3dwm -
Plattform zur Entwicklung von 3D-GUIs

Stefan Ziegler

15.08.2003

Vortrag in PDF (155 KB)

Contents

• 1 Konzept
  • 1.1 Erste Generation
  • 1.2 Zweite Generation
  • 1.3 Dritte Generation
  • 1.4 3dwm
  • 1.5 CORBA
  
  
• 2 Aufbau
  • 2.1 Server und Klient
  • 2.2 Szenegraph
  • 2.3 Module
  
  
• 3 Vergleich mit Quartz
  • 3.1 Quartz
  • 3.2 Gemeinsamkeiten
  • 3.3 Unterschiede
  
  
• 4 Programmierung
  • 4.1 Voraussetzungen für 3dwm
  • 4.2 Installation von omniORB
  • 4.3 Installation von 3dwm
  • 4.4 Beispielprogramm
  
  
• 5 Quellen
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1 Konzept

Zur Grafikausgabe hat jedes Betriebssystem ein Subsystem.
Dessen Fähigkeiten stiegen mit der Zeit.

1.1 Erste Generation

• nur Adressierung einzelner Pixel
• Farbe je Pixel zu setzen
• Terminals: Zeile, Spalte, Farbe, Buchstabe
• Beispiele: DOS, Unix-Textterminals

• Linie zeichnen : alle Pixel einzeln
• Kreis vergrößern: alte Pixel löschen und alle neu

1.2 Zweite Generation

• nur ein Aufruf für einfache Geometrien
• Anfangs-, Endpunkte und Radien
• Rand- und Füllfarben, Füllmuster
• Bitmaps von zusammengehörigen Pixeln
• Beispiele: Windows, X Windows System, ältere Mac OS

• Linie zeichnen: nur Anfang und Ende
• Kreis vergrößern: alten löschen und für neuen nur Radius

1.3 Dritte Generation

• geometrische Objekte als Einheit gespeichert
• jede Geometrie mit: Ort, Ausmaßen, Farben/Texturen
• 2D: Rechtecke und (Bézier-)Kurven
• 3D: Würfel, Kugel und Zylinder
• Transparenz, Größe (auch in cm) und Drehwinkel änderbar
• Beispiele: 3dwm, Fresco, Quartz

• Linie zeichnen: nur Anfang und Ende
• Kreis vergrößern: nur Skalierungsfaktor angleichen

1.4 3dwm

• 3-dimensionaler Workspace-Manager
• Darstellungssystem der dritten Generation
• könnte mit Framebuffer X Windows ersetzen
• OpenGL-Ausgabe für VR-Umgebung / Monitore
• Eingaben per Tastatur, Maus, Joystick, Headtracker-Sensor

• API-Unterstützung für 3D-GUIs, selbst ohne
• VNC: Programme zweiter Generation nutzbar
• Ortstransparenz: Ausgabe auch auf anderen Rechnern
• plattformunabhängig (soweit OpenGL, CORBA existent)
• CORBA: API-Funktionen sprachunabhängig nutzbar
  $\rightarrow$ Klients in vielen Programmierspachen

1.5 CORBA

• Protokoll über TCP, Port 2809
• Aufruf von Funktionen auf entfernten Rechnern
• Datenstrukturen verteilt nutzbar
• bei 3dwm zur Zeit nur omniORB
• später auch ORBit (von GNOME benutzt) denkbar

2 Aufbau

Wie bisher: Server zur Darstellung und Geräteverwaltung
und Klienten-Anwendungen, die die Geometrien vorgeben.

2.1 Server und Klient

2.2 Szenegraph

• gerichtet und azyklisch $\rightarrow$ Baum
• alle 2D/3D-Objekte in Hierarchie
• kleinste Teile: Geometrien (face) und Farben/Texturen (appearance)
• zusammengeführt und Transformation darüber (Größe, Ort)
• insgesamt ein Knoten im Baum
• andere Knoten: Controller für Verhalten nach Events
• oberster Knoten Wurzel, Söhne alle Anwendungen daran

2.3 Module

• Celsius: Abstraktion vom Betriebssystem (Mutex, Threads, u.a.)
• Garbo: VNC-Schnittstelle zu bisherigen Window-Systemen,
  als Textur auf beliebiger Geometrie
• Nobel: API für Klienten als CORBA-Beschreibung,
• Polhem: Display-Server, Hardware, Plugin-Erweiterungen
• Solid: Umsetzung Szenegraph (Vertexe, Normalen, Texturen)
• support: Bilder laden (PNG), Hilfsklassen für Klienten
• Zorn: Parsen der Einstellungs-Dateien für Eingabegeräte

3 Vergleich mit Quartz

Quartz und 3dwm haben gemeinsame Grundlagen
aber auch viele Unterschiede.

3.1 Quartz

• Grafiksystem der 3. Generation
• seit MacOS X im Apple-Betriebssystem
• Darstellungsebene der Oberfläche Aqua
• Implementierung in XFree ab 4.0.2

Systemaufbau von MacOS (vereinfacht)

3.2 Gemeinsamkeiten

• unabhängig von der Auflösung
• OpenGL genutzt
• Objekte drehen / skalieren / verschieben
• Farbe u. Transparenz dynamisch änderbar

3.3 Unterschiede

• PDF als Grafikspeicher statt Szenegraph
• durch PDF: einfaches Drucken
• Antialiasing
• transparente Schatten
• alte MacOS-Anwendungen und neue auf gleicher Oberfläche
• verschiedene Farbräume (RGB, CMYK, Graustufen ...)

• ohne CORBA
• nur 2D-Geometrien

4 Programmierung

Installation und Beispielprogramm gezeigt.
Genaueres in Doku nachzulesen.

4.1 Voraussetzungen für 3dwm

• OpenGL 1.1 (z.B. Mesa)
• omniORB 3.0 (http://www.uk.research.att.com/omniORB/)
• MeshIO 0.2 (3D-Files) von 3dwm
• g++ >= 2.95 (besser g++ < 3)
• Automake 1.4, Autoconf 2.13, Libtool 1.3.5, bintools

• VNC-Server empfohlen (z.B. Xvnc)
• libpng
• SDL 1.2 (Multimedia-Lib)
• Expat (XML-Dateien)

4.2 Installation von omniORB

• omniORB 3.0 ohne configure $\rightarrow$ komplizierter
• omniORB 4.0: configure, make, make install
• Logverzeichnis erstellen, in Shell-Variable
• Konfiguration anhand Beispieldatei
• Lage der Konfig-Datei in Shell-Variable

4.3 Installation von 3dwm

• bei richtigen Libs: nur configure, make, make install
• Konfigurations-Datei ins Homeverzeichnis /
  Ort in Shell-Variable
• Lage der Konfig-Datei von omniORB in Shell-Variable
• libmeshio: configure, make, make install
• für omniORB 4.0:
  in configure: ORBLIBS = -lomniORB4 -lomnithread -lomniDynamic4
  in 3dwm-0.3.2/include/Nobel/CORBA.hh:
  #include <omniORB4/CORBA.h>
• weitere Änderungen bei g++ >= 3, neuerem OpenGL, neuerem Expat

4.4 Beispielprogramm

• main: Optionen, Erstellen der Klasse, Starten
• Konstruktor: Mit Server und dessen Module verbinden
• buildHello: Geometrie, Szenegraph
• run: Endlosschleife mit Wartezeit, ruft redraw
• redraw: neue Farben setzen

Vereinfachter Szenegraph zu Beispiel

5 Quellen

Von www.3dwm.org:

• Dokumentation 3dwm unter: http://www.3dwm.org/docs/
• http://www.3dwm.org/html/about_architecture.php
• http://www.3dwm.org/html/about_introduction.php
• tar-Pakete und Installations-Beschreibungen: http://www.3dwm.org/html/development_download.php

Von www.apple.com:
Beschreibungen von Quartz unter:

• http://developer.apple.com/quartz/overview.html
• http://www.apple.com/macosx/jaguar/quartzextreme.html
• http://www.apple.com/macosx/pdfs/Quartz_TB.pdf
• http://www.apple.com/macosx/technologies/graphics.html

Von www.arstechnica.com:

• ''Mac OS X Update: Quartz & Aqua'' von John Siracusa, Ausgabe 1/2000
  htttp://www.arstechnica.com/reviews/1q00/macos-x-gui/macos-x-gui-1.html

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