Введение в OpenGL

Приложение содержит информацию в основном прикладного характера, которая может понадобиться при изучении описанного выше материала.

Стандартные геометрические примитивы

Рассмотрим стандартные команды построения примитивов, которые реализованы в библиотеках GLU и GLUT.

Как уже было сказано, чтобы построить примитив из библиотеки GLU, надо сначала создать указатель на quadric- объект с помощью команды gluNewQuadric(), а затем вызвать одну из команд gluSphere(), gluCylinder(), gluDisk(), gluPartialDisk(). Рассмотрим эти команды отдельно:

void gluSphere(GLUquadricObj*qobj, GLdouble radius, GLint slices, GLint stacks)

Строит сферу с центром в начале координат и радиусом radius. При этом число разбиений сферы вокруг оси z задается параметром slices, а вдоль оси z параметром stacks.

void gluCylinder(GLUquadricObj*qobj, GLdouble baseRadius, GLdouble topRadius, GLdouble height, GLint slices, GLint stacks)

Строит цилиндр без оснований (то есть кольцо), продольная ось параллельна оси z, заднее основание имеет радиус baseRadius, и расположено в плоскости z=0, переднее основание имеет радиус topRadius и расположено в плоскости z=height. Если задать один из радиусов равным нулю, то будет построен конус.

Параметры slices и stacks имеют тот же смысл, что и в предыдущей команде.

void gluDisk(GLUquadricObj*qobj, GLdouble innerRadius, GLdouble outerRadius, GLint slices, GLint loops)

Строит плоский диск (то есть круг) с центром в начале координат и радиусом outerRadius. При этом если значение innerRadius ненулевое, то в центре диска будет находиться отверстие радиусом innerRadius. Параметр slices задает число разбиений диска вокруг оси z, а параметр loops -число концентрических колец, перпендикулярных оси z.

void gluPartialDisk(GLUquadricObj *qobj, GLdouble innerRadius, GLdouble outerRadius, GLint slices, GLint loops, GLdouble startAngle, GLdouble sweepAngle);

Отличие этой команды от предыдущей заключается в том, что она строит сектор круга, начальный и конечный углы которого отсчитываются против часовой стрелки от положительного направления оси y и задаются параметрами startAngle и sweepAngle. Углы измеряются в градусах.

Команды, проводящие построение примитивов из библиотеки GLUT, реализованы через стандартные примитивы OpenGL и GLU. Для построения нужного примитива достаточно произвести вызов соответствующей команды.

void glutSolidSphere(GLdouble radius, GLint slices, GLint stacks)

void glutWireSphere(GLdouble radius, GLint slices, GLint stacks)

Команда glutSolidSphere() строит сферу, а glutWireSphere() - каркас сферы радиусом radius. Остальные параметры имеют тот же смысл, что и в предыдущих командах.

void glutSolidCube(GLdouble size)

void glutWireCube(GLdouble size)

Эти команды строят куб или каркас куба с центром в начале координат и длиной ребра size.

void glutSolidCone(GLdouble base, GLdouble height, GLint slices, GLint stacks)

void glutWireCone(GLdouble base, GLdouble height, GLint slices, GLint stacks)

Эти команды строят конус или его каркас высотой height и радиусом основания base, расположенный вдоль оси z. Основание находится в плоскости z=0. Остальные параметры имеют тот же смысл, что и в предыдущих командах.

void glutSolidTorus(GLdouble innerRadius, GLdouble outerRadius, GLint nsides, GLint rings)

void glutWireTorus(GLdouble innerRadius, GLdouble outerRadius, GLint nsides, GLint rings)

Эти команды строят тор или его каркас в плоскости z=0. Внутренний и внешний радиусы задаются параметрами innerRadius, outerRadius. Параметр nsides задает число сторон в кольцах, составляющих ортогональное сечение тора, а rings- число радиальных разбиений тора.

void glutSolidTetrahedron(void)

void glutWireTetrahedron (void)

Эти команды строят тетраэдр (правильную треугольную пирамиду) или его каркас, при этом радиус описанной сферы вокруг него равен 1.

void glutSolidOctahedron(void)

void glutWireOctahedron(void)

Эти команды строят октаэдр или его каркас, радиус описанной вокруг него сферы равен 1.

void glutSolidDodecahedron(void)

void glutWireDodecahedron(void)

Эти команды строят додекаэдр или его каркас, радиус описанной вокруг него сферы равен квадратному корню из трех.

void glutSolidIcosahedron(void)

void glutWireIcosahedron(void)

Эти команды строят икосаэдр или его каркас, радиус описанной вокруг него сферы равен 1.

Создание приложения в среде MS Visual C++ 5.0

Перед началом работы необходимо скопировать файлы glut.h, glut32.lib glut32.dll в каталоги…\MSVC\Include\Gl,…\MSVC\Lib,…\Windows\System соответственно. Также в этих каталогах надо проверить наличие файлов gl.h, glu.h, opengl32.lib, glu32.lib, opengl32.dll, glu32.dll, которые обычно входят в состав Visual C++ и Windows. При использовании команд из библиотеки GLAUX к перечисленным файлам надо добавить glaux.h, glaux.lib.

Для создания приложения надо выполнить следующие действия:

• Создание проекта: для этого надо выбрать File→New→Projects→Win32 Console Application, набрать имя проекта, OK.

• В появившемся окне выбрать ‘An empty project’, Finish, OK.

• Текст программы можно либо разместить в созданном текстовом файле (выбрав File→New→Files→Text File), либо добавив файл с расширением *.c или *.cpp в проект (выбрав Project→Add To Project→Files).

• Подключить к проекту библиотеки OpenGL. Для этого надо выбрать Project-›Settings-›Link и в поле Object/library modules набрать названия нужных библиотек: opengl32.lib, glu32.lib, glut32.lib и, если надо, glaux.lib.

• Для компиляции выбрать Build→Build program.exe, для выполнения - Build→Execute program.exe.

• Чтобы при запуске не появлялось текстовое окно, надо выбрать Project→Settings→Link и в поле Project Options вместо ‘subsystem:console’ набрать ‘subsystem:windows’,и набрать там же строку ‘/entry:mainCRTStartup’

Когда программа готова, рекомендуется перекомпилировать ее в режиме ‘Release’ для оптимизации по быстродействию и объему. Для этого сначала надо выбрать Build→Set Active Configuration… и отметить -Win32 Release, а затем заново подключить необходимые библиотеки.

Создание приложения в среде Borland C++ 5.02

Как и для Visual C++, сначала надо обеспечить наличие файлов glut.h, glut32.lib, glut32.dll в каталогах…\BorlandC\Include\Gl,…\BorlandC\Lib,…\Windows\System соответственно. Также в этих каталогах надо проверить наличие файлов gl.h, glu.h, opengl32.lib, glu32.lib, opengl32.dll, glu32.dll, которые обычно входят в состав BorlandC++ и Windows. При этом надо учитывать, что версии Microsoft файлов opengl32.lib, glu32.lib, glut32.lib для Borland C++ не подходят и следует использовать только совместимые версии. Чтобы создать такие версии, надо использовать стандартную программу ‘implib, которая находится в каталоге…\BorlandC\Bin. Для этого надо выполнить команды вида implib…\BorlandC\Lib\filename.lib…\filename.dll для перечисленных файлов, которые создают нужный *.lib файл из соответствующего *.dll файла. Кроме того, надо отметить, что компилятор BorlandC не может по неизвестным причинам использовать файл glaux.lib, входящий в состав BorlandC++5.02, при компиляции приложения, использующего библиотеку GLAUX, поэтому возможно от этой библиотеки придется отказаться. Для создания приложения надо выполнить следующие действия:

• Создание проекта: для этого надо выбрать Project→New Project и заполнить поля в окне Target Expert следующим образом: в поле Platform выбрать Win32,в поле Taget Model выбрать Сonsole, нажать Advanced и отменить выбор пунктов *.rc и *.def.

• Подключить к проекту библиотеки OpenGL. Для этого надо выбрать в окне проекта название исполняемого файла проекта (*.exe) и нажав правую кнопку мыши выбрать в контекстном меню пункт Add node. Затем надо определить положение файлов opengl32.lib, glu32.lib, glut32.lib.

• Для компиляции выбрать Project→Build All, для выполнения Debug-›Run.

Пример программы

Результатом выполнения этой программы является построение тетраэдра с вращающимися вокруг него кольцами, на которые нанесена текстура. В среде MS Visual C++ программа может компилироваться без изменений, а при компиляции в Borland C++ придется закомментировать вызов и описание функции TextureInit(), после чего не будет проводиться наложение текстур. Как было сказано выше, попытка использовать функции из библиотеки GLAUX приводит к сообщению об ошибке при компиляции программы.

При компиляции программы в MS Visual C++ файл ‘texture.bmp’ надо поместить в каталог проекта или указать полный путь к нему, используя символ ‘/’. Если путь не указан, то при запуске исполняемого файла из операционной системы, файл с текстурой должен находиться в том же каталоге.

#include 

#include 

#include 

#define TETR_LIST 1 

GLfloat light_col[] = {1,1,1};

float mat_diff1[]={0.8,0.8,0.8};

float mat_diff2[]={0.0,0.0,0.9};

float mat_amb[]= {0.2,0.2,0.2};

float mat_spec[]={0.6,0.6,0.6};

float shininess=0.7*128, CurAng=0, RingRad=1, RingHeight=0.1;

GLUquadricObj* QuadrObj; 

GLuint TexId;

GLfloat TetrVertex[4][3], TetrNormal[4][3];

//--Вычисление нормали к плоскости, задаваемой точками a,b,c----------//

void getnorm (float a[3],float b[3],float c[3],float *n) {

 float mult=0;

 n[0]=(b[1]-a[1])*(c[2]-a[2])-(b[2]-a[2])*(c[1]-a[1]);

 n[1]=(c[0]-a[0])*(b[2]-a[2])-(b[0]-a[0])*(c[2]-a[2]);

 n[2]=(b[0]-a[0])*(c[1]-a[1])-(c[0]-a[0])*(b[1]-a[1]);

 //--Определение нужного направления нормали: от точки (0,0,0)---------//

 for (int i=0;i<3;i++) mult+=a[i]*n[i];

 if (mult<0) for (int j=0;j<3;j++) n[j]=-n[j]; 

}

//--Вычисление координат вершин тетраэдра-----------------------------//

void InitVertexTetr() {

 float alpha=0;

 TetrVertex[0][0]=0;TetrVertex[0][1]=1.3;TetrVertex[0][2]=0;

 //--Вычисление координат основания тетраэдра--------------------------//

 for (int i=1;i<4;i++) {

  TetrVertex[i][0]=0.94*cos(alpha);

  TetrVertex[i][1]=0;

  TetrVertex[i][2]=0.94*sin(alpha);

  alpha+=120.0*3.14/180.0;

 }

}

//--Вычисление нормалей сторон тетраэдра------------------------------//

void InitNormsTetr() {

 getnorm(TetrVertex[0],TetrVertex[1],TetrVertex[2],TetrNormal[0]);

 getnorm(TetrVertex[0],TetrVertex[2],TetrVertex[3],TetrNormal[1]);

 getnorm(TetrVertex[0],TetrVertex[3],TetrVertex[1],TetrNormal[2]);

 getnorm(TetrVertex[1],TetrVertex[2],TetrVertex[3],TetrNormal[3]);

}

//--Создание списка построения тетраэдра------------------------------//

void MakeTetrList() {

 glNewList (TETR_LIST,GL_COMPILE);

 //--Задание сторон тетраэдра------------------------------------------//

 glBegin(GL_TRIANGLES);

 for (int i=1;i<4;i++) {

  glNormal3fv(TetrNormal[i-1]);

  glVertex3fv(TetrVertex[0]);

  glVertex3fv(TetrVertex[i]);

  if (i!=3) glVertex3fv(TetrVertex[i+1]);

  else glVertex3fv(TetrVertex[1]);

 }

 glNormal3fv(TetrNormal[3]);

 glVertex3fv(TetrVertex[1]);

 glVertex3fv(TetrVertex[2]);

 glVertex3fv(TetrVertex[3]);

 glEnd();

 glEndList();

}

void DrawRing() {

 //--Построение цилиндра (кольца), расположенного параллельно оси z----//

 //--Второй и третий параметры задают радиусы оснований, четвертый-----//

 //--высоту,последние два-число разбиений вокруг и вдоль оси z---------//

 //--При этом дальнее основание цилиндра находится в плоскости z=0-----// 

 gluCylinder(QuadrObj,RingRad,RingRad,RingHeight,30,2);

}

void TextureInit() {

 char strFile[]="texture.bmp";

 //--Выравнивание в *.bmp по байту-------------------------------------//

 glPixelStorei(GL_UNPACK_ALIGNMENT,1);

 //--Создание идентификатора для текстуры- ----------------------------//

 glGenTextures(1,&TexId);

 //--Загрузка изображения в память-------------------------------------//

 AUX_RGBImageRec *pImage = auxDIBImageLoad(strFile);

 int BmpWidth= pImage->sizeX;

 int BmpHeight = pImage->sizeY;

 void* BmpBits = pImage->data;

 //--Начало описания свойств текстуры----------------------------------//

 glBindTexture (GL_TEXTURE_2D,TexId);

 //--Создание уровней детализации и инициализация текстуры ------------//

 gluBuild2DMipmaps(GL_TEXTURE_2D,3,BmpWidth, BmpHeight,GL_RGB,GL_UNSIGNED_BYTE,BmpBits);

 //--Разрешение наложения этой текстуры на quadric-объекты-------------//

 gluQuadricTexture(QuadrObj, GL_TRUE);

 //--Задание параметров текстуры---------------------------------------//

 //--Повтор изображения по параметрическим осям s и t------------------//

 glTexParameteri (GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_WRAP_S,GL_REPEAT);

 glTexParameteri (GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_WRAP_T,GL_REPEAT);

 //--Не использовать интерполяцию при выборе точки на текстуре---------//

 glTexParameteri (GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GL_NEAREST);

 glTexParameteri (GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GL_NEAREST);

 //--Совмещать текстуру и материал объекта-----------------------------//

 glTexEnvi (GL_TEXTURE_ENV,GL_TEXTURE_ENV_MODE,GL_MODULATE);

}

void Init(void) {

 InitVertexTetr(); 

 InitNormsTetr();

 MakeTetrList();

 //--Определение свойств материала-------------------------------------//

 glMaterialfv (GL_FRONT_AND_BACK,GL_AMBIENT,mat_amb);

 glMaterialfv (GL_FRONT_AND_BACK,GL_SPECULAR,mat_spec);

 glMaterialf(GL_FRONT,GL_SHININESS,shininess);

 //--Определение свойств освещения-------------------------------------//

 glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, light_col);

 glEnable(GL_LIGHTING);

 glEnable(GL_LIGHT0);

 //--Проводить удаление невидимых линий и поверхностей-----------------//

 glEnable(GL_DEPTH_TEST);

 //--Проводить нормирование нормалей-----------------------------------//

 glEnable(GL_NORMALIZE);

 //--Материалы объектов отличаются только цветом диффузного отражения--//

 glEnable(GL_COLOR_MATERIAL);

 glColorMaterial(GL_FRONT_AND_BACK,GL_DIFFUSE);

 //--Создания указателя на quadric-объект для построения колец---------//

 QuadrObj=gluNewQuadric();

 //--Определение свойств текстуры--------------------------------------//

 TextureInit();

 //--Задание перспективной проекции------------------------------------//

 glMatrixMode(GL_PROJECTION);

 gluPerspective(89.0,1.0,0.5,100.0);

 //--Далее будет проводиться только преобразование объектов сцены------//

 glMatrixMode(GL_MODELVIEW);

}

void DrawFigures(void) {

 //--Включение режима нанесения текстуры-------------------------------//

 glEnable(GL_TEXTURE_2D);

 //--Задаем цвет диффузного отражения для колец------------------------//

 glColor3fv(mat_diff1);

 //--Чтобы не проводить перемножение с предыдущей матрицей загружаем единичную матрицу//

 glLoadIdentity();

 //--Определяем точку наблюдения---------------------------------------//

 gluLookAt(0.0, 0.0, 2.5,0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0);

 //--Сохраняем видовую матрицу, так как дальше будет проводиться поворот колец//

 glPushMatrix();

 //--Производим несколько поворотов на новый угол (это быстрее,--------//

 //--чем умножать предыдущую видовую матрицу на матрицу поворота с-----//

 //--фиксированным углом поворота)-------------------------------------//

 glRotatef (-CurAng,1,1,0);

 glRotatef (CurAng,1,0,0);

 //--Для рисования колец каждое из них надо преобразовать отдельно,----//

 //--поэтому сначала сохраняем видовую матрицу, затем восстанавливаем--//

 glPushMatrix();

 glTranslatef (0,0,-RingHeight/2);

 DrawRing();

 glPopMatrix();

 glPushMatrix();

 glTranslatef (0,RingHeight/2,0);

 glRotatef (90,1,0,0);

 DrawRing();

 glPopMatrix();

 glPushMatrix();

 glTranslatef (-RingHeight/2,0,0);

 glRotatef (90,0,1,0);

 DrawRing();

 glPopMatrix();

 //--Восстанавливаем матрицу для поворотов тетраэдра--------------------//

 glPopMatrix();

 //--Выключаем режим наложения текстуры--------------------------------//

 glDisable(GL_TEXTURE_2D);

 //--Проводим повороты-------------------------------------------------//

 glRotatef(CurAng,1,0,0);

 glRotatef(CurAng/2,1,0,1);

 //--Чтобы тетраэдр вращался вокруг центра, его надо сдвинуть вниз по оси oz//

 glTranslatef(0,-0.33,0);

 //--Задаем цвет диффузного отражения для тетраэдра--------------------//

 glColor3fv(mat_diff2);

 //--Проводим построение тетраэдра-------------------------------------//

 glCallList(TETR_LIST);

}

void Display(void) {

 //--Инициализация (очистка) текущего буфера кадра и глубины-----------//

 glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

 //--Построение объектов-----------------------------------------------//

 DrawFigures();

 //--Перестановка буферов кадра----------------------------------------//

 glutSwapBuffers();

}

void Redraw(void) {

 //--Увеличение текущего угла поворота---------------------------------//

 CurAng+=1;

 //--Сигнал для вызова процедуры создания изображения (для обновления)-//

 glutPostRedisplay();

}

int main(int argc, char **argv) {

 //--Инициализация функций библиотеки GLUT-----------------------------//

 glutInit(&argc, argv);

 //--Задание режима с двойной буферизацией, представление цвета в формате RGB,--//

 //--использование буфера глубины --//

 glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB | GLUT_DEPTH);

 //--Создание окна приложения-----------------------------------------//

 glutCreateWindow("Example of using OpenGL");

 //--Регистрация функции построения изображения-----------------------//

 glutDisplayFunc(Display);

 //--Регистрация функции обновления изображения-----------------------//

 glutIdleFunc(Redraw);

 //--Инициализация функций OpenGL-------------------------------------//

 Init();

 //--Цикл обработки событий-------------------------------------------//

 glutMainLoop();

 return 0;

}

Результат работы программы:

В программе используется только файл glut.h, который содержит обращения к файлам gl.h и glu.h, поэтому отдельно подключать их не нужно.

Большим достоинством OpenGL является независимость большинства команд. Например, чтобы отключить наложение текстуры, достаточно закомментировать вызов функции TextureInit(), а чтобы получить статичное изображение достаточно не регистрировать функцию обновления изображения вызовом функции glutIdleFunc(). В этом случае можно использовать режим с одним буфером, заменив GL_DOUBLE на GL_SINGLE в команде glutInitDisplayMode() и добавив команду glFlush() в конце процедуры Display() для очистки этого буфера.