COMPILE flag - indica al sistema di inviare la display list al server ma di non visualizzare la struttura BOX GL_COMPILE_AND_EXECUTE il display è immediato Per disegnare la struttura si esegue la funzione: glCallList(BOX); Cambiando attributi alla struttura o modificando i parametri di window, viewport, o di proiezione ed eseguendo la glCallList la figura viene disegnata modificata, es: glMatrixMode(GL_PROJECTION; For (i=1 ; i<5 ; i++) { glLoadIdentity(); gluOrtho(-2.0*i.2.0*i,-2.0*i;2.0*i); glCallList(BOX); } Ad ogni iterazione il BOX viene ridisegnato con una differente finestra di clipping

La display list viene usata in modo massiccio per programmi di modellazione geometrica, per modificare gli oggetti si usano matrici e attributi che possono essere nidificate con una gestione a stack: glPushAttrib(GL_ALL_ATTRIB_BITS); glPushMatrix(); Occorre ricordare la struttura a stati del sistema ed evitare che gli atttributi e le trasformazioni modificate si ripercuotano su oggetti in modo indesiderato perciò si sfrutta la struttura a stack: glPopAttrib(); glPopMatrix();

Si possono gestire più liste contemporaneamente: glGenLists(number); permette di creare liste con identificatori consecutivi, restituendo il primo intero di number disponibile, sono consecutivi corrispondenti a label non ancora usate; glCallLists permette di eseguire, visualizzandole contemporaneamente, tutte le liste definite (es. gestione del testo con display list, paragrafo 3.4.2 Angel)

Modelli gerarchici • Una scena complessa può essere descritta da un grafo (es. un albero) • ad ogni nodo del grafo sono associate trasformazioni e proprietà di apparenza degli oggetti della scena

Istanze • Un modello gerarchico può essere composto da più parti uguali poste asemblati in posizioni diverse • L’oggetto è definito in un sistema di riferimento locale (local coordinate system - object frame) e posizionato nel riferemento globale (world coordinate system - world frame)

Istanze • Per passare da local a world si usa la concatenazione di trasformazioni M=TRS glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glLoadIdentity(); glTranslate(dx,dy,dz); glRotate(angle,rx,ry,rz); glScale(sx,sy,sz); gluSolidCUbe(side); • Per ogni istanza occorre salvare lo stato globale e recuperarlo dopo averla istanziata con push e pop matrix (ed eventualmente attribute)

Strutture gerarchiche • Si pensi a un semplice braccio articolato composto da una base su cui può ruotare con due gradi di libertà un primo braccio legato al quale può ruotare (con due gradi di libertà) un secondo braccio: display() { glRotate(theta,0.0,1.0,0.0); base(); glTranslate(0.0,h1,0.0); glRotate(phi,0.0,0.0,1.0); lower_arm(); glTranslate(0.0,h2,0.0); glRotate(psi,0.0,0.0,1.0); upper_arm(); }

Strutture gerarchiche • La struttura può essere simbolicamente rappresentata come albero • Ogni nodo ha una struttura: puntatore alla funzione, trasformazione omogenea, puntatore al figlio base lower_arm upper_arm Draw M child child

Strutture gerarchiche • Per disegnare una struttura gerarchica occorre attraversare l’albero, a ogni nodo si applica la trasformazione omogenea e si visualizza l’oggetto • Le trasformazioni devono essere gestite con lo stack

Attraversamento dell’albero • Struttura antropomorfa: • Albero gerarchico:

Matrici

Attraversamento dell’albero antropos(); { glPushMatrix(); torso(); glTranslate(…); glRotate3(…); head(); glPopMatrix(); glPushMatrix(); glTranslate(…); glRotate3(…); left_upper_leg(); glTranslate(…); glRotate3(…); left_lower_leg(); glPopMatrix(); glPushMatrix(); glTranslate(…); glRotate3(…); right_upper_leg(); …

Gestione dell’albero • La struttura dell’albero viene gestita dal programma applicativo, OGL non offre primitive. • La struttura generale:

Scene graph • Una scena complessa oltre alla struttura gerarchica di modellazione e relative matrici, comprende attributi degli oggetti (colore, texture etc.) • Anche gli attributi vengono gestiti nella struttura ad albero

Scene graph Per distinguere le sottostrutture occorre inserire un nodo “separatore” separator separator

Gestione del Scene graph • OGL non offre primitive • Esistono API che supportano scene graph, es: VRML, Inventor, Java3D, OpenSceneGraph, Ogre3D • In alternativa occorre sviluppare un proprio codice

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