Sujets de TD et TP 2024-2025

Télécharger le fichier archive IG-2024-2025.zip. Ce fichier archive contient une "solution" Visual Studio 2022. Une solution est un package destiné à référencer des projets de développement Visual Studio (exécutables, librairies, dll, drivers..., mais aussi éventuellement sites web statiques ou dynamiques). La concrétisation physique d'une solution est formée a minima d'un fichier .sln quand elle ne contient aucun projet de développement. Elle consistera plus généralement en un fichier .sln, en les fichiers .vcxproj des projets qu'elle inclut et en les fichiers (source ou autre) nécessaires à la compilation de ces projets. Il est bon que tout cela soit organisé physiquement en répertoires pour que tout ne soit pas mélangé.
Après extraction, un répertoire IG-2024-2025 est créé. Ce répertoire contient lui-même 6 répertoires :
- Bin pour les exécutables générés,
- Include pour les fichiers d'entête OpenGL (fichiers non présents par défaut dans Visual Studio),
- Lib pour les fichiers librairie OpenGL (fichiers non présents par défaut dans Visual Studio),
- Projet pour le fichier de description de la solution (Projet.sln, ...) et les répertoires contenant les projets faisant partie de la solution (Un seul répertoire actuellement : Exemple),
- Src pour les fichiers source des projets inclus dans la solution,
- Temp pour les fichiers temporaires (compilation, ...).

Le contenu de la solution peut être visualisé dans Visual Studio en utilisant l'explorateur de solution (item supérieur du menu Affichage). La solution IG-2024-2025 comprend un seul projet de développement nommé Exemple. Ce projet référence un seul fichier source Exemple.cpp et est préconfiguré pour une compilation utilisant OpenGL :
- utilisation des fichiers d'entête (répertoire implicite ../../Include),
- utilisation des fichiers librairie : OpenGL32.ms.lib et glu32.ms.lib dans les propriétés de configuration du projet et glut32.ms.lib par référence directe dans l'explorateur de solution,
- copie post édition de liens dans le répertoire Bin de l'exécutable généré lors de l'édition de liens dans un sous-répertoire du répertoire Temp.
IG-2024-2025 est donnée intégralement préconfigurée car, même si les manipulations visant à configurer les options de compilation et d'édition de liens spécifiques à OpenGL sont interessantes en tant que telles, elles sortent du champ de ce TP.
Attention, contrairement à d'autres gestionnaires de projets, l'explorateur de solution ne se base pas sur l'organisation physique des fichiers sur leur(s) support(s) de stockage pour l'affichage en onglets et sous-onglets. L'explorateur de solution se contente de référencer ces fichiers (relativement au répertoire dans lequel se trouve le fichier sln -> solution globalement déplaçable) et permet de créer des onglets (des filtres) pour organiser l'ensemble des références nécessaires à la compilation. Rien n'oblige à ce que la structure en arborescence des filtres soit mappée sur la structure en arborescence de répertoires du stockage des fichiers. Rien ne permet de faire créer automatiquement les onglets du gestionnaire de solution sur la base de l'organisation en arborescence de répertoires du stockage des fichiers.
La génération (compilation puis édition de liens) de ce projet doit conduire à la création d'un exécutable nommé Exemple.exe dans le répertoire Bin. Son exécution requière les dll OpenGL32.dll et Glu32.dll (toujours présentes par défaut dans le système d'exploitation Windows) ainsi que la dll Glut32.dll (jamais présente par défaut dans le système d'exploitation Windows mais dont il existe une copie dans le répertoire Bin où est copié l'exécutable).

1) Extraire l'archive IG-2024-2025.zip. Lancer Visual Studio et charger la solution. Elle est théoriquement compatible avec les versions 2015, 2017, 2019 et 2022 de Visual Studio au prix d'une conversion qui devrait être proposée lors du premier chargement.
Vérifier la compilation et l'exécution du projet Exemple.

2) Le fichier code source GLUtMinimum.cpp illustre le fonctionnement événementiel de la librairie GLUt. On rappelle que nous allons utiliser cette librairie annexe à OpenGL pour construire l'interface utilisateur de nos programmes OpenGL, celui-ci ne contenant aucune fonction dédiée à cette fin.

Le fichier source GLUtMinimum.cpp contient le minimum possible d'appels à OpenGL tout en affichant quand-même quelque chose, de façon à mettre en évidence les fonctionnalités GLUt et non les fonctionnalités OpenGL.

a) Repérer dans le code les appels de fonction qui semblent correspondre aux fonctionnalités implantées listées ci-dessous en italique. Placer des commentaires dans le code pour garder une trace de ce que vous avez repéré.

La scène construite est constituée d'un unique tore muni du matériel par défaut d'OpenGL. Le calcul d'illumination est activé et une seule lumière est allumée. L'élimination des parties cachées est activée. La projection est réalisée en projection orthographique. Le contenu du volume cubique dont la diagonale est définie par les positions (-1.0,-1.0,-1.0) et (1.0,1.0,1.0) du repère de modélisation est affiché dans le viewport de visualisation (la fenêtre) en projection selon l'axe -z du repère de modélisation. Le viewport de visualisation est configuré pour occuper automatiquement (dynamiquement) l'intégralité de la fenêtre.
La fonction main organise les points suivants :
- exécution d'une fonction (static void clean(void)) lorsque l'application est interrompue par exécution de la fonction standard void exit(int),
- configuration et création de la fenêtre de visualisation,
- configuration des paramètres OpenGL obligatoires qui n'auront pas à être reconfigurés au cours de la vie du programme (appels regroupés dans la fonction static void init(void)),
- programmation de la gestion des événements,
- affichage de la fenêtre de visualisation et lancement de la boucle infinie de gestion des événements.

Les événements suivants sont gérés "normalement" avec exécution de code OpenGL valide et cohérent :
- rafraichissement de la fenêtre de dessin (display),
- modification de la taille de la fenêtre de dessin (reshape).
Les événements suivants sont gérés a minima par des échos écran en texte de messages dans la console d'exécution de façon à permettre la trace du fonctionnement du programme :
- frappe d'une touche alphanumérique du clavier (keyboard),
- frappe d'une touche non-alphanumérique du clavier (special),
- clic souris dans la fenêtre de dessin (mouse),
- déplacement de la souris bouton appuyé dans la fenêtre de dessin (mouseMotion).
Le code de gestion des événements suivants est programmé pour une gestion a minima par affichages écran texte de messages dans la console, mais ces événements ne sont pas activés (lignes laissées en commentaire) dans la fonction main :
- aucun événement n'est en attente (idle),
- déplacement de la souris bouton non appuyé devant la fenêtre de dessin (passiveMouseMotion).

b) Remplacer le fichier Exemple.cpp par le fichier GLUtMinimum.cpp dans le projet VisualStudio.

Le fichier GLUt-3-spec.pdf contient la documentation de référence de GLUt. Il pourra vous aider à implanter les réponses aux questions c) à g).

De part sa nature non orientée objet la librairie GLUt ne peut pas être employée sans utiliser des variables globales. Celles-ci permettent le partage d'informations entre les différentes fonctions implantées pour être exécutées en réponse aux événements. De façon à ne pas aller contre le fonctionnement événementiel de GLUt mais plutôt à s'inscrire dans son cadre, on évitera de s'autoriser à placer des instructions OpenGL dans toutes les fonctions événementielles et on limitera un tel placement aux seules fonctions display (rafraichissement de la fenêtre de dessin) et reshape (changement de la taille de la fenêtre de dessin). Il est naturel que ces deux fonctions aient à contenir de l'OpenGL car la fonction reshape devra configurer la caméra virtuelle de visualisation OpenGL et la fonction display devra modéliser la scène en OpenGL. Au lancement de l'application, GLUt entre en boucle infinie après post automatique d'un événement reshape et d'un événement display. Il exécute donc la fonction reshape puis la fonction display, et se met en attente d'événements. Les événements peuvent arriver à n'importe quel instant et être de n'importe quel type lorsqu'ils arrivent y compris des reshape et des display. Placer des instructions OpenGL dans d'autres fonctions que reshape et display n'est pas interdit mais présenterait pour inconvénient de générer un flux OpenGL plus difficile à rendre déterministe, nous allons donc éviter de le faire.
Notre méthode de programmation consistera :
- à utiliser des variables globales dont les valeurs ne seront jamais modifiées mais simplement utilisées telles quelles pour les appels de fonction OpenGL dans les fonctions reshape et display (principalement dans display) pour paramétrer la modélisation et ses paramètres,
- à modifier (et donc aussi utiliser) ces variables globales dans les autres fonctions de réaction aux événements et à ne jamais faire d'appels de fonction OpenGL dans ces fonctions.
En opérant ainsi, le flux d'exécution des fonctions événementielles qui aurait par exemple été :
RDKDISRDMMMMKKDRDIDIDIDIKD
se réduira au flux :
RDDRDDRDDDDD
pour les seules fonctions qui contiennent de l'OpenGL à savoir reshape et display. On n'obtient toujours pas un ordre déterministe pour les fonction OpenGL mais cette restriction auto-imposée permet de faciliter notre travail de conception quand il s'agit de s'assurer et d'obtenir la cohérence d'exécution OpenGL au sein d'un fonctionnement événementiel aléatoire du point de vue de l'ordre d'arrivée des événements.
Un autre intérêt de cette restriction est que si vous abandonnez GLUt pour une autre librairie de fenêtrage, le portage vers cette nouvelle librairie sera facilité.

c) Implanter un contrôle clavier permettant de switcher entre les modes d'affichage plein et fil de fer en utilisant la touche de clavier Espace.
Il convient de modifier la fonction keyboard du fichier source et d'utiliser la fonction OpenGL glPolygonMode pour le paramétrage du mode d'affichage dans la fonction display.

d) Implanter une animation telle que le tore tourne sur lui-même autour de l'axe Ox à raison de 1° de rotation entre chaque image.
Il convient d'adapter la fonction idle et de programmer son exécution en tâche de fond dans la fonction main. La fonction OpenGL glRotatef sera utilisée dans la fonction display juste avant l'appel à la fonction scène pour réaliser la rotation de celle-ci. Appeler soi-même la fonction display ou, encore pire, programmer une boucle explicite autour d'un appel à la fonction display est totalement proscrit car cela contrecarrerait le fonctionnement événementiel. Dans la fonction idle on utilisera la fonction GLUt glutPostRedisplay pour poster un événement redisplay, entrainant ainsi l'exécution de la fonction display par GLUt sitôt que ce sera possible, et obtenant ainsi un flux d'exécution événementiel qui sera IDIDIDIDIDIDIDID et dont il résultera une animation.

e) Implanter un contrôle clavier permettant d'activer/désactiver l'animation au moyen de la touche Entrée.
On s'inspirera de la méthode utilisée dans Exemple.cpp.

f) Implanter un contrôle clavier permettant de faire tourner interactivement le tore sur lui-même autour de l'axe Oy dans un sens ou dans l'autre en utilisant les touches Flèche gauche et Flèche droite du clavier. On pourra par exemple appliquer une rotation de 1° ou de -1° à chaque utilisation d'une des flèches.
Il convient d'adapter la fonction special.

g) Implanter un contrôle permettant de faire tourner le tore sur lui-même autour de l'axe Oz en réaction aux mouvements horizontaux de la souris bouton appuyé à raison de 1° de rotation par pixel de déplacement.
Il convient d'adapter les fonctions mouse et mouseMotion.

	GLUT
Fonctionnalités principales de GLUt : - création de fenêtres - gestion des événements : - fenêtre - clavier - souris

TD n°1 : Modélisation géométrique par objets canoniques, premières scènes OpenGL

(1) Programmer en OpenGL la scène suivante sous la forme d'une fonction C sans utiliser les fonctions glPushMatrix et glPopMatrix ailleurs qu'en début et fin de fonction :
Quatre cubes de côté 2.0 aux positions (2.0,0.0,2.0), (2.0,0.0,-2.0), (-2.0,0.0,2.0) et (-2.0,0.0,-2.0). Les cubes ont leurs faces orthogonales aux axes du repère de modélisation.

(2) Reprogrammer en OpenGL la scène de la question (1) de telle manière que les cubes aient une de leurs faces orientée vers l'origine du repère.

(3) Reprogrammer en OpenGL la scène de la question (2) en utilisant les fonctions glPushMatrix et glPopMatrix pour rendre les objets indépendants les uns des autres et simplifier l'écriture de la fonction scène.

(4) Programmer une scène OpenGL en plaçant 3 cubes de côté 2.0 aux 3 sommets d'un triangle équilatéral défini avec les caractéristiques suivantes :
- rayon 1.5,
- centré sur l'origine,
- plongé dans le plan xOz.
Les 3 cubes présentent une de leurs faces orientée vers l'origine.

(1) Programmer la scène OpenGL modélisant un bras robot simplifié composé d'un bras et d'un avant-bras.
Le bras est articulé pour que sa base puisse tourner autour de l'axe Oy d'un angle r1. Il s'agit d'un parallélépipède rectangle de dimension (3.0,1.0,1.0).
L'avant-bras est articulé autour de l'axe y au bout du bras pour un angle r2. Il s'agit d'un parallélépipède rectangle de dimension (3.0,0.8,0.8).

(2) Modifier la fonction OpenGL de l'exercice n°1 en remplaçant les parallélépipèdes par des cylindres de tailles équivalentes à celles des objets qu'ils remplacent.

(1) Implanter en OpenGL une fonction de dessin d'une molécule de Benzène (C₆H₆).

Les atomes de carbone (atomes centraux) ont un rayon égal à 0.5.
Les liaisons entre 2 atomes de carbone ont pour longueur (centre à centre) 2.0 et pour rayon 0.15.
Les atomes d'hydrogène ont un rayon égal à 0.25.
Les liaisons entre atome de carbone et d'hydrogène ont pour longueur (centre à centre) 1.2 et pour rayon 0.05.
La molécule est centrée sur l'origine et placée dans le plan xOy.

(2) Modifier la modélisation de la molécule de benzène de la question précédente pour que les liaisons carbone-carbone soient alternativement des liaisons simples et des liaisons doubles (voir figure ci-dessous).
Les cylindres modélisant ces liaisons auront pour rayon 0.05 (comme les liaisons carbone-hydrogène). Dans le cas des liaisons doubles, les deux cylindres de modélisation seront écartés de 0.1.