OpenGL является кроссплатформенным, независимым от языка программирования API для работы с графикой. OpenGL - низкоуровневый API, поэтому для работы с ним неплохо иметь некоторое представление о графике в целом и знать основы линейной алгебры.
Именования
Скажем пару слов об именовании функций в OpenGL. Во-первых имена всех функций, предоставляемых непосредственно OpenGL, начинаются с приставки gl . Во-вторых функции, задающие некоторый параметр, характеризующийся набором чисел (например координату или цвет), имеют суффикс вида [число параметров + тип параметров + представление параметров].- Число параметров - указывает число принимаемых параметров. Принимает следующие значения: 1 , 2 , 3 , 4
- Тип параметров - указывает тип принимаемых параметров. Возможны следующие значения: b , s , i , f , d , ub , us , ui . Т.е. byte (char в C, 8-битное целое число), short (16-битное целое число), int (32-битное целое число), float (число с плавающей запятой), double (число с плавающей запятой двойной точности), unsigned byte, unsigned short, unsigned int (последние три - беззнаковые целые числа)
- Представление параметров - указывает в каком виде передаются параметры, если каждое число по отдельности, то ничего не пишется, если же параметры передаются в виде массива, то к названию функции дописывается буква v
Графика
Все графические объекты в OpenGL представляют собой набор точек, линий и многоугольников. Существует 10 различных примитивов, при помощи которых строятся все объекты. Как двухмерные, так и трехмерные. Все примитивы в свою очередь задаются точками - вершинами.- GL_POINTS - каждая вершина задает точку
- GL_LINES - каждая отдельная пара вершин задает линию
- GL_LINE_STRIP - каждая пара вершин задает линию (т.е. конец предыдущей линии является началом следующей)
- GL_LINE_LOOP - аналогично предыдущему за исключением того, что последняя вершина соединяется с первой и получается замкнутая фигура
- GL_TRIANGLES - каждая отдельная тройка вершин задает треугольник
- GL_TRIANGLE_STRIP - каждая следующая вершина задает треугольник вместе с двумя предыдущими (получается лента из треугольников)
- GL_TRIANGLE_FAN - каждый треугольник задается первой вершиной и последующими парами (т.е. треугольники строятся вокруг первой вершины, образуя нечто похожее на диафрагму)
- GL_QUADS - каждые четыре вершины образуют четырехугольник
- GL_QUAD_STRIP - каждая следующая пара вершин образует четырехугольник вместе с парой предыдущих
- GL_POLYGON - задает многоугольник с количеством углов равным количеству заданных вершин
Вот код рисующий квадрат с разноцветными вершинами:
- glBegin(GL_QUADS) ;
- glVertex2i(250 , 450 ) ;
- glVertex2i(250 , 150 ) ;
- glVertex2i(550 , 150 ) ;
- glVertex2i(550 , 450 ) ;
- glEnd() ;
Основы программы на OpenGL
Для платформонезависимой работы с окнами можно использовать библиотеку . GLUT упрощает работу с OpenGL.Для инициализации GLUT в начале программы надо вызвать glutInit (&argc, argv) . Для задания режима дисплея вызывается glutInitDisplayMode (режим) , где режим может принимать следующие значения:
- GLUT_RGBA - включает четырехкомпонентный цвет (используется по умолчанию)
- GLUT_RGB - то же, что и GLUT_RGBA
- GLUT_INDEX - включает индексированный цвет
- GLUT_DOUBLE - включает двойной экранный буфер
- GLUT_SINGLE - включает одиночный экранный буфер (по умолчанию)
- GLUT_DEPTH - включает Z-буфер (буфер глубины)
- GLUT_STENCIL - включает трафаретный буфер
- GLUT_ACCUM - включает буфер накопления
- GLUT_ALPHA - включает альфа-смешивание (прозрачность)
- GLUT_MULTISAMPLE - включает мультисемплинг (сглаживание)
- GLUT_STEREO - включает стерео-изображение
GLUT реализует событийно-управляемый механизм. Т.е. есть главный цикл, который запускается после инициализации, и в нем уже обрабатываются все объявленные события. Например нажатие клавиши на клавиатуре или движение курсора мыши и т.д. Зарегистрировать функции-обработчики событий можно при помощи следующих команд:
- void glutDisplayFunc (void (*func) (void)) - задает функцию рисования изображения
- void glutReshapeFunc (void (*func) (int width, int height)) - задает функцию обработки изменения размеров окна
- void glutVisibilityFunc (void (*func)(int state)) - задает функцию обработки изменения состояния видимости окна
- void glutKeyboardFunc (void (*func)(unsigned char key, int x, int y)) - задает функцию обработки нажатия клавиш клавиатуры (только тех, что генерируют ascii-символы)
- void glutSpecialFunc (void (*func)(int key, int x, int y)) - задает функцию обработки нажатия клавиш клавиатуры (тех, что не генерируют ascii-символы)
- void glutIdleFunc (void (*func) (void)) - задает функцию, вызываемую при отсутствии других событий
- void glutMouseFunc (void (*func) (int button, int state, int x, int y)) - задает функцию, обрабатывающую команды мыши
- void glutMotionFunc (void (*func)(int x, int y)) - задает функцию, обрабатывающую движение курсора мыши, когда зажата какая-либо кнопка мыши
- void glutPassiveMotionFunc (void (*func)(int x, int y)) - задает функцию, обрабатывающую движение курсора мыши, когда не зажато ни одной кнопки мыши
- void glutEntryFunc (void (*func)(int state)) - задает функцию, обрабатывающую движение курсора за пределы окна и его возвращение
- void glutTimerFunc (unsigned int msecs, void (*func)(int value), value) - задает функцию, вызываемую по таймеру
Первая программа
Теперь мы знаем основы работы с OpenGL. Можно написать простую программу для закрепления знаний.Начнем с того, что нужно подключить заголовочный файл GLUT:
Теперь мы уже знаем, что писать в main. Зарегистрируем два обработчика: для рисования содержимого окна и обработки изменения его размеров. Эти два обработчика по сути используются в любой программе, использующей OpenGL и GLUT.
- int main (int argc, char * argv )
- glutInit(& argc, argv) ;
- glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE| GLUT_RGBA) ; /*Включаем двойную буферизацию и четырехкомпонентный цвет*/
- glutInitWindowSize(800 , 600 ) ;
- glutCreateWindow(«OpenGL lesson 1» ) ;
- glutReshapeFunc(reshape) ;
- glutDisplayFunc(display) ;
- glutMainLoop() ;
- return 0 ;
Теперь надо написать функцию-обработчик изменений размеров окна. Зададим область вывода изображения размером со все окно при помощи команды glViewport (х, у, ширина, высота) . Затем загрузим матрицу проекции glMatrixMode (GL_PROJECTION) , заменим ее единичной glLoadIdentity () и установим ортогональную проекцию. И наконец загрузим модельно-видовую матрицу glMatrixMode (GL_MODELVIEW) и заменим ее единичной.
В итоге получим:
- void reshape(int w, int h)
- glViewport(0 , 0 , w, h) ;
- glMatrixMode(GL_PROJECTION) ;
- glLoadIdentity() ;
- gluOrtho2D(0 , w, 0 , h) ;
- glMatrixMode(GL_MODELVIEW) ;
- glLoadIdentity() ;
Осталось только написать функцию рисования содержимого окна. Рисовать будем тот квадрат, что я приводил выше в качестве примера. Добавить придется совсем немного кода. Во-первых перед рисованием надо очистить различные буфера при помощи glClear (режим) . Используется также как и glutInitDisplayMode. Возможные значения:
- GL_COLOR_BUFFER_BIT - для очистки буфера цвета
- GL_DEPTH_BUFFER_BIT - для очистки буфера глубины
- GL_ACCUM_BUFFER_BIT - для очистки буфера накопления
- GL_STENCIL_BUFFER_BIT - для очистки трафаретного буфера
Получаем:
- void display()
- glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT) ;
- glBegin(GL_QUADS) ;
- glColor3f(1.0 , 1.0 , 1.0 ) ;
- glVertex2i(250 , 450 ) ;
- glColor3f(0.0 , 0.0 , 1.0 ) ;
- glVertex2i(250 , 150 ) ;
- glColor3f(0.0 , 1.0 , 0.0 ) ;
- glVertex2i(550 , 150 ) ;
- glColor3f(1.0 , 0.0 , 0.0 ) ;
- glVertex2i(550 , 450 ) ;
- glEnd() ;
- glutSwapBuffers() ;
Итог
Все! Можно компилировать. Должно получиться что-то вроде этого:В OpenGL переопределены стандартные типы, включая встроенные. Это сделано для переносимости программного кода на другие платформы. В принципе, нет ничего сложного, чтобы запомнить эти типы и их значения.
Например, тип GLint соответствует стандартному int:
typedef int GLint;аналогично:
typedef unsigned int GLuint; typedef float GLfloat; typedef double GLdouble; typedef void GLvoid;
Эти типы объявлены в GL.h. Имена всех этих типов начинаются с GL. Рекомендуется с функциями OpenGL использовать эти типы.
Функции OpenGL
Многие функции OpenGL - вариации друг друга, различаясь только типами данных и их аргументами. Конечно же, этого не было бы, если бы OpenGL изначально был сделан для языков, поддерживающих перегрузку функций, таких как C++.
Чтобы не было путаницы в именах функций, ввели несколько договорённостей (правил), по которым строится имя функции OpenGL.
Во-первых, все имена функций OpenGL начинаются с приставки gl. Например,
GlBegin();
glEng();
Во-вторых, если набор функций имеют одинаковый смысл и различаются только количеством и типами параметров, то имя таких функций записывают в виде:
GlОбщая_часть_имени_функции[n],
где n - количество параметров, type - тип параметров.
Например:
glVertex2d(1 .0 , 0 .5 ) ; // 2d означает: 2 параметра типа GLdouble glVertex3f(1 .0 f, 0 .5 f, 0 .0 f) ; // 3f означает: 3 параметра типа GLfloat glColor3ub(127 , 0 , 255 ) ; // 3ub означает: 3 параметра типа GLubyte
Ниже в таблице приведены значения сокращений для type:
| i | GLint |
| ui | GLuint |
| f | GLfloat |
| d | GLdouble |
| s | GLshort |
| us | GLushort |
| b | GLbyte |
| ub | GLubyte |
| v | массив |
В различных документациях по OpenGL, чтобы не перечислять все функции одного семейства, принято записывать только имя общей части всех функций семейства и в конце ставить звёздочку "*". Например, функции, задающие координаты вершин записывают так:
GlVertex*
Дополнительные сведения об OpenGL
Команды OpenGL интерпретируются моделью client/server.
Код приложения (client) выдаёт команды, которые интерпретируются и обрабатываются.
OpenGL (server) может оперировать или не оперировать на компьютере как клиент. Сервер может содержать несколько контекстов OpenGL. Клиент может подключаться к любому из этих контекстов.
Оконная система выделяет буфер кадра (frame buffer). Она определяет, какая часть буфера кадра модели может быть доступна в данное время для OpenGL, и уведомляет OpenGL, как эти порции структурированы. Поэтому OpenGL не имеет команд, конфигурирующих буфер кадра или инициализирующие OpenGL.
Дополнительные библиотеки
Помимо функций OpenGL и функций, предоставляемых операционной системой, часто для работы с OpenGL используют дополнительные библиотеки.
Библиотеки не вносят каких-либо новых возможностей в сам OpenGL. Их назначение, это упрощение кода. Библиотеки избавляют от написания программистами часто встречаемых функций.
Дополнительные библиотеки рекомендуется использовать крайне осторожно. Проблемы могут возникнуть при переносе вашего кода на другую платформу. Обычно их используют для небольших и тестовых программ. В крупных проектах от этих библиотек отказываются, оставляя предпочтение чистому OpenGL.
Наиболее известные библиотеки:
OpenGL Utility Library (glu)
Утилитная библиотека glu предоставляет функции, работающие с матрицами, с координатными системами, с кривыми и поверхностями NURBS и т.п.
Эта библиотека поставляется почти со всеми реализациями OpenGL, в частности с MS Visual C++.
Для того чтобы её использовать, нужно в исходном файле включить заголовочный файл glu.h:
#includeи включить для линковки статическую библиотеку glu32.lib в ваш проект.
Имена функций в этой утилитной библиотеки начинаются на glu, например,
GluPerspective();
OpenGL Auxiliary Library (glaux)
Вспомогательная библиотека glaux содержит функции, создающие простые трёхмерные геометрические объекты, такие как сфера, куб, параллелепипед, цилиндр, конус и пр., функции, загружающие изображения из файлов, функции, работающие с окном вывода графики и т.д.
Эта библиотека используется реже, и описание функций не включено в MSDN. Файлы для работы с библиотекой также поставляются с MS Visual C++.
Для того чтобы её использовать, нужно в исходном файле включить заголовочный файл glaux.h:
#includeи включить для линковки статическую библиотеку glaux.lib в ваш проект.
Имена функций в этой утилитной библиотеки начинаются на aux, например,
AuxSolidCube();
OpenGL Utility Toolkit (GLUT)
Независимый от оконной операционной системы инструмент для создания OpenGL программ. Предоставляет простую реализацию оконного интерфейса. Эта библиотека освобождает от инициализационных подготовок приложения, может генерировать геометрические объекты и пр.
Для того чтобы её использовать, нужно в исходном файле включить заголовочный файл glut.h и включить для линковки статическую библиотеку glut32.lib в ваш проект.
Кроме того, у вас должна быть динамически подключаемая библиотека glut32.dll.
В этой главе рассмотрим рендеринг трехмерной графики с помощью библиотеки OpenGL, изучим библиотеки GLU и GLUT (вместо последней иод Linux используется библиотека FreeGLUT), разберем процесс загрузки текстур с помощью библиотек SOIL и DevIL.
Как уже отмечалось в гл. 9, программисты графики обычно не работают напрямую с GPU. Это связано как с тем, что существует много различных GPU, так и с тем, что низкоуровневая работа с GPU довольно сложна и обычно ею занимаются разработчики драйверов. Вместо этого используют различные API, предоставляющие некоторый интерфейс более высокого уровня для работы с GPU. Этот интерфейс абстрагируется от конкретного GPU (вся работа с которым идет через драйвер, обычно поставляемый производителем GPU), что позволяет писать переносимый код, который будет работать с различными GPU. Также подобный API скрывает от программиста ряд низкоуровневых деталей работы с GPU.
Основными API для программирования трехмерной графики на данный момент являются OpenGL и Dircct3D. Последний ориентирован только на платформу Microsoft Windows. В этой книге рассмотрены основы работы с OpenGL. Это кроссплатформен- ный API, поддерживающий все основные операционные системы (Windows, Linux, Mac OS X) и позволяющий работать с большим количеством различных GPU.
Существует версия API - OpenGL ES, предназначенная для работы на мобильных устройствах. С ее помощью можно делать трехмерную графику для платформ iOS и Android. Кроме того, существует WebGL - библиотека, позволяющая использовать OpenGL ES прямо в окне браузера, применяя для этого javascript. Также существуют привязки для OpenGL, позволяющие работать со всеми основными языками программирования, благодаря чему можно легко использовать OpenGL практически из любого языка программирования.
Основная задача OpenGL - рендеринг двух- и трехмерной графики. При этом данный API вообще не занимается созданием окон для рендеринга, чтением ввода от пользователя и другой подобной и сильно зависящей от конкретной операционной системы работы, поэтому мы будем для этих целей использовать кроссплатформен- ную библиотеку GLUT. Данная библиотека предоставляет простой и удобный способ для создания окон, рендеринга в них посредством OpenGL и получения сообщений от мыши и клавиатуры.
С точки зрения архитектуры OpenGL построен на модели клиент-сервер. При этом сама программа, использующая OpenGL, выступает в роли клиента, a GPU и его драйвер - в роли сервера. Обычно программа выполняется на том же компьютере, где установлен GPU, но это не обязательно.
На практике все выполняемые команды OpenGL буферизуются и уже потом поступают в очередь для передачи на GPU. Таким образом, выполнение CPU команды говорит только о том, что данная команда попала в буфер или была добавлена в очередь; вполне возможно, что GPU ее еще не начал выполнять. В то же время OpenGL можно рассматривать как конечный автомат - у него есть свое состояние. Единственный способ изменить это состояние - использовать команды OpenGL. Между командами состояние OpenGL не изменяется.
Важным понятием в OpenGL являются буферы (рис. 10.1). Для того чтобы осуществлять рендеринг, должны быть созданы необходимые буферы. Буфер цвета используется всегда и для каждого пиксела хранит его цвет как 24-битовое число в формате RGB (по 8 бит на каждый из базовых цветов - красный, зеленый и синий) или как 32-битовое в формате RGBA (к стандартным трем компонентам добавляется четвертая компонента - альфа, задающая непрозрачность).
При использовании метода г-буфера для удаления невидимых поверхностей нужно для каждого пиксела хранить соответствующее ему значение глубины (обычно значение глубины хранится как 16-, 24- и 32-битовое целое число). Соответственно, все значения глубины, взятые вместе, образуют буфер глубины. Также можно использовать буфер трафарета , буфер накопления.
При создании окна, куда будет производиться рендеринг, необходимо создать контекст OpenGL и соответствующие буферы. Сам контекст обычно привязан к текущей нити, поэтому если в приложении используются несколько нитей, то созданный контекст в действительности можно использовать только из той нити, где он был создан.
Обработка данных в OpenGL основана на конвейере рендеринга (см. рис. 9.1). Конвейер определяет основные стадии обработки поступающих данных. Как именно данные будут обрабатываться, зависит от параметров состояния OpenGL, но сами эти стадии и порядок их прохождения строго зафиксированы.
Рис. 10.1.
Для современных GPU две части этого конвейера представлены с помощью программ, выполняющихся на GPU, - шейдеров. Далее будем рассматривать OpenGL версии 2, в которой эти программы необязательно задавать явно: существуют шейдеры, которые работают по умолчанию (г.е. в случае, когда программист явно не задал соответствующие шейдеры). Начиная с версии 3, OpenGL требует обязательного задания шейдеров и частично нарушает совместимость с предыдущими версиями, именно поэтому мы будем рассматривать версию OpenGL 2.
Геометрия задается как набор вершин, образующих различные примитивы (точки, отрезки, треугольники). В каждой вершине помимо ее координат можно задать также ряд дополнительных атрибутов, таких как цвет, нормаль, текстурные координаты. Данные в каждой вершине поступают на вход вершинного шейдера: для каждой вершины выполняется вершинный шейдер и генерирует некоторые выходные значения. Обязательным выходным значением являются однородные координаты вершины после выполнения всех преобразований.
OpenGL использует матрицы 4x4 для преобразования вершин - модельно-видовую матрицу проектирования (рис. 10.2). Если вершинный шейдер не задан явно, то используется вершинный шейдер по умолчанию, который умножает координаты вершины (в виде вектора в однородных координатах) сначала на модельновидовую матрицу, а затем - на матрицу проектирования.
После этого происходит сборка примитивов и их отсечение: все части каждого примитива, выходящие за пределы видимой области {viewing frustum) автоматически обрезаются так, что на следующую стадию конвейера переходят примитивы, полностью содержащиеся внутри области видимости. Далее фиксированная часть конвейера выполняет перспективное деление - вектор в однородных координатах делится на свою четвертую компоненту.
Рис. 10.2.
Если изначально координаты были заданы в своей системе координат, то умножение на модельно-видовую матрицу переводит их в систему координат камеры. Далее умножение на матрицу проектирования приводит координаты в пространство отсечения (clip space). После выполнения перспективного деления получаем нормализованные координаты устройства (normalized device coordinates).
Заключительный шаг - перевод нормализованных координат в координаты в окне, выражаемые в пикселах.
Перед перспективным делением происходит сборка примитивов и последующее отсечение: все, что не попадает в область видимости, отсекается. Далее каждый примитив растеризуется, т.е. переводится в набор фрагментов. Ряд значений, заданных в вершинах, интерполируется, и каждый фрагмент получает соответствующее ему значение. После этого для каждого фрагмента выполняется фрагментный шейдер, задачей которого является вычисление цвета для каждого фрагмента. При этом используются интерполированные значения, возможно обращение к текстурам - заранее подготовленным изображениям, которые накладываются на выводимые примитивы. Отметим, что у каждого фрагмента есть свои координаты на экране и полученное путем интерполяции значение глубины г. Также фрагментный шейдер вместо вычисления цвета фрагмента может явно отбросить весь фрагмент.
На следующем шаге конвейера для каждого фрагмента выполняется группа проверок, каждая из которых может отбросить данный фрагмент. Первая из этих проверок изучает, соответствует ли данный пиксел видимой части окна. Если нет, то этот фрагмент сразу же отбрасывается. Следующий тест проверяет, содержится ли фрагмент внутри заданного прямоугольника (в координатах окна). Также есть тесты трафарета и глубины. Тест трафарета извлекает из буфера трафарета группу битов, соответствующих данному фрагменту, и проверяет выполнение условия для этих битов. Тест глубины выполняет сравнение глубины фрагмента с соответствующим значением из буфера глубины. Каждый из этих тестов может привести к отбрасыванию соответствующего фрагмента. Кроме того, имеется альфа-тест, позволяющий отбрасывать фрагменты, исходя из значения альфа-компоненты ее цвета.
После этого выполняется шаг смешивания цвета фрагмента с цветом, соответствующим данному фрагменту в буфере цвета. Данная операция нужна для поддержки полупрозрачное™.
Вычисление значения цвета может быть проведено с гораздо большей точностью, чем можно сохранить в буфере цвета. Обычно в этом случае происходит просто округление цвета. Использование растрирования (dithering) предоставляет другой вариант: цвет изменяют таким образом, чтобы средний показатель по рядом стоящим пикселам дал нужное значение.
Заключительный шаг - выполнение заданной побитовой логической операции между содержимым буфера цвета и полученным значением цвета. Обратите внимание, что многие из этих тестов и операций могут быть выключены, если в них нет необходимости, - обычно это повышает быстродействие.
Если вы пишете программу, использующую OpenGL на С (или C++), то прежде всего необходимо включить следующий заголовочный файл:
Для обеспечения совместимости и переносимости кода OpenGL вводит ряд своих типов данных, имя каждого из этих типов начинается с префикса GL. GLint соответствует стандартному типу целых чисел, тип GLuint - стандартному типу беззнаковых целых чисел, a GLfloat - типу float. Также OpenGL использует несколько специальных типов, таких как GLsizei, обозначающий тип, используемый для задания размера, и GLclampf, используемый для задания значений с плавающей точкой, лежащих на отрезке .
Также вводится специальный тип GLenum для обозначения типа значений, соответствующих различным константам.
В библиотеке OpenGL (а также в идущих с ней в комплекте библиотеках GLU и GLUT) принято использовать довольно простое соглашение об именовании констант и функций. Имена всех команд (функций) OpenGL начинаются с префикса gl (для функций из библиотек GLU и GLUT - с glu и glut соответственно).
Имена всех констант начинаются с GL_ (соответственно с GLU_ и GLUTJ.
Многие команды OpenGL имеют несколько различных вариантов, отличающихся числом передаваемых аргументов и их типами. В этом случае в имя команды также входит специальный суффикс, содержащий число параметров, и суффикс, задающий их тин. Таким образом, имя команды в OpenGL обычно имеет следующий вид:
glCommand{1 2 3 4}{b s i f d ub us ui}{v}
Необязательная цифра служит для задания количества передаваемых аргументов (в том случае, когда есть версии этой команды с различным числом аргументов). Далее идет необязательный суффикс из одной или двух букв, задающий тип передаваемых аргументов (в том случае, когда существуют версии этой команды, принимающие входные значения различных типов). Суффикс v сообщает о том, что ряд параметров (обычно набор последних параметров) передан в виде массива, - в действительности функция вместо этих параметров получает указатель на этот массив.
Так, в команде glVertex2i два целочисленных аргумента, в команде glColor3f - три аргумента типа float, а в команде glColor4ubv - четыре аргумента типа unsigned byte, переданных в виде массива (т.е. функция при вызове получает всего один аргумент - адрес массива).
Обычно область, в которой необходимо определить наличие объектов (область выбора объектов), определяется как фрагмент проекции сцены. Например, пользователь на изображении проекции выделяет с помощью манипулятора (например, указателя типа "мышь") прямоугольную область или просто щелкает кнопкой "мыши", определяя, таким образом, область выбора.
Так как в этих случаях область выбора определяется на проекции трехмерной сцены, то необходимо определить соответствующую ей область трехмерной сцены (сцена выбора). Сцена выбора будет зависеть от нескольких факторов: используемой проекции, размеров сцены и области вывода.
Для определения трехмерной области выбора на основании прямоугольного фрагмента проекции сцены необходима информация о матрице проекции. Для этого можно использовать некоторые функции из библиотеки GLUT , которая является надстройкой над библиотекой OpenGL и предоставляет ряд дополнительных возможностей.
В библиотеке OpenTK функции библиотеки GLUT находятся в классе Glu в пространстве имен Tao .OpenGL (C#). В Object Pascal все функции и процедуры библиотеки GLUT имеют префикс "glu" , что позволяет их отличать от процедур и функций OpenGL .
Для формирования матрицы проекции на основе выбранного фрагмента проекции сцены можно использовать команду PickMatrix библиотеки GLUT :
C#: void gluPickMatrix(double x, double y, double width, double height, int viewport); Object Pascal: procedure gluPickMatrix(x,y,width,height: GLdouble; viewport: PGLint);
Команда PickMatrix библиотеки GLUT изменяет текущую матрицу таким образом, чтобы размер области сцены соответствовал области выбора, определённой в координатах проекции этой сцены. Команды имеет следующие параметры:
- x, y – горизонтальная и вертикальная координаты области выбора в координатах окна, в котором отображается проекция трехмерной сцены.
- width, height – ширина и высота выбранной прямоугольной области проекции трехмерной сцены в координатах окна.
- viewport – массив четырех целочисленных элементов. В C# передается непосредственно массив в качестве параметра, в Object Pascal в качестве параметра передаётся указатель на массив. Массив определяет область вывода проекции трехмерной сцены. Значения массива должны соответствовать координатам области вывода, определённым с помощью команды ViewPort . Элементы этого массива должны иметь следующие значения: 1й и 2й элементы – координаты x и у левого верхнего угла выделенной области в координатах экрана, 3 и 4 элементы – ширина и высота этой области.
Команда должна быть выполнена перед выполнением команд Ortho или Frushtum , с помощью которых формируется матрица проекции.
Перевод библиотеки OpenGL в режим выбора
Для перевода библиотеки в режим выбора используется команда RenderMode :
C#: int RenderMode(RenderingMode mode); Object Pascal: function glRenderMode(mode: GLenum): GLint;
Параметр mode определяет режим работы библиотеки OpenGL и может принимать одно из трех значений:
| Описание | Значение | |
|---|---|---|
| Библиотека OpenTK, C# | Object Pascal | |
| Режим выбора, данное значение используется для перевода библиотеки в режим выбора. | RenderingMode.Select | GL_SELECT |
| Режим формирования изображения сцены. Этот режим используется по умолчанию после инициализации библиотеки OpenGL. Именно в этом режиме выполняется формирование изображения библиотекой OpenGL. | RenderingMode.Render | GL_RENDER |
| Режим обратной связи. | RenderingMode.Feedback | GL_FEEDBACK |
После переключения в режим выбора библиотека OpenGL не формирует изображение до тех пор, пока режим не будет изменен на режим формирования изображения сцены с помощью команды RenderMode со значением параметра RenderingMode.Render на C# и GL_RENDER на Object Pascal.
Именование и формирование объектов сцены
Как уже обсуждалось выше, в режиме выбора изображение не формируется. Команды формирования изображения в этом режиме используются для определения объектов, попадающих в область выбора.
Так как объекты, с которыми работает пользователь, обычно формируются из множества различных примитивов, то для определения выбранного объекта используется стек имен. Имена представляют собой целочисленные значения. Перед началом вывода очередного объекта в стек имен помещается имя (номер) этого объекта. Если при формировании объекта библиотека обнаруживает, что примитивы этого объекта попадают в область выбора, то содержание стека имен копируется в буфер выбора (вместе с некоторой дополнительной информацией), инициализированного с помощью команды SelectBuffer . При попадании в область сцены примитивов другого именованного объекта, содержание стека имен так же будет скопировано в буфер выбора. Таким образом, могут быть получены имена (номера) объектов, которые полностью или частично попали в область выбора. Необходимо учитывать, что для корректного определения выбранных объектов необходимо, чтобы координатные преобразования объектов, совпадали с теми, которые выполнялись при формировании изображения сцены.
Для работы со стеком имен используются несколько команд. Очистка стека имён выполняется с помощью команды InitNames :
C#: void InitNames(); Object Pascal: procedure glInitNames;
Помещение имени в стек выполняется с помощью команды PushName :
C#: void PushName(uint name); Object Pascal: procedure glPushName(name: GLuint);
Имя передается в качестве параметра команды.
Перед использованием стека имен он должен быть инициализирован с помощью команды InitNames . Затем в стек необходимо поместить один элемент с помощью команды PushName . Перед формированием каждого из объектов единственный элемент стека имен будет заменяться на имя формируемого объекта с помощью команды LoadName . Процедура заменяет последний элемент в стеке имен на заданный в качестве параметра. Таким образом, инициализация и использование стека имен схематически можно представить следующим образом:
InitNames; PushName(0); … LoadName(1); //формирование объекта № 1 LoadName(2); //формирование объекта № 2 LoadName(3); //формирование объекта № 3 //и т.д. Листинг 10.7. Схема использования стека имен для выбора объектов
Решили изучить OpenGL, но знаете, с чего начать? Сделали подборку материалов.
Что есть OpenGL
OpenGL (открытая графическая библиотека) - один из наиболее популярных графических стандартов для работы с графикой. Программы, написанные с её помощью можно переносить практически на любые платформы, получая одинаковый результат. OpenGL позволяет не писать программы под оборудование, а воспользоваться существующими разработками. Разрабатывает OpenGL компания Silicon Graphics, при сотрудничестве с другим технологическими гигантами.
С точки зрения программирования, OpenGL - это программный интерфейс для растровой графики, таких как графические ускорители. Он включает в себя около 150 различных команд, с помощью которых программист может определять различные объекты и производить рендеринг.
Материалы для изучения
Туториалы
Онлайн-курсы
- Lynda - «Курс по OpenGL»;
- Токийский университет - «Интерактивная компьютерная графика»;
- Университет Сан-Диего - «Основы компьютерной графики».
Книги
На русском
1. Д. Шрайнер - OpenGL Redbook - скачать;
Книга - официальное руководство по изучению OpenGL. Последние издания практически полностью отличаются от первоначальных вариантов, автор обновляет её в соответствии с изменениями версий. По мнению сотен специалистов, работающих с Open GL, эта книга является первым, что должен взять в руки желающий изучить технологию.
2. Д. Вольф - Open GL 4. Язык шейдеров. Книга рецептов (2015) - скачать;
В этой книге рассматривается весь спектр приемов программирования на GLSL, начиная с базовых видов шейдеров – вершинных и фрагментных, – и заканчивая геометрическими, вычислительными и шейдерами тесселяции. Прочтя ее, вы сможете задействовать GPU для решения самых разных задач.
3. Д. Гинсбург - OpenGL ES 3.0. Руководство разработчика (2014) - купить;
В данной книге автор рассматривает весь API и язык для написания шейдеров. Также вы найдете советы по оптимизации быстродействия, максимизации эффективности работы API и GPU и полном использовании OpenGL ES в широком спектре приложений.
4. В. Порев - Компьютерная графика (2002) - скачать;
В книге рассмотрены способы работы с компьютерной графикой, частые проблемы, приведены примеры программ на C++.
На английском
1. П. Ширли - Основы компьютерной графики (2009) - ;
Книга предназначена для введение в компьютерную графику на базовом уровне. Авторы рассказывают про математические основы компьютерной графики с акцентом на то, как применять эти основы для разработки эффективного кода.
2. Э. Ангел - Интерактивная компьютерная графика - купить ;
Эта книга предназначена для всех студентов, изучающих информатику и программирование углубленно. Компьютерная анимация и графика - уже не так сложно, как раньше. Следуя своему утверждению, автор написал книгу максимально понятным языком.
