Comparaison de quatre méthodes opengl pour afficher un objet 3d

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Description

Ce démonstrateur sert à faire la comparaison de quatre méthodes différentes pour programmer l'affichage d'un objet 3d en OpenGL. L'essentiel de ce logiciel n'est pas de moi, il est publié par le professeur Wayne O. Cochran de l'université de Vancouver, son adresse est en première ligne du source. Mais pour obtenir le bon fonctionnement complet de ce programme dans toutes ses fonctions et selon ce que je souhaitais j'ai dû y apporter diverses modifications. Et je propose ici cette version avec son accord.
Il y a un zoom avec la touche Z ou z.
La souris, avec le bouton gauche, permet de faire tourner l'objet.
Avec le bouton droit on accède à un menu qui permet de :
1°) changer la méthode d'affichage OpenGL de l'objet 3d
2°) changer le mode d'affichage : arrêtes, facettes ou surfaces lissées
3°) avec ou sans effacement des facettes vues de l'arrière
4°) quitter la session ( <echap> fait de même ).
On choisit la méthode d'affichage OpenGL avec le menu en affectant la variable draw à : old, list, va ou vbo.
Cela permet d'avoir l'une des 4 méthodes :
1°) drawSpier_old_school(); pour les fonctions immédiates : glBegin(), glVertex(), ... glEnd()
2°) drawSpier_display_list(); pour les Display Lists : glGenLists(), ... glCallList()
3°) drawSpier_vertex_array(); pour les Vertex Arrays : glDrawArrays(), ... glDrawElements()
4°) drawSpier_vbo(); pour les VBOs : glGenBuffers(), ... glBufferData()
Chaque méthode fournit les mêmes résultats sur les mêmes données. Comme les données sont ici peu volumineuses il n'est pratiquement pas possible de voir les différences de performances. Par contre, les différences de programmation de chaque méthode pour obtenir les mêmes fonctions sont bien démontrées. En principe les VBOs sont plus performants que les Vertex Arrays, lesquels sont plus performants que les Display Lists qui sont plus performants que les fonctions immédiates, lesquelles sont maintenant obsolètes ou dépréciées. Chacune de ces quatre méthodes d'affichage OpenGL a une programmation bien différente des autres et c'est là l'intérêt principal de ce démonstrateur.

Source / Exemple :


// Adapté de : http://ezekiel.vancouver.wsu.edu/~cs442/lectures/vbo/spier/
#ifdef _MSC_VER
#pragma comment(linker, "/subsystem:windows /entry:mainCRTStartup")
#endif
#ifdef WIN32
#include <windows.h>
#endif
#if defined(__APPLE__) || defined(MACOSX)
#include <OpenGL/gl.h>
#include <OpenGL/glu.h>
#include <GLUT/glut.h>
#else
#include <GL/gl.h>
#include <GL/glu.h>
#include <GL/glut.h>
#endif
#include <GL/glext.h>
#include <cmath>

#ifndef M_PI
#define M_PI 3.14159265358979323846264338327950288
#endif

// draw permet d'activer l'une des 4 méthodes d'affichage OpenGL suivantes
// old : pour les fonctions immédiates : glBegin(), glVertex(), ... glEnd()
// list : pour les Display Lists : glGenLists(), ... glCallList()
// va : pour les Vertex Arrays : glDrawArrays(), ... glDrawElements()
// vbo : pour les Vertex Buffer Objects : glGenBuffers(), ... glBufferData() 
// On peut en changer la valeur pendant l'exécution avec le menu.

char draw[] = "vbo";  

PFNGLGENBUFFERSPROC glGenBuffers = NULL;
PFNGLBINDBUFFERPROC glBindBuffer = NULL;
PFNGLBUFFERDATAPROC glBufferData = NULL;

void initOGL() 
{
    glGenBuffers = (PFNGLGENBUFFERSPROC)wglGetProcAddress("glGenBuffers");
    glBindBuffer = (PFNGLBINDBUFFERPROC)wglGetProcAddress("glBindBuffer");
    glBufferData = (PFNGLBUFFERDATAPROC)wglGetProcAddress("glBufferData");
}

int width = 500;
int height = 500;
int shadeFlavor = 0;   // arêtes, facettes ou surfaces lissées

const float H = 1.0;   // height of base
const float T = 0.75;  // height of roof
const float R = 0.5;   // radias
const unsigned N = 48; // number of sides

GLuint bufObjects[7];

GLfloat topVertices[2*N][3];   // "roof" triangles stored as quad strip
GLfloat topNormals[2*N][3];
GLushort quadIndices[2*N+2];

GLfloat sideVertices[2*N][3];  // "side walls" stored as quad strip
GLfloat sideNormals[2*N][3];

GLfloat bottomVertices[N][3];  // "bottom floor" stored as polygon
GLfloat bottomNormals[N][3];

GLdouble eyeRadius = 3.5, eyePhi = M_PI/4.0, eyeTheta = M_PI/4.0;
GLdouble eye[3], at[3], up[3] = {0, 0, 1};

GLfloat ambient[4] = {0.24725, 0.1995, 0.0745, 1.0};
GLfloat diffuse[4] = {0.75164, 0.60648, 0.22648, 1.0};
GLfloat specular[4] = {0.628281, 0.555802, 0.366025, 1.0};
GLfloat shininess = 51.2;

float lmodel_ambient[4]      = {0.1, 0.1, 0.1, 1.0};
GLfloat light0_position[4]   = {30.0, 40.0, 30.0, 0.0};
GLfloat light0_ambient[4]    = {0.3, 0.3, 0.3, 1.0};
GLfloat light0_diffuse[4]    = {1.0, 1.0, 1.0, 1.0};
GLfloat light0_specular[4]   = {1.0, 1.0, 1.0, 1.0};

void sphericalToCartesian(double r, double theta, double phi, double *x, double *y, double *z) 
{
    double sin_phi = sin(phi);

  • x = r*cos(theta)*sin_phi;
  • y = r*sin(theta)*sin_phi;
  • z = r*cos(phi);
} void setView() { sphericalToCartesian(eyeRadius, eyeTheta, eyePhi, &eye[0], &eye[1], &eye[2]); eye[0] += at[0]; eye[1] += at[1]; eye[2] += at[2]; glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glLoadIdentity(); gluLookAt(eye[0], eye[1], eye[2], at[0], at[1], at[2], up[0], up[1], up[2]); } void init() { glLightModelfv(GL_LIGHT_MODEL_AMBIENT, lmodel_ambient); glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, light0_ambient); glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, light0_diffuse); glLightfv(GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, light0_specular); glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, light0_position); glEnable(GL_LIGHT0); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_AMBIENT, ambient); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_DIFFUSE, diffuse); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR, specular); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SHININESS, &shininess); glMatrixMode(GL_PROJECTION); glLoadIdentity(); gluPerspective(40.0, 1.0, 0.1, 30); at[0] = 0.0; at[1] = 0.0; at[2] = (H+T)/2.0; setView(); glShadeModel(GL_FLAT); glEnable(GL_DEPTH_TEST); glCullFace(GL_BACK); glDisable(GL_CULL_FACE); glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_LINE); glDisable(GL_LIGHTING); glShadeModel(GL_SMOOTH); glEnable(GL_DEPTH_TEST); glColor3f(1,1,1); // On utilise ici 7 buffers pour renseigner l'objet, // d'autres choix sont possibles. glGenBuffers(7, bufObjects); glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, bufObjects[0]); glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, 2*N*3*sizeof(GLfloat), topVertices, GL_STATIC_DRAW); glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, bufObjects[1]); glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, 2*N*3*sizeof(GLfloat), topNormals, GL_STATIC_DRAW); glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, bufObjects[2]); glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, (2*N+2)*sizeof(GLushort), quadIndices, GL_STATIC_DRAW); glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, bufObjects[3]); glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, 2*N*3*sizeof(GLfloat), sideVertices, GL_STATIC_DRAW); glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, bufObjects[4]); glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, 2*N*3*sizeof(GLfloat), sideNormals, GL_STATIC_DRAW); glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, bufObjects[5]); glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, N*3*sizeof(GLfloat), bottomVertices, GL_STATIC_DRAW); glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, bufObjects[6]); glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, N*3*sizeof(GLfloat), bottomNormals, GL_STATIC_DRAW); glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0); glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, 0); } void makeSpier() { const float phi = atan2(R,T); const float cos_phi = cosf(phi); const float sin_phi = sinf(phi); const float dtheta = (2*M_PI/N); float theta = 0.0; for (unsigned i = 0; i < N; ++i) { const double cos_theta = cos(theta); const double sin_theta = sin(theta); const float x = R*cos_theta; const float y = R*sin_theta; quadIndices[2*i] = 2*i; quadIndices[2*i+1] = 2*i + 1; topVertices[2*i][0] = 0.0; topVertices[2*i][1] = 0.0; topVertices[2*i][2] = H+T; topNormals[2*i][0] = cos_phi*cos_theta; topNormals[2*i][1] = cos_phi*sin_theta; topNormals[2*i][2] = sin_phi; topVertices[2*i+1][0] = x; topVertices[2*i+1][1] = y; topVertices[2*i+1][2] = H; topNormals[2*i+1][0] = cos_phi*cos_theta; topNormals[2*i+1][1] = cos_phi*sin_theta; topNormals[2*i+1][2] = sin_phi; sideVertices[2*i][0] = x; sideVertices[2*i][1] = y; sideVertices[2*i][2] = H; sideNormals[2*i][0] = cos_theta; sideNormals[2*i][1] = sin_theta; sideNormals[2*i][2] = 0.0; sideVertices[2*i+1][0] = x; sideVertices[2*i+1][1] = y; sideVertices[2*i+1][2] = 0.0; sideNormals[2*i+1][0] = cos_theta; sideNormals[2*i+1][1] = sin_theta; sideNormals[2*i+1][2] = 0.0; bottomVertices[i][0] = x; bottomVertices[i][1] = -y; bottomVertices[i][2] = 0.0; bottomNormals[i][0] = 0.0; bottomNormals[i][1] = 0.0; bottomNormals[i][2] = -1.0; theta += dtheta; } quadIndices[2*N] = 0; quadIndices[2*N+1] = 1; } // NOTA : Ici on a fait aussi le choix d'un GL_QUAD_STRIP // pour le toit et non pas d'un GL_TRIANGLE_FAN en raison // des normales à chaque triangle. Voir ci-joint vbo.pdf void drawSpier_old_school() { unsigned i; glBegin(GL_QUAD_STRIP); for (i = 0; i < 2*N; i++) { glNormal3fv(topNormals[i]); glVertex3fv(topVertices[i]); } glNormal3fv(topNormals[0]); glVertex3fv(topVertices[0]); glNormal3fv(topNormals[1]); glVertex3fv(topVertices[1]); glEnd(); glBegin(GL_QUAD_STRIP); for (i = 0; i < 2*N; i++) { glNormal3fv(sideNormals[i]); glVertex3fv(sideVertices[i]); } glNormal3fv(sideNormals[0]); glVertex3fv(sideVertices[0]); glNormal3fv(sideNormals[1]); glVertex3fv(sideVertices[1]); glEnd(); glBegin(GL_POLYGON); for (i = 0; i < N; i++) { glNormal3fv(bottomNormals[i]); glVertex3fv(bottomVertices[i]); } glEnd(); } void drawSpier_display_list() { static bool firstTime = true; static GLuint displayList; if (firstTime) { displayList = glGenLists(1); glNewList(displayList, GL_COMPILE_AND_EXECUTE); drawSpier_old_school(); glEndList(); firstTime = false; } else glCallList(displayList); } void drawSpier_vertex_array() { glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY); glEnableClientState(GL_NORMAL_ARRAY); glVertexPointer(3, GL_FLOAT, 0, topVertices); glNormalPointer(GL_FLOAT, 0, topNormals); glDrawElements(GL_QUAD_STRIP, 2*N+2, GL_UNSIGNED_SHORT, quadIndices); glVertexPointer(3, GL_FLOAT, 0, sideVertices); glNormalPointer(GL_FLOAT, 0, sideNormals); glDrawElements(GL_QUAD_STRIP, 2*N+2, GL_UNSIGNED_SHORT, quadIndices); glVertexPointer(3, GL_FLOAT, 0, bottomVertices); glNormalPointer(GL_FLOAT, 0, bottomNormals); glDrawArrays(GL_POLYGON, 0, N); glDisableClientState(GL_VERTEX_ARRAY); glDisableClientState(GL_NORMAL_ARRAY); } void drawSpier_vbo() { glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY); glEnableClientState(GL_NORMAL_ARRAY); glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, bufObjects[0]); glVertexPointer(3, GL_FLOAT, 0, (GLvoid*) 0); glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, bufObjects[1]); glNormalPointer(GL_FLOAT, 0, (GLvoid*) 0); glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, bufObjects[2]); glDrawElements(GL_QUAD_STRIP, 2*N+2, GL_UNSIGNED_SHORT, (GLvoid*) 0); // NOTA : les quadIndices[] rangés en GPU et désignés ici par bufObjets[2] sont // les mêmes pour le toit et pour les côtés. Ils sont donc utilisés ici deux fois. glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, bufObjects[3]); glVertexPointer(3, GL_FLOAT, 0, (GLvoid*) 0); glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, bufObjects[4]); glNormalPointer(GL_FLOAT, 0, (GLvoid*) 0); glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, bufObjects[2]); glDrawElements(GL_QUAD_STRIP, 2*N+2, GL_UNSIGNED_SHORT, (GLvoid*) 0); glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, bufObjects[5]); glVertexPointer(3, GL_FLOAT, 0, (GLvoid*) 0); glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, bufObjects[6]); glNormalPointer(GL_FLOAT, 0, (GLvoid*) 0); glDrawArrays(GL_POLYGON, 0, N); glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0); glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, 0); glDisableClientState(GL_VERTEX_ARRAY); glDisableClientState(GL_NORMAL_ARRAY); } void printDraw() { glPushMatrix(); glLoadIdentity(); glMatrixMode(GL_PROJECTION); glPushMatrix(); glLoadIdentity(); gluOrtho2D(0, width, 0, height); char buf[16]; strcpy(buf, "draw : "); strcat(buf, draw); glDisable(GL_LIGHTING); glRasterPos2i(1, 1); for(unsigned int i=0; i<strlen(buf); i++) glutBitmapCharacter(GLUT_BITMAP_8_BY_13, buf[i]); glPopMatrix(); glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glPopMatrix(); if(shadeFlavor != 0) glEnable(GL_LIGHTING); } void display(void) { glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT); if(strcmp(draw,"old")==0) drawSpier_old_school(); if(strcmp(draw,"list")==0) drawSpier_display_list(); if(strcmp(draw,"va")==0) drawSpier_vertex_array(); if(strcmp(draw,"vbo")==0) drawSpier_vbo(); printDraw(); glutSwapBuffers(); } bool mouseRotate = false; int mousex, mousey; const double epsilon = 0.0000001; void mouse(int button, int state, int x, int y) { if (state == GLUT_DOWN) { if (button == GLUT_LEFT_BUTTON) { mouseRotate = true; mousex = x; mousey = y; } } else if (state == GLUT_UP) mouseRotate = false; } void mouseMotion(int x, int y) { if (mouseRotate) { const double radiansPerPixel = M_PI/(2*90.0); int dx = x - mousex, dy = y - mousey; eyeTheta -= dx*radiansPerPixel; eyePhi -= dy*radiansPerPixel; if (eyePhi >= M_PI) eyePhi = M_PI - epsilon; else if (eyePhi <= 0.0) eyePhi = epsilon; setView(); mousex = x; mousey = y; glutPostRedisplay(); } } enum { MENU_OLD_LIST_VA_VBO, MENU_SHADE_NONE_FLAT_SMOOTH = 1, MENU_CULL_BACKFACES, MENU_QUIT = 666 }; void menu(int value) { switch(value) { case MENU_OLD_LIST_VA_VBO: { static unsigned methode = 3; methode = (methode + 1) % 4; switch(methode) { case 0: strcpy(draw,"old"); break; case 1: strcpy(draw,"list"); break; case 2: strcpy(draw,"va"); break; case 3: strcpy(draw,"vbo"); break; } glutPostRedisplay(); } break; case MENU_SHADE_NONE_FLAT_SMOOTH: { shadeFlavor = (shadeFlavor + 1) % 3; switch(shadeFlavor) { case 0: glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_LINE); glDisable(GL_LIGHTING); break; case 1: glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_FILL); glEnable(GL_LIGHTING); glShadeModel(GL_FLAT); break; case 2: glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_FILL); glEnable(GL_LIGHTING); glShadeModel(GL_SMOOTH); break; } glutPostRedisplay(); } break; case MENU_CULL_BACKFACES: { static GLboolean cull = false; cull = !cull; if (cull) glEnable(GL_CULL_FACE); else glDisable(GL_CULL_FACE); } glutPostRedisplay(); break; case MENU_QUIT: exit(0); } } void keyboard(unsigned char key, int x, int y) { static const unsigned char ESC = 27; switch(key) { case 'Z': eyeRadius *= 0.95; setView(); glutPostRedisplay(); break; case 'z': eyeRadius *= 1.05; setView(); glutPostRedisplay(); break; case ESC: exit(0); } } void idle(void) { glutPostRedisplay(); } int main(int argc, char *argv[]) { glutInit(&argc, argv); glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_DOUBLE | GLUT_DEPTH); glutInitWindowSize(width, height); glutInitWindowPosition(10,10); glutCreateWindow("Spier"); glutMouseFunc(mouse); glutMotionFunc(mouseMotion); glutCreateMenu(menu); glutAddMenuEntry("draw : old/list/va/vbo", MENU_OLD_LIST_VA_VBO); glutAddMenuEntry("shading off/flat/smooth", MENU_SHADE_NONE_FLAT_SMOOTH); glutAddMenuEntry("cull backfaces on/off", MENU_CULL_BACKFACES); glutAddMenuEntry("Quit", MENU_QUIT); glutAttachMenu(GLUT_RIGHT_BUTTON); glutKeyboardFunc(keyboard); glutDisplayFunc(display); glutIdleFunc(idle); makeSpier(); initOGL(); init(); glutMainLoop(); return 0; }

Conclusion :


Toutes remarques ou améliorations sont les bienvenues.

Codes Sources

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Commentaires

pgl10
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samedi 18 décembre 2004
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5 février 2020
1
Merci CharSnipeur. Je comprends bien qu'il est parfois un peu difficile de changer ses habitudes surtout quand la méthode old_school continue de fonctionner avec seulement des performances limitées, c'est mon cas ! Je n'ai pas dit que je souhaite être éducatif et d'ailleurs je ne le revendique nullement. Je suis déjà content de pouvoir proposer des développements libres d'utilisation pour les visiteurs et d'avoir l'opportunité de quelques échanges à leurs sujets. C'est vrai qu'il y a ici peu de commentaires. J'y ai pensé, mais je ne sais pas comment faire autrement que de paraphraser les instructions du programme, ce qui n'est sûrement pas souhaitable. De plus, le fichier vbo.pdf est un bon complément. Je me suis fait une petite liste de références pour de la programmation de démonstration sur les VBOs. Je veux bien l'envoyer par message privé mais avec Google on peut trouver aussi bien assez facilement.
CharSnipeur
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16 février 2009

Bonjour,
j'utilise peu OpenGL et uniquement manière "old_school". Ce code m'aide à comprendre les autres méthodes de codage des objets. Mais c'est vrai qu'il manque cruellement de commentaire pour quelqu'un comme moi, surtout les vbo.
Si tu veux être vraiment éducatif, il faudrait rajouter un commentaire sur chaque fonction utilisée, sur ce qu'elle fait dans l'espace OpenGL.
typiquement, :
glBegin(GL_QUAD_STRIP); // on debute une serie de quadrilateres separé.
Merci pour ce code.
pgl10
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samedi 18 décembre 2004
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5 février 2020
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Merci Shenron666
Ce programme de Wayne O. Cochran va surement me faire progresser dans l'utilisation de VBOs. Je le connais en détails maintenant ! Il avait quand même besoin de diverses adaptations pour fonctionner comme je le souhaitais. Il n'y a pas beaucoup de commentaires, mais son organisation est linéaire et facile à comprendre, en plus il y a le fichier vbo.pdf qui donne aussi quelques explications.
shenron666
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dimanche 14 septembre 2003
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20 août 2014

J'ai regardé ta source, c'est nickel.
En plus, tu as rapidement trouvé le problème et sa correction, tu as peut-être quelque chose à apprendre à ton prof ;)
Continues comme ça.
pgl10
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samedi 18 décembre 2004
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5 février 2020
1
Quand on initialise ou bien qu'on utilise les VBOs on active chacun d'eux l'un après l'autre dans un mode ou dans un autre. Mais après la fin d'utilisation il convient de les désactiver. Ce n'était pas fait, mais maintenant la correction est faite. Et c'est pour cela que l'initialisation des VBOs était incompatible avec l'utilisation des Vertex Arrays ensuite. En plus, comme il n'y a pas de changement important dans l'organisation du programme il a été facile d'introduire le basculement d'une méthode d'affichage OpenGL pour l'objet 3d pendant l'exécution et non plus dans le source. C'est mieux, non ?

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