Transcript 03 입력과 상호 작용

제 3 장. 입력과 상호 작용
창원대학교
박동규
강의 개요
• 강의 내용
– 상호 작용을 위한 입력 장치
• 물리적 입력 장치
• 논리적 입력 장치
– 클라이언트-서버 그래픽스
• 이벤트- 구동 입력 프로그래밍
– 페인트 프로그램 소개
대화식 프로그램 개발
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3.1 상호 작용
• 상호 작용(Interaction)
– 화면상의 이미지에 사용자가 마우스와 같은 입력 장치로 반응하고
다시 이미지는 사용자의 입력에 반응하여 변화하는 과정의 반복.
– Ivan Sutherland의 스케치패드
• OpenGL에서의 상호 작용
– 이식성을 높이기 위해 상호 작용을 직접 지원하지 않는다.
• GL 라이브러리에 포함되어 있지 않다는 의미
– 상호작용은 윈도우 시스템마다 다름.
– GLUT 라이브러리에서 지원
• 윈도우 생성
• 마우스 및 키보드 등의 입력 장치의 입력 처리
• 팝업 메뉴 생성 및 처리 등
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3.2 입력 장치
• 물리적 입력 장치
– 마우스, 키보드와 같은 입력 장치의 하드웨어적 기능에 대한 관점
• 논리적 입력 장치
– 응용프로그램 관점에서 특성을 명시
• 사용자 프로그램과의 상위 인터페이스에 의해 특징지어 진다
– 프로그래머는 대부분 물리적 입력 장치의 특성까지 알 필요가 없
다
– C언어의 printf 함수
• 출력이 나오는 물리적 입력 장치가 프린터, 모니터, 디스크 파일 등일 수 있다
• 이는 응용 프로그램 작성자의 관심사항이 아니다.
– 컴퓨터 그래픽스에서 논리적 입력 장치의 사용이 좀 더 복잡
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물리적 입력 장치 (1)
• 지시 장치
– 상대위치 지정 장치
• 볼 마우스, 광학 마우스, 트랙볼 등
• 장치의 움직임에 따라 x, y 방향의 두 값을 생성
– 절대 위치 지정 장치
• 데이터 태블릿, 터치 스크린
• 도면 트레이싱, 정교한 그림 편집 작업에 적합
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물리적 입력 장치 (2)
• 조이스틱
– 가변-감도 장치
– 사용자에게 저항력을 줄 수 있어 시뮬레이션이나 게임
에 적합
• 3차원 입력 장치
– 스페이스 볼(space ball) : 6-자유도를 가짐
• 세가지 힘 : 상하, 좌우, 전후 압력 감지
• 세가지 비틀림
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물리적 입력 장치
• 커서 위치 지정
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논리적 입력 장치
• 입력 장치 분류
–
–
–
–
–
–
문자열장치
위치장치
지적장치 : 객체의 식별자를 제공
선택장치 : 선택사양중의 하나를 선택
밸류에이터 장치 : 아날로그 입력 제공
획(stroke) 장치 : 위치의 배열을 제공
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측정치와 트리거
• 논리적 입력 장치가 응용 프로그램에게 입력을 제
공하는 방식을 설명
• 측정치
– 사용자 프로그램으로 장치가 반환하는 값
예) 지적(pick) 장치 : 객체의 식별자 + 상태 정보
키보드 : 문자열
• 트리거
– 사용자가 컴퓨터에게 신호를 주게 하는 입력
예) 위치 장치 : 버튼
키보드 : Enter 키
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입력 모드
• 이벤트 모드
– 입력 장치가 트리거되면 이벤트가 생성되어 입력 장치
의 측정치와 식별자가 이벤트 큐에 저장된다
– GLUT API를 통해 지원
• 이벤트 처리
– 답신(callback) 함수를 이벤트에 연결
• 이벤트 발생시에 답신 함수가 자동적으로 수행된다
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3.3 클라이언트와 서버
• 분산 환경과 네트워크 환경에 적합한 모델
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3.4 디스플레이 리스트
• 초기의 간편한 그래픽스 구조
• 디스플레이 처리기
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디스플레이 리스트의 정의와 실행
• 정의
정수 ID
서버에 보내기만 한다
glNewList(BOX, GL_COMPILE);
// Display List의 시작. BOX는 List의 ID
// 비교 : GL_COMPILE_AND_EXECUTE
glBegin(GL_POLYGON);
// Polygon의 정의
glColor3f(1.0, 0.0, 0.0); // 색은 Red로..
glVertex2f(-1.0, -1.0);
// 4개의 좌표 정의
glVertex2f( 1.0, -1.0);
glVertex2f( 1.0, 1.0);
glVertex2f(-1.0, 1.0);
glEnd();
// Polygon 정의 끝
glEndList();
// List 정의 끝
• 호출
glCallList(BOX);
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다중 리스트
• 연속적인 식별자를 갖는 여러 개의 디스플레이 리
스트
– glGenLists(number)
• number 개의 연속된 리스트 ID를 확보하고 첫 ID를 반환
– glNewList() / glEndList()
• 확보된 리스트 ID를 이용하여 다중 리스트를 새성
– glCallLists()
• 여러 디스플레이 리스트를 실행
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Example
• 출처
– http://www.songho.ca/opengl/gl_displaylist.html
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속성 및 행렬 (1)
• 속성, 모델-관측 행렬, 투영 행렬 등의 시스템의
현재 상태의 적용을 받는다
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
for (I=1; I < 5; I++)
{
glloadidentity();
gluOrtho2D(-2.0*I, 2.0*I, -2.0*I, 2.0*I);
glCallList(BOX);
}
// View 설정
// Matrix의 초기화
// 절단 사각형 변경
• 디스플레이 리스트로 들어가기 전에 속성과 행렬
을 저장하고 나올 때 복원하는 것이 좋다
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속성 및 행렬 (2)
• 속성 및 행렬 저장 & 복원
– 디스플레이 리스트 내에서 상태 변환이 가능
 디스플레이 리스트로 들어가기 전에 속성과 행렬을
저장하고 나올 때 복원하는 것이 좋다
– 스택을 사용하여 저장
glPushAttrib(GL_ALL_ATTRIB_BITS);
glPushMatrix();
…
glPopAttrib();
glPopMatrix();
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GLUT의 폰트
• 획 문자 출력
glTranslatef(100.0, 100.0, 0.0);
glutStrokeCharacter(GLUT_STROKE_ROMAN, ‘A’);
 ‘A’ 문자 출력
• 래스터 문자 출력
glRasterPos2i(100,100);
glutBitmapCharacter(GLUT_BITMAP_8_BY_13, ‘A’);
• 각각 몇 개의 서체가 제공된다
– GLUT 매뉴얼 참조
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3.5 디스플레이 리스트와 모델링
• 디스플레이 리스트는 다른 디스플레이의 리스트
를 부를수 있다.
– 모델 부품간의 관계를 설정
– 계층적 모델을 구축할수 있다.
#define EYE 1
glNewList(Eye);
…
glEndList()
.. .
#define FACE 2
glNewList(FACE);
…
glTranslatef(…);
glCallList(EYE);
glTranslatef(…);
glCallList(EYE);
…
glEndList();
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디스플레이 리스트와 모델링
• Consider model of a car
- Create display list for chassis
- Create display list for wheel
glNewList( CAR, GL_COMPILE );
glCallList( CHASSIS );
glTranslatef( … );
glCallList( WHEEL );
glTranslatef( … );
glCallList( WHEEL );
…
glEndList();
Angel: Interactive Computer Graphics 5E © Addison-Wesley 2009
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이벤트-구동 입력의 프로그래밍
• 지시장치 사용
– 이벤트 종류
• 이동 이벤트
– 버튼 중에 하나를 눌린 채로 이동 시
– 답신 함수 : glutMotionFunc(callback_func)
• 비활성 미동이벤트
– 버튼을 누르지 않고 이동 시
– 답신 함수 : glutPassiveMotionFunc(callback_func)
• 마우스 이벤트
– 버튼 중 하나가 눌려지거나 떼어졌을 때
– 답신 함수 : glutMouseFunc(callback_func)
• 키보드 장치 사용
– 키보드 이벤트
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사각형 그리기 프로그램 예(square.c)
#include <gl\glut.h>
void myinit(void);
void mouse(int, int, int, int);
Void drawSquare(int, int);
int main (int argc, char **argv)
{
glutInit (&argc, argv);
glutInitDisplayMode (GLUT_SINGLE | GLUT_RGB);
glutCreateWindow (“square”);
윈도우 크기가
myinit();
변할 경우호출
glutReshapeFunc(myReshape);
glutMouseFunc(mouse);
glutMotionFunc(drawSquare);
버튼을 누르고 마우
glutMainLoop();
스를 움직이면 사각
}
형을 그림
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사각형 그리기 프로그램 - 초기화
/* 전역 변수 */
GLsizei wh = 500, ww = 500;
/* 초기 윈도우 크기 */
GLfloat size = 3.0;
/* 사각형의 한변의 절반크기 */
void myinit(void)
{
glViewport (0, 0, ww, wh);
glMatrixMode (GL_PROJECTION);
glLoadIdentity ();
gluOrtho2D (0.0, (GLdouble) ww, 0.0, (GLdouble) wh);
glMatrixMode (GL_MODELVIEW);
glClearColor (0.0, 0.0, 0.0, 0.0);
glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glFlush();
}
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사각형 그리기 프로그램
- 마우스 이벤트
void mouse (int button, int state, int x, int y)
{
if (button == GLUT_LEFT_BUTTON && state == GLUT_DOWN)
drawSquare(x, y);
if (button == GLUT_MIDDLE_BUTTON && state == GLUT_DOWN)
exit(0);
}
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사각형 그리기 프로그램
- 사각형 그리기
void drawSquare( int x, int y)
{
마우스 좌표 : 좌상단이 (0,0) :MS windows system
y = wh -y;
윈도우 좌표 : 좌하단이 (0,0) : OpenGL window
glColor3ub( (char)rand()%256, (char)rand()%256, (char) rand()%256);
glBegin(GL_POLYGON);
glVertex2f (x+size, y+size);
glVertex2f (x-size, y+size);
glVertex2f (x-size, y-size);
glVertex2f (x+size, y-size);
glEnd();
glFlush();
}
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사각형 그리기 프로그램
- 윈도우 이벤트 (1)
• 재구성 이벤트 (Reshape Event)
– 윈도우 크기가 변화되는 경우
– 답신 함수 : glutReshapeFunc()
– 고려 사항
• 윈도우 내의 객체를 다시 그릴 것인가?
• 종횡비가 달라지는 경우 어떻게 해야 하는가?
• 기본 요소의 크기나 속성을 변화시켜야 하는가?
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사각형 그리기 프로그램
- 윈도우 이벤트 (2)
void myReshape (GLsizei w, GLsizei h)
{
glMatrixMode (GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
gluOrtho2D (0.0, (GLdouble)w, 0.0, (GLdouble)h);
glMatrixMode (GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity();
glViewport (0, 0, w,h);
glClearColor ( 0.0, 0.0, 0.0, 0.0);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glFlush();
ww = w;
wh = h;
}
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1.
2.
3.
객체를 다시 그리지 않음
객체의 종횡비는 그대로
기본요소의 크기,속성 불변
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사각형 그리기 프로그램
- 키보드 이벤트
• 키보드 이벤트
– 키가 눌렸을 때 이벤트 발생
– 예제:
void main() {
…
glutKeyboardFunc(keyboard);
…
}
void keyboard(unsigned char key, int x, int y)
{
if (key == ‘q’ || key == ‘Q’)
exit(0);
}
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사각형 그리기 프로그램
- 디스플레이 /휴지(idle) 이벤트
• 디스플레이 답신
– 윈도우가 다시 디스플레이되어야 할 떄
예) 윈도우가 맨 처음 열릴 때
– 사용자와의 상호작용을 필요로 하지 않는 단순히 정보를 디스플레
이 할 경우 사용
– 답신 함수 : glutDisplayFunc()
– 이 답신 함수는 반드시 포함 되어야 함
• 다른 이벤트가 없을 때 발생
– 디폴트 : null 함수
– 답신 함수 : glutIdleFunc(idle_func)
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메뉴
• GLUT는 팝업 메뉴를 제공
• 단순 팝업 메뉴 사용 예:
glutCreateMenu(demo_menu);
// 메뉴 답신 함수 설정
glutAddMenuEntry(“quit”, 1);
// 메뉴 항목 정의
glutAddMenuEntry(“Increase square size”, 2); // 메뉴 항목 정의
glutAddMenuEntry(“Decrease square size”, 3); // 메뉴 항목 정의
glutAttachMenu(GLUT_RIGHT_BUTTON);
// 메뉴를 마우스 오른쪽 버튼에
연결
void demo_menu(int id)
// 메뉴 답신 함수
{
if (id == 1) exit();
// Quit 메뉴를 눌렀을 경우
else if (id == 2) size = 2 * size;
// Increase square size 메뉴를 눌렀을 경우
else if (size > 1) size = size / 2; // Decrease square size 메뉴를 눌렀을 경우
glutPostRedisplay();
// 메뉴호출 이전 상태를 다시 그림.
}
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계층 메뉴
sub_menu = glutCreateMenu(size_menu);
// 부메뉴 답신 함수 설정
glutAddmenuEntry(“Increase square size”, 2); // 메뉴 항목 정의
glutAddMenuEntry(“Decrease square size”, 3); // 메뉴 항목 정의
glutCreateMenu(top_menu);
// 주메뉴 답신 함수 설정
glutAddMenuEntry(“quit”, 1);
// 메뉴 항목 정의
glutAddSubMenu(“Resize”, sub_menu); // 부메뉴 항목 정의
glutAttachMenu(GLUT_RIGHT_BUTTON); // 마우스 오른쪽 버튼 연결
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간단한 페인트 프로그램
편집 모드
시계
왼쪽 버튼 : 편집 모드 선택, 정점 입력
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간단한 페인트 프로그램 - 함수 구성
void mouse(int btn, int state, int x, int y); // 마우스 답신 함수
void display(void);
void idle(void);
void drawSquare(int x, int y);
// Display 답신 함수
// Idle 답신 함수
// 4각형 함수
void myReshape(GLsizei, GLsizei);
void myinit(void)
void screen_box(intx, int y, int s);
// Resizing 답신 함수
// 초기화 함수
void right_menu(int id);
void middle_menu(int id);
void color_menu(int id);
void pixel_menu(int id);
void fill_menu(int id);
// 각 메뉴의 답신 함수
long time(int t);
int pick(int x, int y);
// 시간출력 함수
// 편집 모드 선택
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간단한 페인트 프로그램 - 함수의 기능
main()
: 메뉴 및 답신 함수들을 정의
display() : 화면을 흰색으로 초기화 뒤, 버튼을 출력
idle()
: 화면 상단에 "시 : 분 : 초" 형식의 시계를 출력
myReshape() : 3.5절에서 설명한 Reshape 답신 함수 이용
myinit() : 윈도우를 지우고, 전역변수 및 Time Clock의 초기화, 128
문자의 디스플레이 리스트를 생성
mouse() : 그림 그리기 작업 수행
pick()
: 주어진 X, Y 좌표에 대응하는 스크린상의 영역을 결정
그리기 영역 = 0, 버튼 = 1, 2, 3, 4
메뉴 답신 함수 : 각 메뉴의 기능을 수행
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간단한 페인트 프로그램 - myinit()
void myinit(void)
{
/* set up a font in display list */
int i;
baset = time(0);
base = glGenLists(128);
for(i=0;i<128;i++)
{
glNewList(base+i, GL_COMPILE);
glutBitmapCharacter(GLUT_BITMAP_9_BY_15, i);
glEndList();
}
glListBase(base);
glViewport(0,0,ww,wh);
/* Pick 2D clipping window to match size of X
window. This choice avoids having to scale
object coordinates each time window is resized
*/
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
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glOrtho(0.0, (GLdouble) ww , 0.0,(GLdouble) wh , -1.0, 1.0);
/* set clear color to black and clear window */
glClearColor (0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glFlush();
}
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간단한 페인트 프로그램 - display()
void screen_box(int x, int y, int s )
{
glBegin(GL_QUADS);
glVertex2i(x, y);
glVertex2i(x+s, y);
glVertex2i(x+s, y+s);
glVertex2i(x, y+s);
glEnd();
}
void display(void)
{
glPushAttrib(GL_ALL_ATTRIB_BITS);
glutIdleFunc(NULL);
glClearColor (0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glColor3f(1.0, 1.0, 1.0);
screen_box(0,wh-ww/10,ww/10);
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glColor3f(1.0, 0.0, 0.0);
screen_box(ww/10,wh-ww/10, ww/10);
glColor3f(0.0, 1.0, 0.0);
screen_box(ww/5,wh-ww/10,ww/10);
glColor3f(0.0, 0.0, 1.0);
screen_box(3*ww/10,wh-ww/10,
ww/10);
glColor3f(0.0, 0.0, 0.0);
screen_box(ww/10+ww/40,
wh-ww/10+ww/40,
ww/20);
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간단한 페인트 프로그램 - display()
glBegin(GL_LINES);
glPointSize(3.0);
glVertex2i(wh/40,wh-ww/20);
glBegin(GL_POINTS);
glVertex2i(wh/40+ww/20,
glVertex2i(3*ww/10+ww/20,
wh-ww/20);
wh-ww/20);
glEnd();
glEnd();
glBegin(GL_TRIANGLES);
glutIdleFunc(idle);
glVertex2i(ww/5+ww/40,
glFlush();
wh-ww/10+ww/40);
glVertex2i(ww/5+ww/20,wh-ww/40);
glPopAttrib();
}
glVertex2i(ww/5+3*ww/40,
wh-ww/10+ww/40);
glEnd();
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간단한 페인트 프로그램 - idle()
void idle(void)
{
char out[]="00:00:00";
long t, time();
int min, sec, hr;
glPushAttrib(GL_ALL_ATTRIB_BITS);
t=time(0)-baset;
hr=t/3600;
min = (t - 3600*hr) /60;
sec = (t - 3600*hr - 60*min);
hr = hr%24;
out[0]='0'+hr/10;
}
out[1]='0'+hr%10;
out[3]='0'+min/10;
out[4]='0'+min%10;
out[6]='0'+sec/10;
out[7]='0'+sec%10;
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glRasterPos2i(ww-80, wh-15);
glColor3f(0.0,0.0,0.0);
glBegin(GL_QUADS);
glVertex2i(ww-80, wh-15);
glVertex2i(ww, wh-15);
glVertex2i(ww, wh);
glVertex2i(ww-80, wh);
glEnd();
glColor3f(1.0,1.0,1.0);
glCallLists( strlen(out) , GL_BYTE, out);
glFlush();
glPopAttrib();
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간단한 페인트 프로그램 - mouse()
void mouse(int btn, int state, int x, int y)
{
static int draw_mode = 0;
static int count;
int where;
static int xp[2],yp[2];
if(btn==GLUT_LEFT_BUTTON &&
state==GLUT_DOWN)
{
glPushAttrib(GL_ALL_ATTRIB_BITS);
glutIdleFunc(NULL);
where = pick(x,y);
glColor3f(r, g, b);
if(where != 0) {
count = 0;
draw_mode = where;
}
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else if(draw_mode == 1 && count == 0) {
count = 1;
xp[0] = x;
yp[0] = y;
}
else if(draw_mode == 1 && count != 0) {
glBegin(GL_LINES);
glVertex2i(x,wh-y);
glVertex2i(xp[0],wh-yp[0]);
glEnd();
draw_mode=0;
count=0;
}
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간단한 페인트 프로그램 - mouse()
else if(draw_mode==2 && count==0) {
count = 1;
xp[0] = x;
yp[0] = y;
}
else if(draw_mode==2 && count !=0)
{
if(fill) glBegin(GL_POLYGON);
else glBegin(GL_LINE_LOOP);
glVertex2i(x,wh-y);
glVertex2i(x,wh-yp[0]);
glVertex2i(xp[0],wh-yp[0]);
glVertex2i(xp[0],wh-y);
glEnd();
draw_mode=0;
count=0;
}
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else if(draw_mode==3 && count==0)
{
count = 1;
xp[0] = x;
yp[0] = y;
}
else if(draw_mode==3 && count==1)
{
count = 2;
xp[1] = x;
yp[1] = y;
}
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간단한 페인트 프로그램 - mouse()
else if(draw_mode==3 && count==2)
{
if(fill) glBegin(GL_POLYGON);
else glBegin(GL_LINE_LOOP);
glVertex2i(xp[0],wh-yp[0]);
glVertex2i(xp[1],wh-yp[1]);
glVertex2i(x,wh-y);
glEnd();
draw_mode=0;
count=0;
}
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else if(draw_mode == 4 )
{
drawSquare(x,y);
count++;
}
glutIdleFunc(idle);
glPopAttrib();
glFlush();
}
}
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간단한 페인트 프로그램 - pick()
int pick(int x, int y)
{
y = wh - y;
if(y < wh-ww/10) return 0;
else if(x < ww/10) return 1;
else if(x < ww/5) return 2;
else if(x < 3*ww/10) return 3;
else if(x < 2*ww/5) return 4;
else return 0;
}
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대화식 프로그램 설계
•
좋은 대화식 프로그램의 조건
1) 디스플레이할 때에 깜빡거림없이 부드럽게 출력되어
야 한다
2) 화면상에 다양한 대화식 장치
3) 정보의 입력과 표시의 다양한 방법
4) 사용하기 쉬운 사용자 인터페이스
5) 사용자로의 피드백
6) 사용자에 대한 오류 허용성
7) 인간의 시각과 운동 특성이 고려된 설계
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이중 버퍼링 (1)
• 페인트 프로그램에서 시계의 깜박임
– 화면 재생 : 초당 50-75번
 프레임 버퍼의 내용을 초당 50-75번 화면에 표시
– 재생하는 동안 프레임 버퍼의 내용이 변경되면 문제 발
생
• 화면 한 영역을 반복적으로 지우고 그리는 경우
• 화면이 복잡하여 한 재생주기 내에 그려질 수 없는 경우
이중 버퍼링으로 문제 해결
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이중 버퍼링 (2)
• 두개의 버퍼 사용
– 전면 버퍼 : 화면에 보여주는 부분
– 후면 버퍼 : 화면에 보이기 전에 미리 그리는 부분
전면 버퍼
디스플레이
glutSwapBuffers()
모니터
후면 버퍼
처리기
디스플레이
후면 버퍼
처리기
전면 버퍼
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모니터
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툴킷, 위제트, 프레임 버퍼 (1)
• 툴킷
– GLUT에서 제공하는 메뉴이외에도 슬라이드바, 다이얼,
텍스트 입력 상자, 버튼, 아이콘 등 다양한 그래픽 도구
들이 필요
– 직접 만드는 것 보다 이들을 제공해주는 또 다른 툴킷
을 사용하는 것이 바람직
– FLTK 같은 툴킷이 있음
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툴킷, 위제트, 프레임 버퍼 (2)
• 프레임 버퍼에 대한 조작이 필요한 경우
– 메뉴 표시한 후 화면을 원래대로 복구
– 고무줄 기법(rubberbanding)
• XOR 연산을 사용할 수 있음
• OpenGL에서는 레이어(layer)를 사용하여 구현 가능
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Rubber band
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Q&A
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