Основи програмування OpenGL в Borland С + + Builder і
Delphi. Найпростіші об'єкти
Луковкін Сергій
Розглядаючи будь-який тривимірний об'єкт, ми завжди
визначаємо його розташування і розміри щодо деякої звичної, і зручною
зараз системи координат, пов'язаної з реальним світом. Така
вихідна система координат в комп'ютерній графіці є правобічної і
називається світовою системою координат ....
Для того, щоб можна було зобразити об'єкт на екрані, його
необхідно попередньо перевести (або перетворити) в іншу систему
координат, яка пов'язана з точкою спостереження і носить назву видовий системи
координат. Ця система координат є лівосторонньої. І, нарешті, будь-яке
тривимірне зображення ми завжди малюємо на двовимірному екрані, який має свою
екранну систему координат. (Цей абзац я списав у Ю. Тихомирова).
правостороння
система координат (світова)
лівостороння
система координат (видова)
За замовчуванням, площину xOy паралельна екрану, а вісь Z
спрямована у світових координатах до нас, у видових - від нас.
Перехід до нових координатах
У OpenGL всі об'єкти малюються на початку координат, тобто в
точці (0,0,0). Для того, щоб зобразити об'єкт в точці (x1, y1, z1),
треба перемістити початок координат в цю точку, тобто перейти до нових
координатах. Для цього в OpenGL визначені дві процедури:
glTranslate [fd] (Dx, Dy, Dz) - зрушує початок координат на
(Dx, Dy, Dz)
glRotate [fd] (j, x, y, z) - повертає систему координат на
кут j (в градусах) проти годинникової стрілки навколо вектора (x, y, z)
ПРИМІТКА: [fd] - означає, що в кінці може бути або
буква "f", або "d".
Тепер варто сказати ще про дві процедури:
glPushMatrix
glPopMatrix
Перша призначена, для збереження, а другий - для
відновлення поточних координат. Дуже зручно за допомогою glPushMatrix зберегти
поточні координати, потім зрушуватися і звертатися як завгодно, а після, викликом
glPopMatrix, повернутися до вихідних координатах. Параметрів у цих процедур немає.
Частина 2. Найпростіші фігури
Найпростіші об'ємні фігури
У прикладі з минулої статті ми створили сферу. Для цього ми
використовували механізм з glu32.dll. Алгоритм був такий:
1. Створюємо об'єкт типу GLUquadricObj
2. Ініціалізіруем його функцією gluNewQuadric
3. Встановлюємо стиль фігури функцією
gluQuadricDrawStyle (quadObj, GLU_FILL). Стиль може бути GLU_FILL, GLU_LINE,
GLU_SILHOUETTE або GLU_POINT. Що кожен з них означає, перевірте самі.
4. Робимо з quadObj (об'єкта типу GLUquadricObj) сферу,
циліндр, конус, диск або частину диска. Для цього визначені такі функції:
· gluSphere (quadObj, radius, slices, loops). Три останніх
параметри - це радіус і кількість розбиття впоперек і вздовж осі Z
відповідно.
· gluCylinder (quadObj,
baseRadius, topRadius, height, slices, loops). Після
quadObj йдуть наступні параметри: радіус нижньої основи, радіус верхнього
підстави, висота і кількість розбиття впоперек і вздовж осі Z відповідно.
Очевидно, що ця функція задає як циліндр, так і конус.
· gluDisk (quadObj,
innerRadius, outerRadius, slices, loops). Тут
після quadObj вказуються внутрішній і зовнішній радіуси диска.
· gluPartialDisk
(quadObj, innerRadius, outerRadius, slices, loops, startAngle, sweepAngle). Тут додаються два параметри: кут (в градусах), з
якого почнеться малювання диска, і кут, яким малювання закінчиться.
5. Звільняємо пам'ять, зайняту під quadObj функцією
gluDeleteQuadric (quadObj).
Тепер ви можете малювати прості тривимірні фігури!
Примітиви
Будь-яку тривимірну фігуру, яка б складна вона не була,
можна розбити на двомірні (плоскі) складові. Ці складові я і буду
називати примітивами, хоча деякі автори вважають, що примітивами слід
обізвати вищеперелічені тривимірні фігури.
Примітиви визначаються однією або декількома точками,
які в OpenGL задаються всередині командних дужок glBegin/glEnd:
С + +
void glBegin (mode);
void glEnd ();
Delphi
procedure glBegin (mode);
procedure glEnd;
Параметр mode показує, які примітиви будуть малюватися.
Доступні наступні значення:
GL_POINTS
Кожна вершина - окрема точка
GL_LINES
Кожна пара вершин - окрема лінія. Якщо
число вершин непарній, то остання ігнорується
GL_LINE_STRIP
Послідовність пов'язаних відрізків.
Перші дві вершини - перший відрізок. Третя вершина визначає другий відрізок
з початком в кінці першого і кінцем в цій вершині і т.д
GL_LINE_LOOP
Аналогічний GL_LINE_STRIP, тільки остання
вершина з'єднується відрізком з перших.
GL_TRIANGLES
Кожна трійка вершин - окремий трикутник
GL_TRIANGLE_STRIP
Група пов'язаних трикутників. Перші три
вершини - перший трикутник. Друга, третя і четверта вершини - другий
трикутник і т.д.
GL_TRIANGLE_FAN
Також група пов'язаних трикутників. Перші
три вершини - перший трикутник. Перша, друга і четверта вершини - другий
трикутник і т.д.
GL_QUADS
Кожні чотири вершини - окремий
чотирикутник.
GL_QUAD_STRIP
Група пов'язаних чотирикутників. Перші
чотири вершини - першого чотирикутник. Третя, четверта, п'ята і шоста
вершини - другий чотирикутник і т.д.
GL_POLYGON
Малює окремий опуклий багатокутник
(один).
Особливу увагу потрібно приділити GL_QUAD_STRIP. Тут не
зовсім зрозумілий, але дуже зручний порядок вказівки вершин:
У кожного примітиву є мінімальне число вершин. Якщо
вказане число вершин менше мінімального для даного примітиву, то примітив
не малюється.
Залишилося тільки сказати, як задати вершину. Для цього
визначена наступна процедура:
glVertex [2 3 4] [s i f
d] [v] (coord)
Вершина визначається чотирма параметрами: координати x, y,
z і параметр w - коефіцієнт, на який ділиться кожна з координат, тобто w
визначає масштаб. За замовчуванням z = 0, w = 1, тобто коли ви викликаєте, наприклад,
glVertex2f (1,1) насправді викликається glVertex4f (1,1,0,1).
З кожною вершиною пов'язані деякі дані:
· Поточний колір - колір вершини (остаточний колір вираховується
з урахуванням світла). Колір задається процедурою glColor *
· Поточні координати текстури - координати текстури,
відповідні цієї вершини. Задаються процедурою glTexCoord *
· Поточна нормаль - вектор нормалі, що відповідає даній
вершині. Здається процедурою glNormal *
· Поточна позиція растру - використовується для визначення
положення растра при роботі з пікселями і бітовими масивами. задається
процедурою glRasterPos *
ПРИМІТКА: замість зірочки '*' ставляться відповідні
суфікси; таке скорочення прийнято в багатьох документація з OpenGL.
Точки
Намалювати точку дуже просто. Наступний код зображує 10
точок різного розміру.
С + +
void TForm1:: Draw ()
(
glClear (GL_DEPTH_BUFFER_BIT
or GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glColor3f (1,1,1);
Byte i;
for (i = 0; i <10; i + +)
(
glPointSize ((i +1) * 4);
glBegin (GL_POINTS);
glVertex2f (i, i);
glEnd ();
)
SwapBuffers (ghDC);
)
Delphi
procedure TForm1.Draw;
var
i: byte;
begin
glClear (GL_DEPTH_BUFFER_BIT
or GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glColor3f (1,1,1);
for i: = 0
to 9 do
begin
glPointSize ((i +1) * 4);
glBegin (GL_POINTS);
glVertex2f (i, i);
glEnd;
end;
SwapBuffers (ghDC);
end;
ПРИМІТКА: в FormResize я викликав glOrtho наступним чином
- GlOrtho (-1,12, -1,12, 2,12). Це - для того, щоб всі крапки помістилися в
вікні.
Для зміни розміру точки використовується процедура
glPointSize (size). Параметр size задає діаметр точки.
У цьому прикладі всі крапки квадратні. У OpenGL дозволено
згладжування (smoothening) як точок, так і більш складних об'єктів. Як і все в
OpenGL, цей режим вмикається і вимикається процедурами glEnable/glDisable. Для
точок це робиться так:
glEnable (GL_POINT_SMOOTH);
Вставивши цей рядок де-небудь перед малюванням точок,
отримаємо:
Відверто кажучи, у мене OpenGL робить це досить
плохоL, можливо ваша реалізація справляється з цим краще.
Лінії
З лініями - не на багато складніше. Замість розміру у лінії
вказується ширина:
glLineWidth (width)
згладжування дозволяється наступним чином:
glEnable (GL_LINE_SMOOTH)
Але на цьому можливості ліній не закінчуються. Я вже
розповів, як можна намалювати два або навіть три лінії, вказавши лише три
вершини (викликаємо glBegin з параметром GL_LINE_STRIP або GL_LINE_LOOP), а й
це ще не все! У OpenGL можна вказати штрихування лінії! Робиться це процедурою
glLineStipple (factor, pattern). Тут pattern - 16-розрядна бітова маска.
Наприклад, щоб намалювати пунктирну лінію, маску треба задати рівний 255, що
в шістнадцятковій системі числення відповідає 00FF, а в двійковій --
0000000011111111. А ціле factor показує, скільки разів буде повторюватися
кожний біт маски.
Залишилося тільки вирішити Штрихована лінії:
glEnable (GL_LINE_STIPPLE).
Приклад.
С + +, Delphi
glEnable (GL_LINE_SMOOTH);
glLineStipple (1,255);
glEnable (GL_LINE_STIPPLE);
glBegin (GL_LINES);
glVertex2f (0,2);
glVertex2f (10,6);
glEnd;
Ось, що вийде:
Полігони
Тепер перейдемо до плоских фігур: трикутника, чотирикутника
і довільним опуклим багатокутника. З ними можна робити все те ж, що і з
лініями (тільки згладжування вмикається і вимикається процедурами
glEnable/glDisable з параметром GL_POLYGON_SMOOTH), плюс ще одна процедура:
glPolygonMode (face, mode). Другий параметр - mode - вказує, як буде
малюватися полінгон (по русски - багатокутник). Він може приймати значення
GL_POINT (малюються тільки точки), GL_LINE (тільки лінії) або GL_FILL (заповнений
полігон). А перший параметр - face - показує, який стороні полігону
застосовується режим mode: GL_FRONT (до лицьової), GL_BACK (до тильної) або
GL_FRONT_AND_BACK (до обох).
Давайте намалюємо трикутник. Ось як буде виглядати
функція Draw:
С + +
void TForm1:: Draw ()
(
glClear (GL_DEPTH_BUFFER_BIT
or GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glPolygonMode (GL_FRONT_AND_BACK, GL_FILL);
glBegin (GL_TRIANGLES);
glColor3f (1,0,0);
glVertex2f (0,2);
glColor3f (0,1,0);
glVertex2f (8,9);
glColor3f (0,0,1);
glVertex2f (10,4);
glEnd ();
SwapBuffers (ghDC);
)
Delphi
procedure TForm1.Draw;
begin
glClear (GL_DEPTH_BUFFER_BIT
or GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glPolygonMode (GL_FRONT_AND_BACK, GL_FILL);
glBegin (GL_TRIANGLES);
glColor3f (1,0,0);
glVertex2f (0,2);
glColor3f (0,1,0);
glVertex2f (8,9);
glColor3f (0,0,1);
glVertex2f (10,4);
glEnd;
SwapBuffers (ghDC);
end;
Я вже говорив, що кожна вершина може мати свій колір,
цим я тут і скористався. І ось що вийшло:
Кожній вершині вказувати колір зовсім не обов'язково. Якщо
ви хочете намалювати трикутник одного кольору, то цей колір вказується один
раз - перед малюванням самого примітиву.
Забігаючи наперед, скажу, що плавного перетікання кольорів як
на малюнку може і не бути, якщо перед малюванням викликати процедуру
glShadeModel (GL_FLAT), за замовчуванням її параметр - GL_SMOOTH. Ця процедура
вказує, згладжувати чи ні кути між суміжними полігонами. Ось картинки для
ілюстрації її дії:
Раз вже я сказав про штрихування ліній, то потрібно сказати і про
трафареті - штрихування для полігонів. Він включається командою
glEnable (GL_POLYGON_STIPPLE). Також як і з лініями, трафарет задається
масивом, який визначає бітову маску. Розмір трафарету - 32x32 біта, тобто
розмір масиву буде 128 байт.
Мені було ліньки прописувати кожен з 128 байт маски по
окремо, і я сформував її в циклі, і ось результат:
С + +
void TForm1:: Draw ()
(
glClear (GL_DEPTH_BUFFER_BIT or
GL_COLOR_BUFFER_BIT);
//
формуємо маску
for (int
k = 0; k <16; k + +)
for (int i = 0; i <8; i + +)
stip [k] [i]: = k-i;
glEnable (GL_POLYGON_STIPPLE);
glPolygonStipple (@ stip);
glPolygonMode (GL_FRONT_AND_BACK, GL_FILL);
glColor3f (1,0,0);
glBegin (GL_TRIANGLES);
glVertex2f (0,2);
glVertex2f (8,9);
glVertex2f (10,4);
glEnd ();
SwapBuffers (ghDC);
)
Delphi
procedure TForm1.Draw;
var
stip: array [1 .. 16,1 .. 8] of
GLubyte;
i, k: byte;
begin
glClear (GL_DEPTH_BUFFER_BIT or
GL_COLOR_BUFFER_BIT);
// формуємо маску
for k: = 1 to 16 do
for i: = 1 to 8 do
stip [k] [i]: = k-i;
glEnable (GL_POLYGON_STIPPLE);
glPolygonStipple (@ stip);
glPolygonMode (GL_FRONT_AND_BACK, GL_FILL);
glColor3f (1,0,0);
glBegin (GL_TRIANGLES);
glVertex2f (0,2);
glVertex2f (8,9);
glVertex2f (10,4);
glEnd;
SwapBuffers (ghDC);
end;
Ось результат:
Взагалі маска формується один раз, тому, якщо ви
перенесете код її формування в інше місце (наприклад в FormCreate), то
програма буде працювати швидше.
Ще хотілося б сказати про масивах OpenGL. Цей метод
дозволяє зберігати всі вершини об'єкта в масиві, причому в цьому масиві можна
зберігати не тільки координати вершин, але і їх атрибути (іноді це буває
корисно). Але з Borland'а товариші вирішили, що нам це не потрібно і не оголосили
відповідні процедури і константи. Без цього легко можна обійтися, але все-таки
обідноL.
Паралелепіпед
Не знаю, чи помітили ви чи ні, але GLU не дозволяє створювати
паралелепіпеди. Давайте це виправимо: напишемо процедуру, рісующую
паралелепіпед.
С + +
void piped (GLfloat a,
GLfloat b, GLfloat c)
(
glShadeModel (GL_FLAT);
glPolygonMode (GL_FRONT_AND_BACK, GL_FILL);
glBegin (GL_QUAD_STRIP);
glVertex3f (-a/2,-b/2,-c/2);
glVertex3f (-a/2,-b/2,
c/2);
glVertex3f (-a/2,
b/2,-c/2);
glVertex3f (-a/2,
b/2, c/2);
glVertex3f (
a/2, b/2,-c/2);
glVertex3f (
a/2, b/2, c/2);
glVertex3f (
a/2,-b/2,-c/2);
glVertex3f (
a/2,-b/2, c/2);
glVertex3f (-a/2,-b/2,-c/2);
glVertex3f (-a/2,-b/2,
c/2);
glEnd ();
glBegin (GL_QUADS);
glVertex3f (-a/2,-b/2,
c/2);
glVertex3f (-a/2,
b/2, c/2);
glVertex3f (
a/2, b/2, c/2);
glVertex3f (
a/2,-b/2, c/2);
glVertex3f (-a/2,-b/2,-c/2);
glVertex3f (-a/2,
b/2,-c/2);
glVertex3f (
a/2, b/2,-c/2);
glVertex3f (
a/2,-b/2,-c/2);
glEnd ();
)
Delphi
procedure
piped (a, b, c: GLfloat);
begin
glShadeModel (GL_FLAT);
glPolygonMode (GL_FRONT_AND_BACK, GL_FILL);
glBegin (GL_QUAD_STRIP);
glVertex3f (-a/2,-b/2,-c/2);
glVertex3f (-a/2,-b/2,
c/2);
glVertex3f (-a/2,
b/2,-c/2);
glVertex3f (-a/2,
b/2, c/2);
glVertex3f (
a/2, b/2,-c/2);
glVertex3f (
a/2, b/2, c/2);
glVertex3f (
a/2,-b/2,-c/2);
glVertex3f (
a/2,-b/2, c/2);
glVertex3f (-a/2,-b/2,-c/2);
glVertex3f (-a/2,-b/2,
c/2);
glEnd;
glBegin (GL_QUADS);
glVertex3f (-a/2,-b/2,
c/2);
glVertex3f (-a/2,
b/2, c/2);
glVertex3f (
a/2, b/2, c/2);
glVertex3f (
a/2,-b/2, c/2);
glVertex3f (-a/2,-b/2,-c/2);
glVertex3f (-a/2,
b/2,-c/2);
glVertex3f (
a/2, b/2,-c/2);
glVertex3f (
a/2,-b/2,-c/2);
glEnd;
end;
Можна перевіряти!
glOrtho викличемо також, як і у прикладі зі сферою:
glOrtho (-5,5, -5,5, 1,12).
А в Draw напишемо наступне:
С + +, Delphi
glColor3f (0.6,0.7,0.9);
glPushMatrix;
glRotatef (10,
0,0,1);
glRotatef (25,
0,1,0);
glRotatef (20,
1,0,0);
piped (5,1.2,3.5);
glPopMatrix;
І отримаємо картинку:
Список літератури
Для
підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://bestcode.org/
