 |
Макет консольного приложения, использующего библиотеку GLAUX
|
|
|
|
В отличие от обычной консольной программы Win32, в проект программы, использующей OpenGL, надо добавить три файла с расширениями .lib из каталога DEVSTUDIO\VC\LIB: opengl32.lib, glu32.lib и glaux.lib. В этих файлах содержатся данные, с помощью которых компоновщик организует в исполняемом файле программы вызовы функций OpenGL из динамических библиотек opengl32.dll и glu32.dll (они расположены в каталоге WINDOWS\SYSTEM).
Показанная ниже программа 1.1 выполняет анимацию сферы, которая движется в экранном окне в направлении "слева направо". Генерация изображения трехмерной сцены выполняется в функции display(). Консольные приложения, которые будут рассматриваться в данной лекции, имеют похожую структуру и различаются содержанием функции display().
#include <windows.h> // Заголовочный файл с описаниями функций Windows
#include <GL/gl.h> // Заголовочные файлы библиотеки OpenGL
#include <GL/glu.h>
#include <GL/glaux.h>
// Прототипы функций обратной связи (для автоматического вызова из GLAUX)
void CALLBACK resize(int width, int height);
void CALLBACK display(void);
void main()
{
// Параметры обсчета сцены в OpenGL: цветовой режим RGBA, удаление
// невидимых поверхностей и линий, двойная буферизация
auxInitDisplayMode(AUX_RGBA | AUX_DEPTH | AUX_DOUBLE);
// Создание окна OpenGL с заголовком "Программа 1.1"
// Размер окна – 400х400 пикселей. Левый верхний угол окна
// задается экранными координатами (50, 10).
auxInitPosition(50, 10, 400, 400);
auxInitWindow("Программа 1.1");
// В случае, когда окно не получает сообщений от клавиатуры, мыши или
// таймера, то будет вызываться функция display. Так можно получить
// анимацию. Если анимация не нужна, то эта строка лишняя.
auxIdleFunc(display);
// Задание функции, которая будет вызываться при изменении
// размеров окна Windows.
auxReshapeFunc(resize);
|
|
|
// Включение ряда параметров OpenGL
glEnable(GL_ALPHA_TEST); // Учет прозрачности
glEnable(GL_DEPTH_TEST); // Удаление невидимых поверхностей
glEnable(GL_COLOR_MATERIAL); // Синхронное задание цвета рисования
// и цвета материала объектов
glEnable(GL_BLEND); // Разрешение смешения цветов
glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);
glEnable(GL_LIGHTING); // Учет освещения
glEnable(GL_LIGHT0); // Включение нулевого источника света
// Задание положения и направления нулевого источника света
float pos[4] = { 3, 3, 3, 1 };
float dir[3] = { -1, -1, -1 };
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, pos);
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_SPOT_DIRECTION, dir);
// Задание функции отрисовки окна. Эта функция будет вызываться всякий
// раз, когда потребуется перерисовать окно на экране (например, когда
// окно будет развернуто на весь экран)
auxMainLoop(display);
}
void CALLBACK resize(int width, int height)
{
// Указание части окна для вывода кадра OpenGL
glViewport(0, 0, width, height);
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
// Задание типа проекции (glOrtho - параллельная, glFrustum -
// перспективная). Параметры функций определяют видимый объем
// (левая стенка - пять единиц влево, правая - пять единиц вправо,
// далее задаются нижняя стенка, верхняя, передняя и задняя)
glOrtho(-5, 5, -5, 5, 2, 12);
// Задание позиции наблюдателя (0, 0, 5), направление луча
// зрения (на точку (0, 0, 0)), вектор, принимаемый за направление
// "вверх" (0, 1, 0) (т.е. параллельно оси Y).
gluLookAt(0,0,5, 0,0,0, 0,1,0);
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
}
void CALLBACK display(void)
{
// Очистка буфера кадра
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
// Перенос системы координат, связанной с объектом, на 0.01
glTranslated(0.01, 0, 0);
// Рисование в начале координат, связанных с объектом, сферы
// радиусом 1, окрашенной в красный цвет
glColor3d(1, 0, 0);
auxSolidSphere(1);
// Копирование содержимого буфера кадра на экран
auxSwapBuffers();
}
Программа 1.1
Имена функций OpenGL
Рисование сферы в программе 1.1 выполняется при помощи двух функций:
glColor3d(1, 0, 0);
auxSolidSphere(1);
Функция glColor3d() устанавливает текущий цвет, а auxSolidSphere() рисует сферу единичного радиуса с центром в начале координат.
|
|
|
Цвет в режиме RGBA (режим был задан в функции main()) задается четырьмя числами в диапазоне от 0 до 1: красная компонента, синяя, зеленая и прозрачность. В программе 1.1 прозрачность не нужна, поэтому вызывается вариант функции glColor() с тремя параметрами. Значение четвертого параметра, прозрачности, по умолчанию равно единице (1 – абсолютно непрозрачный материал, 0 – абсолютно прозрачный).
OpenGL была разработана для языка Си, а не Си++, поэтому вместо перегруженных полиморфных функций в этой библиотеке реализованы наборы функций с похожими именами, в которых условно обозначено количество параметров функции. Имена полиморфных функций OpenGL выбраны согласно следующему правилу:
Имя функции[n=число параметров][тип параметров]
Тип параметров обозначается одной из английских букв:
'b' – байт со знаком (char или GLbyte)
's' – короткое целое (short или GLshort)
'i' – целое (int или GLint)
'f' – вещественное (float или GLfloat)
'd' – вещественное с двойной точностью (double или GLdouble)
'ub' – беззнаковый байт (unsigned char или GLubyte)
'us' – беззнаковое короткое целое (unsigned short или GLushort)
'ui' – беззнаковое целое (unsigned int или GLuint)
'v' – массив из n параметров указанного типа
Имя glColor3d() означает, что у функции есть три параметра типа double. Например, есть еще функция glColor3i() с тремя параметрами типа int. Для целочисленных типов значение цветовой компоненты приводится к диапазону [0, 1] путем деления переданного значения на максимальное значение данного типа. Ниже приведены три поясняющих примера:
double array[] = {0.5, 0.75, 0.3, 0.7};
glColor3dv(array); // Цвет задается массивом типа double
glColor3ub(200, 100, 0); // Преобразование 200/256,100/256,0/256
glColor3d(0.25, 0.25, 0); // темно-желтый
glColor3ub(0, 100, 0); // темно-зеленый
glColor3ub(0, 0, 255); // ярко-синий
Системы координат
В OpenGL используются три системы координат: левосторонняя, правосторонняя и оконная. Первые две системы являются трехмерными и отличаются друг от друга направлением оси z: в правосторонней она направлена на наблюдателя, а в левосторонней – от наблюдателя внутрь экрана. В большинстве случаев используется правосторонняя (мировая) система координат. Левосторонняя система применяется только для задания параметров проекционного преобразования. Отображение проекции трехмерной сцены производится в двумерной оконной системе координат, связанной с окном на экране.
|
|
|
Смысл преобразований трехмерных координат, необходимых для получения на экране двумерного изображения трехмерной сцены, можно пояснить с помощью аналогии между OpenGL и фотоаппаратом (рис. 1.2). В обоих случаях для получения изображения выполняются следующие шаги:
1) установка штатива и наведение фотоаппарата (видовое преобразование);
2) размещение фотографируемых объектов (модельное преобразование);
3) выбор объектива и/или настройка увеличения (проекционное преобр.);
4) выбор размера печатаемой фотографии (оконное преобразование).
Рис. 1.2. Аналогия между фотоаппаратом и OpenGL.
Рис. 1.3. Порядок выполнения преобразований координат вершины объекта.
В программах на OpenGL видовые преобразования следует задавать ранее модельных. Проекционное и оконное преобразования можно описывать в любом месте программы до рисования объектов. В целом, порядок задания параметров преобразований может отличаться от строго определенного порядка выполнения математических операций над трехмерными координатами для получения двумерных экранных координат (рис. 1.3).
Матрицы преобразований
В OpenGL различные преобразования объектов сцены описываются с помощью матриц размера 4x4. Есть три типа матриц: видовая, проекционная и текстурная. Видовая матрица описывает преобразования объекта в мировых координатах: параллельный перенос, масштабирование и поворот. Проекционная матрица задает вид проекции трехмерных объектов на плоскость экрана (в оконные координаты), а текстурная матрица управляет наложением текстуры на объект.
Перед вызовом функций, изменяющих матрицу определенного типа, сначала необходимо установить эту матрицу в качестве текущей с помощью функции:
void glMatrixMode(GLenum mode)
Параметр mode принимает значения GL_MODELVIEW, GL_PROJECTION или GL_TEXTURE.
Значения элементов текущей матрицы можно задать в явном виде функцией:
void glLoadMatrix[f d](GLtype* m)
где m указывает на 16-ти элементный массив типа float или double. В нем сначала хранится первый столбец матрицы, затем второй, третий и четвертый.
|
|
|
Функция
void glLoadIdentity(void)
заменяет текущую матрицу на единичную. Содержимое текущей матрицы часто бывает нужно сохранить для дальнейшего использования. Для этого применяются функции сохранения/восстановления матрицы из служебного стека OpenGL:
void glPushMatrix(void)
void glPopMatrix(void)
Для матриц каждого типа в OpenGL есть отдельный стек. Для видовых матриц его глубина равна, как минимум, 32, для двух других типов матриц – минимум 2.
Для умножения текущей матрицы на другую матрицу справа используется функция:
void glMultMatrix[f d](GLtype* m)
где m является указателем на матрицу размером 4x4. Однако чаще для изменения матриц в OpenGL удобно пользоваться специальными функциями, которые по значениям параметров преобразований создают нужную матрицу и перемножают ее с текущей. Чтобы сделать текущей созданную матрицу, надо перед вызовом этих функций вызывать glLoadIdentity().
Теперь кратко рассмотрим преобразования, применяемые для отображения трехмерных объектов сцены в окно приложения (рис. 1.3).
|
|
|
