WebGL-rajapinta ja 3D-grafiikkakirjaston luominen

Abstract

Opinnäytetyössä tutkittiin 3D-grafiikkaa ja sen ohjelmointia WebGL-ohjelmointirajapinnan avulla, ja opinnäytetyön tuotoksena tuotettiin WebGL-rajapintaa hyödyntävä 3D-grafiikkakirjaston prototyyppi, jolla voi luoda 3D-grafiikkaa hyödyntäviä sovelluksia, jotka toimivat selaimessa. Aihe valittiin opinnäytetyön tekijän henkilökohtaisesta kiinnostuksesta 3D-grafiikkaa kohtaan.

Työssä tutkitaan 3D-grafiikkaan liittyviä matemaattisia käsitteitä ja laskutoimituksia sekä selvitetään, kuinka niitä voidaan toteuttaa ohjelmoimalla luodun kirjaston käyttöön. Määritettyjä matemaattisia luokkia hyödynnetään 3D-avaruudessa suoritettavien transformaatioiden määrittelyssä. Työssä tutustutaan WebGL-ohjelmointirajapinnan keskeisiin käsitteisiin ja toimintoihin laitteistokiihdytettyä 3D-grafiikkaa luodessa, ja opinnäytetyössä kehitetään tapa hyödyntää rajapinnan toiminnallisuuksia kirjastossa määritettyjen luokkien ja funktioiden avulla. Työssä selvitetään, kuinka COLLADA-tiedostoja voidaan hyödyntää 3D-mallien siirtämiseen ohjelmistojen välillä, ja kirjasto määrittelee tavan mallien lataamiseen kirjaston käyttöön COLLADA-tiedostoja hyödyntäen. Työssä tutkitaan piirrettävien 3D-mallien teksturointia ja sekä 3D-avaruuteen määritettävien valojen määrittelyä.

Opinnäytetyön tuloksena kertyi mittavasti tietoa 3D-grafiikasta ja sen ohjelmoinnista. Opittuja asioita hyödynnettiin 3D-grafiikkakirjaston prototyypin luomisessa, millä tutkittuja asioita voidaan toteuttaa käytännössä ja jota voidaan hyödyntää 3D-grafiikaa käyttävissä selainsovelluksissa. Työ toteuttaa suurimman osan tavoitteista, joita työlle oli suunnitelmassa asetettu, ja se tarjoaa hyvän pohjan jatkokehitystä varten

In this thesis, 3D graphics and 3D graphics programming were studied by using WebGL application programming interface. As a product of the thesis, a prototype of a 3D graphics library was developed, which uses the functionalities of the WebGL API to create an easier way to develop web-applications that use 3D graphics. The subject was picked due to the author’s personal interests towards 3D graphics.

Mathematic subjects and calculations related to 3D graphics programming were studied in this thesis, and a way was developed to perform them in programmed form for the use of the developed library. Defined mathematical classes are used for defining transformations that are performed in 3D space. The thesis studied the basic concepts and functionalities of the WebGL API for creating hardware accelerated 3D graphics, and a way to use these functionalities of the interface was developed with the classes and functions of the created library. The thesis explains how COLLADA file format can be used for transferring 3D models between programs. The library develops a way to load a model from COLLADA files to be used with the developed library. How 3D models can be textured and how lights can be defined into 3D space were also studied in this thesis.

As a result of the thesis, a great deal of information was obtained about 3D graphics and programming of graphics. The things learned were used to create a prototype of a 3D graphics library, which can be used to test the learned theories in practice, and to create web-programs that use 3D graphics. The thesis managed to achieve most of the original goals, and it provides a good template for further development.