Трехмерная графика OpenGL (стр. 1 из 3)
Кафедра: Информационные технологии
Трехмерная графика OpenGL
1.1 Подключение графической библиотеки OpenGL к интерфейсу Windows
Стандарт реализации OpenGL для Windows требует выполнения некоторых настроек, связанных с особенностями операционной системы. Для того чтобы оконная система могла работать с OpenGL, необходимо провести ее инициализацию и сконфигурировать буфер фрейма.
Система OpenGL, как и любое другое приложение Windows, нуждается в ссылке на окно, на котором будет осуществляться воспроизведение. Ссылка на контекст воспроизведения – величина типа HGLRC (Handle to OpenGL Rendering Context) – связывает OpenGL с оконными системами Windows.
Для получения этого контекста OpenGL нуждается в величине типа HDC (контекст устройства) окна, на который будет осуществляться вывод.
Таким образом, чтобы начать работать с командами OpenGL, приложение должно создать один или несколько контекстов воспроизведения для потока, и сделать текущим один из них. Каждый поток при этом может иметь один и только один текущий контекст воспроизведения, который ассоциирован с определённым контекстом устройства.
Прежде чем получить контекст воспроизведения, сервер OpenGL должен получить детальные характеристики используемого оборудования. Эти характеристики хранятся в специальной структуре, тип которой TPixelFormatDescriptor (описание формата пикселей). Формат пикселей определяет число бит на пиксел, конфигурацию буфера цвета и вспомогательных буферов используемых для вывода изображения.
Для установки формата пикселей необходимо написать соответствующую процедуру, типичный пример которой приведён в приложении 2.
Для работы с контекстом воспроизведения в Win32 API реализованы следующие функции.
wglCreateContext(dc);
Функция создаёт контекст воспроизведения OpenGL, который подходит для рисования на устройстве, определённом дескриптором dc. При успешном завершении функция возвращает дескриптор созданного контекста воспроизведения OpenGL, и NULL – в случае неудачи.
Текущий контекст воспроизведения потока должен быть единственным. Следующая функция позволяет определить контекст воспроизведения для контекста устройства.
wglMakeCurrent (dc, hrc);
При завершении работы, необходимо, чтобы контекст никем не использовался. Для этого достаточно выполнить вызов функции:
wglMakeCurrent (0,0);
Завершая работу с OpenGL необходимо удалить контекст воспроизведения. Для этой цели используется функция:
wglDeleteContext(hrc);
После того как удалён контекст воспроизведения, следует удалить и ассоциированный с ним контекст устройства.
Структуру приложения, использующего OpenGL, можно изобразить в виде схемы (рис. 1)
1.2 Синтаксис команд OpenGL
Для того чтобы команды OpenGL были доступны в проекте, необходимо указать библиотеку в списке используемых модулей.
Все команды начинаются с префикса gl, затем идёт имя команды, цифра и суффикс. Цифра в окончании соответствует количеству аргументов, буква показывает требуемый тип аргумента.
Если имя команды заканчивается на v (векторная форма), то аргументом её служит указатель на массив значений.
Например: Если последние три символа в имени команды 3fv, то её аргумент – адрес массива трёх вещественных чисел.
В общем виде команду можно представить:
glCommandName {1,2,3,4} {b, s, i, f, d, ub, us, ui} {v} (arguments)
Таблица 1.1. Возможные типы аргументов
| Символ | Обозначение типа в OpenGL | Расшифровка |
| b | GLbyte | Байтовый |
| s | GLshort | Короткий целый |
| i | GLint | Целый |
| d | GLdouble | Вещественный двойной точности |
| f | GLfloat | Вещественный |
| ub | GLubyte | Байтовый, беззнаковый |
| us | GLushort | Короткий целый, беззнаковый |
| ui | GLuint | Целый, беззнаковый |
Почти всегда предпочтительно использовать команду в вещественной форме, поскольку хранит данные OpenGL именно в вещественном формате.
Процедура рисования заключается в командные скобки
glBegin(mode)
… // команды, указывающие вершины фигуры
glEnd;
Главное назначение командных скобок – это задание режима, определяющего как соединять точки (вершины). Вершины задаются своими координатами (количество координат зависит от пространства изображения) с помощью команд glVertex {2,3,4} {s, i, f, d} (arg).
Режим (mode), задающий правило соединения точек, определяет примитив. К примитивам относятся точки, линии, связанные линии, замкнутые линии, треугольники, связанные треугольники, четырёхугольники, связанные четырёхугольники и многоугольники.
Пример: задание стороны куба
glBegin (GL_POLYGON);
glNormal3f (0.0, 0.0, 1.0);
glVertex3f (1.0, 1.0, 1.0);
glVertex3f (-1.0, 1.0, 1.0);
glVertex3f (-1.0, -1.0, 1.0);
glVertex3f (1.0, -1.0, 1.0);
glEnd;
Таблица 1.2. Значение параметра mode
| mode | Описание |
| GL_POINTS | Каждый вызов glVertex задает отдельную точку. Рисует N точек |
| GL_LINES | Каждая пара вершин задает отрезок. Рисует N/2 линий |
| GL_LINE_STRIP | Рисуется ломанная. Элементы n и n+1 определяют отрезок n. рисуется N – 1 отрезков |
| GL_LINE_LOOP | Рисуется ломанная, причем ее последняя точка соединяется с первой. элементы n и n+1 определяют отрезок n. последняя линия определяется элементом N и 1. рисуется N отрезков |
| GL_TRIANGLES | Каждые три вызова glVertex задают треугольник. элементы 3n – 2, 3n‑1, и 3n определяют треугольник n. Рисуется N/3 треугольников. |
| GL_TRIANGLE_STRIP | Рисуются треугольники с общей стороной. Для нечетного n, элементы n, n+1, n+2 определяют треугольник n. Для нечетного n элементы n+1, n, n+2 определяют треугольник n. Рисуется N‑1 треугольников. |
| GL_TRIANGLE_FAN | Рисует группу соединенных треугольников. Один треугольник определяется для каждого элемента после двух предыдущих. Два последних элемента соединяются с первым. рисуется N – 2 треугольников. |
| GL_QUADS | Каждые четыре вызова glVertex задают четырехугольник. рисуется N/4 четырехугольника. |
| GL_QUAD_STRIP | Четырехугольники с общей стороной. соединяя чётные элементы с чётными, а нечётные с нечётными. |
| GL_POLYGON | Полигон. Элементы с 1 по N определяют этот полигон. (при этом точки полигона сортируются так, чтобы грани у получившегося многоугольника не пересекались) |
Для создания сцены необходимо задать область вывода объектов и задать способ проецирования.
Если область вывода не задана явно, то в OpenGL используется установленная по умолчанию зона в виде куба видимости 2x2x2 с началом координат в центре куба (рис. 2).
Рис. 2. Вид системы координат Oxyz
Система координат в OpenGL Oxyz (рис. 2) расположена таким образом, что ось Oz направлена в сторону противоположную направления зрения. Окно видимости (Windows) масштабируется в пределах [-1; 1] по осям Ox, Oy. Изображение по умолчанию воспроизводится на плоскости z=0.
Существует два типа проецирования: параллельная проекция и перспективная. Ортогональная проекция – это частный случай параллельной проекции, при которой проецирующие лучи ортогональны картинной плоскости.
При ортогональном проецировании точка (x, y, z) на объекте проецируется в точку (x, y, 0) на плоскости проекции. В OpenGL ортогональная проекция, характеризуемая параллелепипедом видимости, задаётся функцией glOrtho(), объявленной следующим образом:
glOrtho (left, right, bottom, top, near, far)
Таким образом, видны все объекты, которые попали внутрь параллелепипеда видимости.
При проецировании, преобразование координат включает в себя этапы, изображённые на рис. 3. Сначала мировые координаты (система координат, в которой определяется положение объекта, положение точки наблюдения и экрана) преобразовываются в видовые координаты. При этом точки изображения остаются на своих местах, но система мировых координат переходит в систему видовых координат. Затем выполняется перспективное преобразование, добавляющее эффект перспективы в зависимости от расстояния от объекта до экрана и расстояние от точки наблюдения до экрана. Система трёхмерных видовых координат переходит в систему двухмерных экранных координат. При построении параллельной проекции перспективное преобразование не выполняется, и видовые координаты используются в качестве экранных координат (X, Y).
 |
Рис. 3. Схема преобразования координат
1.5 Видовые преобразования
Видовые преобразования осуществляются с помощью матричных преобразований. В OpenGL текущая матрица преобразований является произведением двух матриц – матрицы модели и матрицы проецирования, при этом формируется единая матрица преобразования, которая применяется ко всем вершинам всех геометрических объектов.
Матрица модели – glMatrixMode (GL_MODELVIEW) связана с координатами объектов. Это матрица в базисе видовых координат, она используется для построения картинки в том виде как её видит наблюдатель.
Матрица проецирования – glMatrixMode (GL_PROJECTION). Матрица в системе координат устройства. Вычисляет нормализованные координаты, которые преобразуются в экранные после трансформаций, связанных с областью вывода.