и 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.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

OpenGL - это программный интерфейс к графической аппаратуре. Этот интерфейс состоит приблизительно из 250 отдельных команд (около 200 команд в самой OpenGL и еще 50 в библиотеке утилит), которые используются для указания объектов и операций, которые необходимо выполнить, чтобы получить интерактивное приложение, работающее с трехмерной графикой. оpengl программный интерфейс графический

Библиотека OpenGL разработана как обобщенный, независимый интерфейс, который может быть реализован для различного аппаратного обеспечения. По этой причине сама OpenGL не включает функций для создания окон или для захвата пользовательского ввода; для этих операций вы должны использовать средства той операционной системы, в которой вы работаете. По тем же причинам в OpenGL нет высокоуровневых функций для описания моделей трехмерных объектов. Такие команды позволили бы вам описывать относительно сложные фигуры, такие как автомобили, части человеческого тела или молекулы. При использовании библиотеки OpenGL вы должны строить необходимые модели при помощи небольшого набора геометрических примитивов - точек, линий и многоугольников (полигонов).

Тем не менее, библиотека, предоставляющая описанные возможности может быть построена поверх OpenGL. Библиотека утилит OpenGL (OpenGL Utility Library -- GLU) предоставляет множество средств для моделирования, например, квадрические поверхности, кривые и поверхности типа NURBS. GLU - стандартная часть любой реализации OpenGL. Существуют также и более высокоуровневые библиотеки, например, Fahrenheit Scene Graph (FSG), которые построены с использованием OpenGL и распространяются отдельно для многих ее реализаций.

В следующем списке коротко описаны основные графические операции, которые выполняет OpenGL для вывода изображения на экран.

1. Конструирует фигуры из геометрических примитивов, создавая математическое описание объектов (примитивами в OpenGL считаются точки, линии, полигоны, битовые карты и изображения).

2. Позиционирует объекты в трехмерном пространстве и выбирает точку наблюдения для осмотра полученной композиции.

3. Вычисляет цвета для всех объектов. Цвета могут быть определены приложением, получены из расчета условий освещенности, вычислены при помощи текстур, наложенных на объекты или из любой комбинации этих факторов.

4. Преобразует математическое описание объектов и ассоциированной с ними цветовой информации в пиксели на экране. Этот процесс называется растеризацией (или растровой разверткой).

В течение всех этих этапов OpenGL может производить и другие операции, например, удаление частей объектов, скрытых другими объектами. В дополнение к этому, после того, как сцена растеризована, но до того, как она выводится на экран, вы можете производить некоторые операции с пиксельными данными, если это необходимо.

Общий порядок работы с библиотекой OpenGl таков:

1. Инициализировать окно (получить область для вывода изображения)

2. Установить камеру

3. Включить свет (если это необходимо)

4. В цикле начать выводить примитивы (точки, линии, полигоны), предварительно очищая окно от предыдущего рисунка.

Инициализация окна.

Если вы работаете в Visual C++, то окно, создается при помощи функций

auxInitDisplayMode

Основной цикл рисования кадра создается в функции Draw и регистрируется при помощи функции

auxMainLoop(Draw);

static void CALLBACK Draw(void) // создается пользователем

// расположение окна OpenGL на экране

auxInitPosition(100, 100, windowW, windowH);

// установка основных параметров работы OpenGL

// цветовой режим RGB | включение Z-буфера для сортировки по глубине

// |Двойная буферизация

auxInitDisplayMode(AUX_RGB | AUX_DEPTH | AUX_DOUBLE);

// инициализация окна OpenGL с заголовком Title

if(auxInitWindow("Example1") ==GL_FALSE) auxQuit();

// регистрация функции, которая вызывается при перерисовке

// и запуск цикла обработки событий

// Draw() - функция пользователя

auxMainLoop(Draw);

Если вы работаете в Borland C++ Builder, то для инициализации окна, надо получить Handle (уникальный идентификатор окна Windows) того окна, на котором вы будите рисовать. Handle имеется у всех окон-приложений верхнего уровня и у большинства дочерних окон. В наших примерах мы будем рисовать на дочернем окне StaticText.

Далее мы должны создать Контекст рисования (device context) и установить его формат. Для этого инициализируется структуру PIXELFORMATDESCRIPTOR (формат описания пикселей). В этой структуре описывается, требуется ли нам поддержка буфера глубины, двойной буферизации и проч.).

Затем следуют функции:

ChoosePixelFormat

Создается контекст рисования OpenGL:

wglCreateContext(hdc);

А потом связываются контексты OpenGL и Windows:

wglMakeCurrent(hdc, hrc)

void __fastcall TFormMain::FormCreate(TObject *Sender)

// возьмем ХЕНДЛ окошка StaticText

static HWND Handle=a->Handle;

// создадим Хендл места рисования для окна StaticText

hdc = GetDC (Handle) ;

// устанавливаем соответствующие настройки контекста устройства

PIXELFORMATDESCRIPTOR pfd = {

sizeof(PIXELFORMATDESCRIPTOR),

PFD_DRAW_TO_WINDOW | PFD_SUPPORT_OPENGL | PFD_DOUBLEBUFFER,

// выбрать соответствующий формат

PixelFormat = ChoosePixelFormat(hdc, &pfd);

SetPixelFormat(hdc, PixelFormat, &pfd);

// создадим контекст устройства для OpenGL

// используя Хендл места рисования

hrc = wglCreateContext(hdc);

ShowMessage(":-)~ hrc == NULL");

if(wglMakeCurrent(hdc, hrc) == false)

ShowMessage("Could not MakeCurrent");

Установка камеры

По умолчанию камера расположена в начале координат (0, 0, 0), направлена вдоль отрицательного направления оси z, и вектором верхнего направления имеет (0, 1, 0).

Для установки камеры удобно использовать функцию gluLookAt(). Хотя она имеет 9 параметров, в них легко разобраться. Они делятся по три параметра, соответственно для трех точек: Eye (Глаз), Center, Up.

Глаз определяет точку откуда смотрим, Центр - куда смотрим, а вектор верха определяет, где у нас должен быть верх (представьте себе пилота в самолете летящего головой вниз). Вектора удобно заключать в классы с переопределенными операциями.

gluLookAt(e.x,e.y,e.z, c.x,c.y,c.z, u.x,u.y,u.z);

Основной цикл включает в себя следующие этапы рисования кадра:

1. Очистку буферов от рисования предыдущей картинки

2. Функции рисования примитивов

3. Функции завершения рисования и ожидания ответа видеокарты

4. Функции копирования изображения из памяти на экран

Основной цикл не включает в себя обработку событий,таких как нажатие клавиш и изменение размеров окна. Для обработки событий создаются отдельные функции и присоединяются к приложению дополнительно.

Если вы работаете в Visual C, то это осуществляется при помощи функций, прототипы которых описаны в файле glaux.h:

auxReshapeFunc()

Если вы работаете в Borland C, то обработка событий осуществляется традиционным для созданных этой программной средой образом: вы просто выбираете компонент(например, Button1), создаете обработчик (например нажатие клавиши) и внутри описываете тело функции.

Рисование примитивов

Рисование примитивов осуществляется командами glBegin() и glEnd().

Константа переданная функции glBegin определяет тип примитива, который будет рисоваться

Координаты точек задаются трехмерным пространственным вектором вектором. Цвета задаются тремя (RGB) или четырьмя (RGBA) параметрами. В нашем примере значение цветовой составляющей каждого цвета можно варьировать от 0 до 1. Если вы привыкли к значению цветовой составляющей от 0 до 255(MsPaint), то используется функция glColor3ub(255,0,0). Суффикс ub означает unsigned byte.

Освещение в Компьютерной графике имеет 3 составляющие

Фоновое излучение - это свет, который настолько распределен средой (предметами, стенами и так далее), что его направление определить невозможно - кажется, что он исходит отовсюду. Лампа дневного света имеет большой фоновый компонент, поскольку большая часть света, достигающего вашего глаза, сначала отражается от множества поверхностей. Уличный фонарь имеет маленький фоновый компонент: большая часть его света идет в одном направлении, кроме того, поскольку он находится на улице, очень небольшая часть света попадает вам в глаз после того, как отразится от других объектов. Когда фоновый свет падает на поверхность, он одинаково распределяется во всех направлениях.

Диффузный компонент - это свет, идущий из одного направления, таким образом, он выглядит ярче, если падает на поверхность под прямым углом, и выглядит тусклым, если касается ее всего лишь вскользь. Однако, когда он падает на поверхность, он распределяется одинаково во всех направлениях, то есть его яркость одинакова вне зависимости от того, с какой стороны вы смотрите на поверхность. Вероятно, любой свет, исходящий из определенного направления или позиции, имеет диффузный компонент.

Зеркальный свет исходит из определенного направления и отражается от поверхности в определенном направлении. При отражении хорошо сфокусированного лазерного луча от качественного зеркала происходит почти 100 процентное зеркальное отражение. Блестящий метал или пластик имеет высокий зеркальный компонент, а кусок ковра или плюшевая игрушка - нет. Вы можете думать о зеркальности как о том, насколько блестящим выглядит материал.

Помимо фонового, диффузного и зеркального цветов, материалы могут также иметь исходящий цвет, имитирующий свет, исходящий от самого объекта. В модели освещения OpenGLисходящий свет поверхности добавляет объекту интенсивности, но на него не влияют никакие источники света, и он не производит дополнительного света для сцены в целом.

Хотя источник света излучает единое распределение частот, фоновый, диффузный и зеркальный компоненты могут быть различны. Например, если в вашей комнате красные стены и белый свет, то этот свет, отражаясь от стен будет скорее красным, чем белым (несмотря на то, что падающий на стену свет -- белый). OpenGL позволяет устанавливать значения красного, зеленого и синего независимо для каждого компонента света.

Команды, используемые для установления материала таковы:

// экземпляры для источника света и материала

// Включим свет источник номер ноль

glEnable(GL_LIGHT0);

// устанавливаем положение и цветовые составляющие источника света

glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, LL.pos);

glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, LL.amb);

glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, LL.dif);

glLightfv(GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, LL.spec);

// включим режим затениения/освещения

glEnable(GL_LIGHTING);

// устанавливаем параметры материала обьекта

// на лицевых гранях --- GL_FRONT для задних GL_BACK для обоих - GL_FRONT_AND_BACK

// второй параметр - какая составляющая материала

// можно GL_AMBIENT, GL_DIFFUSE, GL_SPECULAR, GL_EMISSION, GL_SHININESS

// соотв РАССЕЯННЫЙ, ОТРАЖЕННЫЙ, ЗЕРКАЛЬНЫЙ, САМОИЗЛУЧЕНИЯ, показатель зеркального блика

glMaterialfv(GL_FRONT,GL_AMBIENT,MM.amb);

glMaterialfv(GL_FRONT,GL_DIFFUSE,MM.dif);

glMaterialfv(GL_FRONT,GL_SPECULAR,MM.spec);

glMaterialf(GL_FRONT,GL_SHININESS,MM.pos);

glNormal3f(0,0,1);

glBegin(GL_QUADS);

for(i=-10; i<20;i++)

for(j=-10;j<20;j++)

glVertex3f(i,j,0);

glVertex3f(i+1,j,0);

glVertex3f(i+1,j+1,0);

glVertex3f(i,j+1,0);

Заключение

Система OpenGL является гибким процедурным интерфейсом, позволяющим программисту разрабатывать различные приложения с применением трехмерной графики. В стандарте нет регламентаций по описанию структуры графических объектов, главное внимание уделяется описанию процесса их визуализации. Благодаря этому возрастает эффективность работы имеющейся аппаратуры: от простых устройств, использующих только буфер кадра до современных графических систем, способных на аппаратном уровне визуализировать трехмерные объекты. В OpenGL предусмотрены только возможности по выводу изображений, организация ввода целиком отдана на откуп конкретной оконной системе, что позволяет достигать дополнительной аппаратной независимости приложений.

По причине минимального использования сложных структур для представления трехмерных объектов возможно применение OpenGL в качестве основы для построения библиотек управления структурированными объектами. Примерами таких библиотек могут быть объектно-ориентированные инструментальные пакеты, используемые для визуализации и моделирования сложных графических структур

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Программный код OpenGL. Синтаксис команд OpenGL. OpenGL как конечный автомат. Конвейер визуализации OpenGL. Библиотеки, относящиеся к OpenGL. Библиотека OpenGL. Подключаемые файлы. GLUT, инструментарий утилит библиотеки OpenGL.

курсовая работа , добавлен 01.06.2004


Программирование приложения с использованием библиотеки OpenGL и функции для рисования геометрических объектов. Разработка процедуры визуализации трехмерной сцены и интерфейса пользователя. Логическая структура и функциональная декомпозиция проекта.

курсовая работа , добавлен 23.06.2011


Ознакомление с интерфейсом, основными возможностями и преимуществами использования программы OpenGL - популярной библиотекой для работы с 2D и 3D графикой. Рассмотрение назначения, базовых компонент и правил инициализации программного движка DirectX.

презентация , добавлен 14.08.2013


Создание программы на языке C++ с использованием графических библиотек OpenGL в среде Microsoft Visual Studio. Построение динамического изображения трехмерной модели объекта "Нефтяная платформа". Логическая структура и функциональная декомпозиция проекта.

курсовая работа , добавлен 23.06.2011


Суть программирования с использованием библиотеки OpenGL, его назначение, архитектура, преимущества и базовые возможности. Разработка приложения для построения динамического изображения трехмерной модели объекта "Компьютер", руководство пользователя.

курсовая работа , добавлен 22.06.2011


Работа с цветом с помощью графической библиотеки OpenGL. Программа, отображающая квадрат, с меняющимся цветом, в зависимости от изменения градиентов (R,G,B), треугольник, вершины которого имеют различные цвета, прямоугольную полосу в виде спектра.

контрольная работа , добавлен 21.01.2011


Назначение и стандарты реализации OpenGL для Windows, порядок подключения графической библиотеки. Основные функции и синтаксис команд. Рисование примитивов, видовые и аффинные преобразования. Моделирование двумерных графических объектов и анимации.

лабораторная работа , добавлен 04.07.2009


Основы программирования с использованием библиотеки OpenGL. Приложение для построения динамического изображения модели объекта "Батискаф": разработка процедуры визуализации трехмерной схемы, интерфейса пользователя и подсистемы управления событиями.

курсовая работа , добавлен 26.06.2011


Поняття та сфери використання тривимірної графіки. Описання та характеристика можливостей бібліотеки OpenGL. Загальний опис інтерфейсу мови програмування Borland C++, лістинг програми, що демонструє її можливості. Розрахунок витрат на виконання проекту.

дипломная работа , добавлен 24.06.2015


Разработка компоненты для математических вычислений (операций над матрицами) с использованием технологии OpenGL (сложение, вычитание, умножение, транспонирование, определитель, обратная матрица). Базовые навыки по работе с технологией в среде.Net.

Вы читаете мой первый урок по OpenGL!

Прежде чем начинать изучать сам OpenGL, мне кажется, лучше рассказать вам как компилировать код, запускать его и самое главное - как экспериментировать с исходными кодами, приведенными в этих уроках.

Что нужно знать

Данные уроки ориентируются на читателя без особых познаний в программировании. Конечно, знание какого-либо языка программирования(C, Java, Lisp, JavaSript) будет огромным плюсом, но это не обязательно, просто вам придется изучать два предмета одновременно – 3д графику и программирование.

Весь код в данных уроках написан на C++ в максимально простом стиле. Никаких шаблонов, классов и арифметики с указателями. Поэтому глядя на код вы сможете понять что он делает, даже если знакомы лишь с JavaSript.

Забудьте все, что знали про OpenGL 1/2

Данные уроки предполагают, что вы ничего не знаете про 3д графику. Но если вы читали уроки по OpenGL и встречали что-то наподобие glBegin(),то забудьте это. Тут мы будем изучать OpenGL 3 и 4, а то, что вы читали относиться к OpenGL 1 или 2. Поэтому рекомендую вам забыть все, что вы знали раньше, иначе ваши мозги начнут плавиться от нестыковок.

Сборка проекта

Код из данных уроков можно скомпилировать под Windows, Linux. Чтобы начать компилировать код под любую из платформ, нужно сделать следующее:

1. Обновите драйвера на вашу видеокарту!! Я вас предупредил:)
2. Скачайте компилятор, если у вас его еще нет.
3. Установите CMake
4. Скачайте готовые исходники уроков.
5. Сгенерируйте проект с помощью CMake
6. Соберите проект.
7. Поэкспериментируйте с кодом для лучшего понимания, что там происходит.

Ниже я привел более детализированное описание сборки проектов под каждую из платформ. Но в зависимости от версии ОС скриншоты могут слегка отличатся от того, что будет у вас на экране, но в целом, все должно быть приблизительно таким.

Сборка под Windows

Сборка под Linux

В мире существует громадное число разных вариаций линукса, поэтому мне совсем не хочется приводить примеры сборки проекта под каждую. Если что-то не получается, как написано ниже, почитайте документацию, или поищите в интернете.

1. Установите последние драйвера на вашу видеокарту. Очень рекомендую не опенсорсные драйвера. Они не входят в состав GNU, но они часто работают гораздо лучше. Если ваша сборка линукса не предоставляет автоматического инсталлятора, попробуйте почитать Ubuntu"s guide.
2. Поставьте компилятор со всеми необходимыми библиотеками и инструментами. Вот список того, что вам нужно: cmake make g++ libx11-dev libgl1-mesa-dev libglu1-mesa-dev libxrandr-dev libxext-dev. Используйте sudo apt-get install ***** или su /yum install ******
3. Скачайте исходники примеров и разархивируйте их в папку, например, ~/Projects/OpenGLTutorials/
4. Зайдите в папку ~/Projects /OpenGLTutorials / и введите следующие команды:

• mkdir build

• cd build

• cmake ..

1. Если предыдущие команды были выполнены успешно, то в папке build/ будет создан makefile
2. введите «make all» и после этого будут скомпилированы все примеры и их зависимости. Если не будет никаких ошибок, то готовые исполняемые файлы будут помещены в папку ~/Projects/OpenGLTutorials/

Мне очень нравится использовать IDE QtCreator. Данная IDE умеет из коробки работать с CMake и предоставляет кучу других плюшек, таких как отладка автодополнение итд.

Инструкция по сборке проекта в QtCreator:

1. В QtCreator нажмите File->Tools->Options->Compile&Execute->CMake

2. Укажите путь к CMake. Скорее всего, это будет /usr/bin/cmake

3. File->Open Project ивыберите tutorials/CMakeLists.txt

4. Укажите build папку, папка желательно должна быть вне папки tutorials.

5. Опционально установите –DCMAKE_BUILD_TYPE=Debug в поле параметры.

6. Щелкните на молоток внизу. После этого примеры можно будет запустить из папки tutorials/

7. Чтобы запустить примеры из QtCreator выберите Projects ->Execution parameters ->Working Directory , и выберите каталог где лежат шэйдеры текстуры и модели. Для урока 2 это будет ~/opengl -tutorial /tutorial02_red_triangle/

Запуск примеров

Как проходить эти уроки

Каждый урок идет вместе с исходным кодом и данными. Все эти файлы можно найти в соответствующем каталоге tutorialXX/.

Но я рекомендую вам не менять в этих файлах ничего, они лишь для справки. Лучше играйтесь в playground/playground.cpp и изменяйте там все что захотите. Если вы что-то сломали и не можете восстановить назад, то можно вернуть этот файл просто скопировав его из любого другого урока.

Пока вы будете читать эти уроки, вам везде будут попадаться кусочки кода. Не стесняйтесь и копируйте их в playground.cpp чтобы пощупать их в действии – эксперименты, это всегда хорошо. Повторю еще раз, не просто читайте готовый код, а пробуйте его запустить. Просто читая исходники, вы не научитесь многому. Даже с простым копипастингом вы получите свой ковш проблем, решая которые, приобретете необходимый опыт.

Открываем окно

Наконец-то! OpenGL!

Хотя, придется еще немного подождать. Во всех уроках 3д операции будут выполнятся на очень низком уровне, поэтому там не будет для вас никакой магии. Однако работа с окнами и сообщениями системы не интересная и скучная, поэтому мы позволим библиотеке GLFW сделать всю грязную работу за нас. Если вам конечно очень сильно хочется, вы можете использовать Win32 Api для Windows или X11 API для Linux, или использовать что-нибудь другое, типа SFML, FreeGLUT, SDL, … почитайте страничку ссылки.

Ладно, давайте уже начнем. Начнем с того, что нам нужно подключить зависимости. Так как нам необходимо выводить сообщения на консоль, мы напишем следующее:

// Подключаем стандартные заголовки

#include

#include

Потом подключаем GLEW

// Нужно не забывать, что GLEW обязательно необходимо подключать перед gl . h или glfw . h

#include

Потом подключаем GLFW. Эта библиотека будет делать всю магию управления окнами.

#include

На данном этапе нам не нужна эта библиотека, но она содержит математические функции и вскоре нам понадобится. Никакой магии в GLM нет, и если вам сильно хочется, вы можете использовать любую другую библиотеку по работе с матрицами и векторами. Мы подключаем «using namespace» для того, чтобы писать «vec3», а не «glm::vec3»

#include

using namespace glm;

Если вы скопируете эти куски кода в playground.cpp, то компилятор начнет возмущаться, что нет функции main(). Поэтому давайте добавим:

int main(){

Сначала лучше бы инициализировать GLFW:

// Инициализируем GLFW

if(!glfwInit())

{

fprintf(stderr, "Failed to initialize GLFW\n");

return -1;

}

А теперь создадим наше OpenGL окошко:

glfwOpenWindowHint ( GLFW _ FSAA _ SAMPLES , 4); // 4 x сглаживание

glfwOpenWindowHint(GLFW_OPENGL_VERSION_MAJOR, 3); // нам нужен OpenGL 3.3

glfwOpenWindowHint(GLFW_OPENGL_VERSION_MINOR, 3);

glfwOpenWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE); // нам не нужен старый OpenGL

// Откроем окно и создадим контекст

if(!glfwOpenWindow(1024, 768, 0,0,0,0, 32,0, GLFW_WINDOW))

{

fprintf(stderr, "Failed to open GLFW window\n");

ВВЕДЕНИЕ

OpenGL является одним из самых популярных прикладных программных интерфейсов (API - Application Programming Interface) для разработки приложений в области двумерной и трехмерной графики.

Стандарт OpenGL (Open Graphics Library - открытая графическая библиотека) был разработан и утвержден в 1992 году ведущими фирмами в области разработки программного обеспечения как эффективный аппаратно-независимый интерфейс, пригодный для реализации на различных платформах. Основой стандарта стала библиотека IRIS GL, разработанная фирмой Silicon Graphics Inc.

Библиотека насчитывает около 120 различных команд, которые программист использует для задания объектов и операций, необходимых для написания интерактивных графических приложений.

На сегодняшний день графическая система OpenGL поддерживается большинством производителей аппаратных и программных платформ. Эта система доступна тем, кто работает в среде Windows, пользователям компьютеров Apple. Свободно распространяемые коды системы Mesa (пакет API на базе OpenGL) можно компилировать в большинстве операционных систем, в том числе в Linux.

Характерными особенностями OpenGL, которые обеспечили распространение и развитие этого графического стандарта, являются:

Стабильность. Дополнения и изменения в стандарте реализуются таким образом, чтобы сохранить совместимость с разработанным ранее программным обеспечением.

Надежность и переносимость. Приложения, использующие OpenGL, гарантируют одинаковый визуальный результат вне зависимости от типа используемой операционной системы и организации отображения информации. Кроме того, эти приложения могут выполняться как на персональных компьютерах, так и на рабочих станциях и суперкомпьютерах.

Легкость применения. Стандарт OpenGL имеет продуманную структуру и интуитивно понятный интерфейс, что позволяет с меньшими затратами создавать эффективные приложения, содержащие меньше строк кода, чем с использованием других графических библиотек. Необходимые функции для обеспечения совместимости с различным оборудованием реализованы на уровне библиотеки и значительно упрощают разработку приложений.

Наличие хорошего базового пакета для работы с трехмерными приложениями упрощает понимание студентами ключевых тем курса компьютерной графики - моделирование трехмерных объектов, закрашивание, текстурирование, анимацию и т.д. Широкие функциональные возможности OpenGL служат хорошим фундаментом для изложения теоретических и практических аспектов предмета.

ПРОГРАММИРОВАНИЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БИБЛИОТЕКИ OPENGL

Назначение и возможности библиотеки OpenGL

Для упрощения разработки программ на языке Си++ существует большое количество готовых библиотек с реализацией алгоритмов для конкретных предметных областей, от численных расчетов до распознавания речи. Библиотека OpenGL является одним из самых популярных программных интерфейсов (API) для работы с трехмерной графикой. Стандарт OpenGL был утвержден в 1992 г. ведущими фирмами в области разработки программного обеспечения. Его основой стала библиотека IRIS GL, разработанная фирмой Silicon Graphics на базе концепции графической машины Стэнфордского университета (1982 г.).

OpenGL переводится как Открытая Графическая Библиотека (Open Graphics Library). Программы, использующие OpenGL, гарантируют одинаковый визуальный результат во многих операционных системах - на персональных компьютерах, на рабочих станциях и на суперкомпьютерах.

С точки зрения программиста, OpenGL - это программный интерфейс для графических устройств (например, графических ускорителей). Он включает в себя около 150 различных функций, с помощью которых программист может задавать свойства различных трехмерных и двумерных объектов и выполнять их визуализацию (рендеринг). Т.е. в программе надо задать местоположение объектов в трехмерном пространстве, определить другие параметры (поворот, растяжение), задать свойства объектов (цвет, текстура, материал и т.д.), положение наблюдателя, а затем библиотека OpenGL выполнит генерацию двумерной проекции этой трехмерной сцены.

Можно сказать, что библиотека OpenGL является библиотекой только для визуализации трехмерных сцен (rendering library). Она не поддерживает какие либо периферийные устройства (например, клавиатуру или мышь) и не содержит средств для управления экранными окнами. Обеспечение взаимодействия периферийных устройств с библиотекой OpenGL в конкретной операционной системе является задачей программиста.

Основные возможности OpenGL, предоставляемые программисту, можно разделить на несколько групп:

1. Геометрические и растровые примитивы. На основе этих примитивов строятся все остальные объекты. Геометрические примитивы - это точки, отрезки и многоугольники. Растровыми примитивами являются битовые массивы и изображения.

2. Сплайны. Сплайны применяются для построения гладких кривых по опорным точкам.

3. Видовые и модельные преобразования. Эти преобразования позволяют задавать пространственное расположение объектов, изменять форму объектов и задавать положение камеры, для которой OpenGL строит результирующее проекционное изображение.

4. Работа с цветом. Для операций с цветом в OpenGL есть режим RGBA (красный - зелёный - синий - прозрачность) и индексный режим (цвет задается порядковым номером в палитре).

5. Удаление невидимых линий и поверхностей.

6. Двойная буферизация. В OpenGL доступна и одинарная, и двойная буферизация. Двойная буферизация применяется для устранения мерцания при мультипликации. При этом изображение каждого кадра сначала рисуется в невидимом буфере, а на экран кадр копируется только после того, как полностью нарисован.

7. Наложение текстуры. Текстуры упрощают создание реалистичных сцен. Если на объект, например, сферу, наложить текстуру (некоторое изображение), то объект будет выглядеть иначе (например, сфера будет выглядеть как разноцветный мячик).

8. Сглаживание. Автоматическое сглаживание компенсирует ступенчатость, свойственную растровым дисплеям. При сглаживании отрезков OpenGL изменяет интенсивность и цвет пикселей так, что эти отрезки отображаются на экране без зигзагов".

9. Освещение. Указание расположения, интенсивности и цвета источников света.

10. Специальные эффекты. Например, туман, дым, прозрачность объектов. Эти средства позволяют сделать сцены более реалистичными.

Хотя библиотека OpenGL предоставляет практически все возможности для моделирования и воспроизведения трёхмерных сцен, некоторые графические функции непосредственно в OpenGL недоступны. Например, чтобы задать положение и направление камеры для наблюдения сцены придется рассчитывать проекционную матрицу, что сопряжено с достаточно громоздкими вычислениями. Поэтому для OpenGL существуют так называемые вспомогательные библиотеки.

Одна из этих библиотек называется GLU. Эта библиотека является частью стандарта и поставляется вместе с главной библиотекой OpenGL. В состав GLU входят более сложные функции (например, для создания цилиндра или диска требуется всего одна команда). В библиотеке GLU есть также функции для работы со сплайнами, реализованы дополнительные операции над матрицами и дополнительные виды проекций.

Еще две известные библиотеки - GLUT (для Unix) и GLAUX (для MS Windows). В них реализованы не только дополнительные функции OpenGL (для построения некоторых сложных фигур вроде конуса и тетраэдра), но также есть функции для работы с окнами, клавиатурой и мышью в консольных приложениях. Чтобы работать с OpenGL в конкретной операционной системе (например, Windows или Unix), надо провести некоторую предварительную настройку, которая зависит от операционной системы. GLUT и GLAUX позволяют буквально несколькими командами определить окно, в котором будет работать OpenGL, задать функции для обработки команд от клавиатуры или мыши.

Возможности OpenGL описаны через функции его библиотеки. Все функции можно разделить на пять категорий.

Функции описания примитивов определяют объекты нижнего уровня иерархии (примитивы), которые способна отображать графическая подсистема. В OpenGL в качестве примитивов выступают точки, линии, многоугольники и т.д.

Функции описания источников света служат для описания положения и параметров источников света, расположенных в трехмерной сцене.

Функции задания атрибутов. С помощью задания атрибутов программист определяет, как будут выглядеть на экране отображаемые объекты. Другими словами, если с помощью примитивов определяется, что появится на экране, то атрибуты определяют способ вывода на экран. В качестве атрибутов OpenGL позволяет задавать цвет, характеристики материала, текстуры, параметры освещения.

Функции визуализации позволяет задать положение наблюдателя в виртуальном пространстве, параметры объектива камеры. Зная эти параметры, система сможет не только правильно построить изображение, но и отсечь объекты, оказавшиеся вне поля зрения.

Набор функций геометрических преобразований позволяют программисту выполнять различные преобразования объектов - поворот, перенос, масштабирование.

При этом OpenGL может выполнять дополнительные операции, такие как использование сплайнов для построения линий и поверхностей, удаление невидимых фрагментов изображений, работа с изображениями на уровне пикселей и т.д.

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:

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