Open Inventor: Gráficos 3D Orientados a Objetos

Open Inventor
Object-Oriented Computer Graphics
Herling Gonzalez Alvarez
Instituto Colombiano del Petroleo
3 de octubre de 2018
Herling G. A. (ICP-Ecopetrol-Geofı́sica)
Open Inventor - Tutorial
3 de octubre de 2018
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Introducción
OpenInventor fue creado para simplificar el desarrollo de aplicaciones
gráficas. OpenInventor incluye un conjunto de objetos como cubos,
polı́gonos, textos, materiales, cámaras, luces, trackballs, visualizadores, etc.
¿Que se pueden hacer con los objetos?
Definir y manipular formas, tamaños, texturas, materiales etc.
Aplicar y manipular transformaciones de tipo espacial.
Add y remover objetos o sub-conjuntos de objetos.
Representar, salvar, cargar e imprimir objetos.
Permitir el procesamiento entre objetos.
Animar objetos con motores (Engines)
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OpenInventor utiliza OpenGL como estándar a nivel de hardware para el
renderizado de gráficos. Sin embargo, el desarrollo de OpenInventor es
cercano al usuario o de alto nivel.
El modelo de programación de OpenInventor esta basado en objetos,
donde una escena 3D está representada por nodos-objeto (3D scene
database). Cada nodo mantiene una parte de la información y
está compuesto por un conjunto de elementos-dato, llamados campos
(fields), que describen las propiedades del nodo. Un conjunto de nodos
representa una escena gráfica [Wernecke, 1994].
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Scene Graph
Una escena en OpenInventor esta organizada en estructuras (Scene
Graph). Una escena gráfica esta hecha de nodos los cuales representa los
objetos 3D a ser graficados. Las propiedades de los objetos son también
nodos con una determinada jerarquı́a y agrupación.
Group node
Group node
Camera
node
Light
node
Appearance
node
Shape
node
Es decir, los objetos en la escena gráfica forman una estructura de árbol
cuyos objetos son nodos.
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Otro tipo de objeto llamado acción recorre el árbol de la escena gráfica,
con el propósito de revisar cada nodo y ejecutar alguna acción sobre uno
nodo especifico. Donde:
Group node
Un conjunto de objetos-nodos
tiene una estructura jerárquica.
Su recorrido tiene el propósito
de actuar para:
I
I
I
I
I
Renderizar (draw)
Escocer (select)
Buscar
Escribir
etc...
Group node
Camera
node
OpenInventor tiene una:
I
I
Optima y adecuada
estrategia de renderización.
Capacidad de manejar
grandes volúmenes de datos.
Light
node
Appearance
node
Shape
node
Que tipo de Acción? Renderizar y dibujar una escena. Seleccionar un
objeto o geometrı́a de interés, buscar objetos-nodos, etc.
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Nodes
Objetos escena gráfica
I
I
I
I
I
Group - Organiza la escena.
Data - Coordenadas,
volumen,..
Transform - Posición,
rotación,..
Property - Color, textura,..
Shape - Geometrı́a
Position
Direction
Propiedades - fields
I
Light
node
Camera
node
Función miembro “publica”
de la clase (C++). Que
define las propiedades o
estados de cada nodo.
Intensity
Direction
Fields
Creacion de un nodo:
SoSphere * ptrNode = new SoSphere () ;
No es necesario una explicita liberación de memoria de los nodos con
delete [].
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Cada nodo contiene uno o mas campos para almacenar información. Por
ejemplo el nodo SoSphere contiene el campo radius, para definir el radio
de la esfera.
SoExaminerViewer
SoSeparator
SoScale
SoGroup
SoText3
SoSphere SoTranslation SoCube
Los nodos conectados en la escena gráfica pueden ser objetos o
propiedades dentro de una jerarquı́a que cumple un propósito de mayor
complejidad. Los objetos son instancias de las clases Sb* y So*
[Reference-Manual, 1994].
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SoExaminerViewer
SoGroup
SoSeparator
SoScale
SoText3
SoSphere SoTranslation SoCube
Esta figura muestra la relación parental o jerarquı́a de los objetos.
Iniciando en el nodo raı́z, de arriba hacia abajo, y de izquierda a derecha.
De manera consecutiva los nodo-objetos heredan los estado y propiedades
de los nodos en jerarquı́as superiores [Wernecke, 1994].
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SoExaminerViewer
SoGroup
SoCone SoTranslation SoCube
SoXtExaminerViewer *myViewer = new SoXtExaminerViewer(myWindow);
SoGroup *root = new SoGroup;
SoCone *Cone = new SoCone;
SoCube *Cube = new SoCube;
SoTranslation *Move = new SoTranslation;
Move->translation.setValue(4,0,0); //4 units x-direction
root->ref();
//scene root node
root->addChild(Cone);
//append first child object
root->addChild(Move);
//append second object
root->addChild(Cube);
//append third object
myViewer->setSceneGraph(root);
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SoExaminerViewer
SoGroup
SoCube SoTranslation SoCone
SoXtExaminerViewer *myViewer = new SoXtExaminerViewer(myWindow);
SoGroup *root = new SoGroup;
SoCone *Cone = new SoCone;
SoCube *Cube = new SoCube;
SoTranslation *Move = new SoTranslation;
Move->translation.setValue(4,0,0);//4 units x-direction
root->ref();
//scene root node
root->addChild(Cube);
//append first child object
root->addChild(Move);
//append second object
root->addChild(Cone);
//append third object
myViewer->setSceneGraph(root);
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Object-Oriented Constructor
Transform
Camera
Light
Manipulator
Appearance
Timer
Shape
Selection
Separator
Group
Engine
Switch
Callback
Metric
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File: code-iv-01.cc
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
<cstdlib>
<Inventor/Xt/SoXt.h>
<Inventor/nodes/SoCone.h>
<Inventor/nodes/SoCube.h>
<Inventor/nodes/SoGroup.h>
<Inventor/nodes/SoTranslation.h>
<Inventor/Xt/viewers/SoXtExaminerViewer.h>
int main(int argc, char* argv[]) {
Widget myWindow = SoXt::init(argv[0]);
if (myWindow == NULL) exit(1);
SoXtExaminerViewer *myViewer = new SoXtExaminerViewer(myWindow);
SoGroup *root = new SoGroup;
SoCone *Cone = new SoCone;
SoCube *Cube = new SoCube;
SoTranslation *Move = new SoTranslation;
...
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File: code-iv-01.cc
...
Move->translation.setValue(4,0,0); //4 units x-direction
root->ref();
root->addChild(Cone);
root->addChild(Move);
root->addChild(Cube);
//scene root node
//append first child object
//append second object
//append third object
myViewer->setSceneGraph(root);
myViewer->show();
SoXt::show(myWindow);
SoXt::mainLoop();
}
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File: SConstruct
import os
env = Environment(CPPFLAGS=['-Wall','-g'],
LIBPATH=['/usr/lib'],
CPPPATH=['/usr/include'],
LIBS=['Inventor','InventorXt'])
progs='''
code-iv-01
code-iv-02
'''
mains = Split(progs)
for prog in mains:
env.Program( target=prog, source=[prog+'.cc'] )
Para compilar solo basta ejecutar: scons -c; scons
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Haciendo para aprender!!:
1
Escriba un código basado en el manual pagina 220
[Reference-Manual, 1994], la siguiente escena gráfica:
SoExaminerViewer
SoGroup
SoDirectionalLightManip
SoCone
2
¿Que sucede a la escena si intercambiamos la jerarquı́a de la fuente
de luz y cono?
3
¿Como cambiar los campos por defecto de on, color e intensity,
en la instancia de la clase SoDirectionalLightManip?
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Resumen: OpenInventor tiene diferentes tipos de nodos que se pueden
poner en escena. Un tipo de nodo es usado para describir un cono, cubo,
esfera, etc. Otros tipos de nodos son usados para describir la apariencias
superficial de los objetos, etc. Cada uno de estos nodos-objeto son
instancias de una clase. Todos los nodos en una clase particular tienen el
mismo tipo de propiedades, como altura, dimensión, posición. Durante el
recorrido de las estructura jerarquı́a de la escena gráfica cada nodo
depende de la modificación de sus campos.
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DB y la Escena Gráfica: Una escena gráfica en OpenInventor es una
colección ordenada de objetos-nodos almacenada en una base de datos
interna (DB). Un nodo en OpenInventor es un bloque de construcción
básico usado para generar una escena 3D. Cada nodo especifica un
conjunto de campos que definen una instancia de un objeto como por
ejemplo, formas geométricas, atributos, cámaras, luces, transformaciones,
etc.
Nodos especiales responden directamente a eventos del usuario y son
utilizados para manipular la escena. Los nodos pueden tener nombres y sus
campos pueden estar conectados a campos de otros nodos. Dentro DB de
los nodos base hay:
Formas geométricas (shapes nodes): esferas, cubos, cilindros y mallas.
Propiedades (property nodes): material, modelo de iluminacion,
texturas.
Grupos (group nodes): separador, nivel de detalles y decisión.
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DB y la Escena Grafica: Hay otros nodos-objeto de OpenInventor como los
motores (engines) que se conectan a otros nodos-objeto para realizar
animaciones o imponer restricciones a partes de la escena. También
tenemos los nodos-objeto como los sensores, que detectan cambios en la
base de datos (DB) y activan alguna función definida por el usuario.
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Mas ejemplos de escenas graficas
Basado en el siguiente esquema construiremos una escena de un cilindro
(SoCylinder), donde aplicaremos de manera incremental la instanciación
del objeto geométrico, transformaciones, agrupaciones de objetos,
definición de propiedades objetos de tipo engines y manipuladores.
root
myCamera
Cylinder
dirLight myMaterial
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File: code-iv-04.cc
#include <cstdlib>
#include <Inventor/Xt/SoXt.h>
#include <Inventor/Xt/SoXtRenderArea.h>
#include <Inventor/nodes/SoCylinder.h>
#include <Inventor/nodes/SoSeparator.h>
#include <Inventor/nodes/SoMaterial.h>
#include <Inventor/nodes/SoSeparator.h>
#include <Inventor/nodes/SoDirectionalLight.h>
#include <Inventor/nodes/SoPerspectiveCamera.h>
int main(int argc, char* argv[])
{
Widget myWindow = SoXt::init(argv[0]); //window name
if (myWindow == NULL) exit(1); //successfully
//initialization
...
Como podemos observar el código incluye los prototipos de la clases de
OpenInventor y bibliotecas auxiliares necesarias para este ejemplo. Si la
creación de la ventana es fallida (NULL) da salida y se cierra el programa.
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File: code-iv-04.cc
...
SoSeparator
*root
SoPerspectiveCamera *myCamera
SoDirectionalLight *dirLight
SoMaterial
*myMaterial
=
=
=
=
new
new
new
new
SoSeparator;
SoPerspectiveCamera;
SoDirectionalLight;
SoMaterial;
myMaterial->diffuseColor.setValue(0.0,1.0,1.0); //RGB
root->ref();
root->addChild(myCamera);
root->addChild(dirLight);
root->addChild(myMaterial);
root->addChild(new SoCylinder);
...
Se crea el grupo raı́z, cámara, luz direccional, apariencia del nodo-objeto
(material) y el cilindro. Con lo anterior la escena gráfica queda definida.
Ahora hay que crear un area de renderización para mostrar la escena y
ponerla en la ventana de despliegue gráfico.
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File: code-iv-04.cc
...
SoXtRenderArea *myRenderArea = new SoXtRenderArea(myWindow);
myCamera->viewAll(root, myRenderArea->getViewportRegion());
myRenderArea->setSceneGraph(root);
myRenderArea->setTitle("My Cylinder GraphScene");
myRenderArea->show();
SoXt::show(myWindow);
SoXt::mainLoop();
}
Crea la instancia del area de renderización. Ajusta la cámara para
visualizar la escena entera. Coloca la escena (root) en el área de
renderización y altera su titulo. Muestra la ventana principal y llama el
explorador de eventos SoXt::mainLoop().
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Un Cilindro en Rotación (Animación): Vamos hacer que el Cilindro rote de
manera continua en la escena, haciendo uso de los engines. Esto se
consigue a través de un enlace entre el engine con el campo angle de la
instancia de la clase SoRotationXYZ en la escena. El engine cambia el
campo angle por cada cambio en clock.
root
myCamera
myMaterial
dirLight myRotXYZ
Cylinder
Real Time
myCounter
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File: code-iv-05.cc
#include <cstdlib>
#include <Inventor/Xt/SoXt.h>
#include <Inventor/Xt/SoXtRenderArea.h>
#include <Inventor/nodes/SoCylinder.h>
#include <Inventor/nodes/SoSeparator.h>
#include <Inventor/nodes/SoMaterial.h>
#include <Inventor/nodes/SoSeparator.h>
#include <Inventor/nodes/SoRotationXYZ.h>
//added
#include <Inventor/engines/SoElapsedTime.h> //added
#include <Inventor/nodes/SoDirectionalLight.h>
#include <Inventor/nodes/SoPerspectiveCamera.h>
int main(int argc, char* argv[]) {
Widget myWindow = SoXt::init(argv[0]); //window name
if (myWindow == NULL) exit(1); //successfully
//initialization
SoSeparator
*root = new SoSeparator;
SoPerspectiveCamera *myCamera = new SoPerspectiveCamera;
SoDirectionalLight *dirLight = new SoDirectionalLight;
SoMaterial
*myMaterial = new SoMaterial;
SoRotationXYZ
*myRotXYZ = new SoRotationXYZ;
...
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File: code-iv-05.cc
...
myMaterial->diffuseColor.setValue(0.0,1.0,1.0); //RGB
root->ref();
root->addChild(myCamera);
root->addChild(dirLight);
root->addChild(myRotXYZ); //Preserving the hierarchy of the scene.
root->addChild(myMaterial);
root->addChild(new SoCylinder);
myRotXYZ->axis = SoRotationXYZ::X; //Rotation around X-axis
SoElapsedTime *myCounter = new SoElapsedTime; //engine
myRotXYZ->angle.connectFrom(&myCounter->timeOut); //on seconds
...
La instancia “myCounter” de la clase engine SoElapsedTime hacer rotar
el objeto que se conecta al campo angle de la instancia “myRotXYZ” del la
clase SoRotationXYZ. La variable miembro (campo) timeOut de la clase
SoElapsedTime retorna un valor flotante (SoSFFloat) en segundos.
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Reto para aprender!!:
1
2
¿Como puede modificar la velocidad de rotacion del cilindro ? Pista:
Revisar en “Open Inventor C++ Reference Manual” la clase engine
SoElapsedTime.
Use las siguientes lineas para generar una función callback e
interactuar con la escena. Por ejemplo, acelerar o disminuir la
velocidad de rotacion con las teclas UP ARROW y DOWN ARROW de
SoKeyboardEvent.
// Implementation of the callback function
void myKeyPressCB(void *userData, SoEventCallback *eventCB) {
const SoEvent* event = eventCB->getEvent(); // SoKeyboardEvent
if (SO_KEY_PRESS_EVENT(event,Q)) exit(0);
}
...
// Declaration of a callback function
SoEventCallback *myEventCB = new SoEventCallback;
myEventCB->addEventCallback(SoKeyboardEvent::getClassTypeId(),
myKeyPressCB,NULL);
root->addChild(myEventCB);
...
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Agrupación de nodos y jerarquı́as:
SoSeparator
Comunmente usado para
agrupar nodos:
I
Child 0
I
Child 1 Child 2
Children (Descendientes)
I
I
Es implicito, sin ningun
campo (field).
Atraviesa los nodos en
sequencia.
SoSeparator: Encapsula
propiedades y
transformaciones.
SoSwitch: Atraviesa a uno,
a ninguno o a todos los
descendientes. Por ejemplo,
el campo whichChild toma
un entero, para seleccionar
un nodo 1 en especifico y
tornarlo visible o invisible.
pGroup->addChild( pNode );
pGroup->insertChild( pNode, index );
1
Pag. 616, from [Reference-Manual, 1994].
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Agrupación de nodos y jerarquı́as:
Relative to the
previous transform
SoSeparator
RED
-1,-1,0
Red Cone
at -1,-1,0
2,2,0
Red Cone
at 1,1,0
"Inherits"
red color
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Reference-Manual (1994).
Open Inventor C++ Reference Manual: The Official Reference
Document for Open Inventor, Release 2.
Adsison Wesley (Open Inventor Architecture Group).
Wernecke, J. (1994).
The Inventor Mentor: Programming Object-Oriented 3D Graphics
with Open Inventor, Release 2.
Adsison Wesley (Open Inventor Architecture Group).
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