1

2

Кафедра: Информационные технологии

Трехмерная графика OpenGL

Функция создаёт контекст воспроизведения OpenGL, который подходит для рисования на устройстве, определённом дескриптором dc. При успешном завершении функция возвращает дескриптор созданного контекста воспроизведения OpenGL, и NULL - в случае неудачи.

Текущий контекст воспроизведения потока должен быть единственным. Следующая функция позволяет определить контекст воспроизведения для контекста устройства.

wglMakeCurrent (dc, hrc);

При завершении работы, необходимо, чтобы контекст никем не использовался. Для этого достаточно выполнить вызов функции:

wglMakeCurrent (0,0);

Завершая работу с OpenGL необходимо удалить контекст воспроизведения. Для этой цели используется функция:

wglDeleteContext(hrc);

После того как удалён контекст воспроизведения, следует удалить и ассоциированный с ним контекст устройства.

Структуру приложения, использующего OpenGL, можно изобразить в виде схемы (рис. 1)

1.2 Синтаксис команд OpenGL

glBegin(mode)

… // команды, указывающие вершины фигуры

glEnd;

Главное назначение командных скобок - это задание режима, определяющего как соединять точки (вершины). Вершины задаются своими координатами (количество координат зависит от пространства изображения) с помощью команд glVertex {2,3,4} {s, i, f, d} (arg).

Режим (mode), задающий правило соединения точек, определяет примитив. К примитивам относятся точки, линии, связанные линии, замкнутые линии, треугольники, связанные треугольники, четырёхугольники, связанные четырёхугольники и многоугольники.

Пример: задание стороны куба

glBegin (GL_POLYGON);

glNormal3f (0.0, 0.0, 1.0);

glVertex3f (1.0, 1.0, 1.0);

glVertex3f (-1.0, 1.0, 1.0);

glVertex3f (-1.0, -1.0, 1.0);

glVertex3f (1.0, -1.0, 1.0);

glEnd;

Таблица 1.2. Значение параметра mode

1.4 Визуализация сцены

1.6.1 Масштабирование

Преобразование масштабирования увеличивает или уменьшает размеры объекта.

Команда масштабирования glScale (arg1, arg2, arg3) с тремя аргументами - коэффициентами масштабирования по каждой из осей.

Если масштабные множители больше единицы объект растягивается в заданном направлении, если меньше объект сжимается. Масштабные множители могут иметь отрицательные значения, при этом изображение переворачивается по соответствующей оси. При двумерных построениях значение коэффициента по оси Z игнорируется.

После команд рисования следует восстановить нормальный масштаб, чтобы каждое следующее обращение к обработчику перерисовки экрана не приводило бы к последовательному уменьшению / увеличению изображения.

1.6.2 Поворот

Для поворота изображения используется команда

glRotate (arg1, arg2, arg3, arg4)

с четырьмя аргументами:

arg1 - угол поворота (в градусах),

arg2, arg3, arg4 - вектор поворота.

1.6.3 Сдвиг

Преобразование сдвига смещает точки в новые позиции в соответствии с заданным вектором смещения. Перенос системы координат осуществляется командой

glTranslate (arg1, arg2, arg3)

arg1, arg2, arg3 - величины переноса по каждой из осей.

Для поворота вокруг произвольной фиксированной точки сначала нужно выполнить преобразование сдвига, совмещающую заданную фиксированную точку с началом координат, потом выполнить преобразование поворота вокруг начала координат, а затем обратное преобразование сдвига. Порядок манипуляции с системой координат: вначале перенос, затем поворот, по окончании рисования - в обратном порядке: поворот, затем перенос.

1.7 Закрашивание объектов сцены

В трёхмерном пространстве поверхность объектов характеризуется материалом. Материал может отражать, поглощать и пропускать свет различной длины волн. В зависимости от характеристик материала и от свойств источника света мы видим объекты различными. Свойства материала задаются с помощью команды glMaterialfv(). Характеристики свойств материала, определяют соответствующие им символьные константы, которые представлены в таблице 1.3.

Таблица 1.3. Характеристики свойств материала

Зеркальный цвет задаёт цветовую гамму бликов материала, степень зеркального отражения определяет, насколько близка поверхность к идеальному зеркалу (определяется числом из интервала [0,128]).

Свойства материала задаются для внешней и внутренней стороны фигуры.

glMaterialfv (GL_FRONT, GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE,@MaterialFront);

glMaterialfv (GL_BACK, GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE,@MaterialBack);

Существует несколько режимов рисования многоугольников.

Чтобы изменить метод отображения многоугольника используется команда:

glPolygonMode (GLenum face, Glenum mode)

Параметр mode определяет, как будут отображаться многоугольники, а параметр face устанавливает тип многоугольников, к которым будет применяться эта команда и могут принимать следующие значения:

Таблица 1.4. Значения параметров face и mode

Пример:

GlPolygonMode (GL_FRONT, GL_POINT);

GlPolygonMode (GL_ BACK, GL_LINE);

GlPolygonMode (GL_FRONT_AND_BACK, GL_FILL);

1.8 Источники света

Без источника света изображения не видно. По умолчанию освещение отключено. Что бы инициализировать источник, и включить обработчик расчёта воздействия источника на объекты достаточно выполнить команды:

glEnable (gl_lighting);

glEnable (gl_light0);

Источник света по умолчанию располагается в пространстве с координатами (0,0,), можно создавать источник света в любой точке пространства изображений.

Параметры источника света задаются с помощью команды,

glLightfv (source, parameter, pointer_to_array).

Первый параметр команды - идентификатор источника

Второй аргумент - символическая константа, задающая атрибут

Третий - ссылка на структуру, содержащую задаваемые значения для данного атрибута.

Таблица 1.5. Константы, задающие свойства окружающей среды и позицию источника света

Для того чтобы внутренняя сторона объекта была видна необходимо включить освещенность для внутренней стороны многоугольника. Световая модель с освещением внутренней части многоугольника включается или выключается соответствующей функцией

glLightModeli (GL_LIGHT_MODEL_TWO_SIDE, 1).

Второй аргумент 0 или 1 (вкл. или выкл.).

1.9 Наложение текстуры

Создание текстуры в памяти

После того как образ подготовлен, можно создавать текстуру в памяти. Для этого в OpenGL предусмотрены две команды: одна для одномерного и вторая для двумерного вариантов образа (обе работают только в режиме RGBA).

glTexlmage1D (void glTexlmage2D (

GLenum target, GLenum target,

GLint level, GLint level,

GLint components, GLint components,

GLsizei width, GLsizei width,

GLint border, GLsizei height,

GLenum format, GLint border,

GLenum type, GLenum format,

const GLvoid* pixels) GLenum type,

const GLvoid* pixels)

При создании текстуры можно определить несколько образов с различным разрешением. Если текстура имеет размер 2ⁿx2^m, то можно определить max {n, m} + 1 уменьшенных массивов. Первый имеет размер 2ⁿx2^m, второй - 2^n-1x2^m-1, и т.д., пока последний не будет иметь размер 1x1. Команды glTexImage*D предоставляют возможность определить р = max {n, m} таких массивов, в каждом из которых хранится уменьшенный образ исходного изображения. Наличие таких массивов позволит OpenGL использовать меньший образ для меньшего объекта, а больший для большего. Другими словами, чем меньше объект, тем меньше его деталей удается рассмотреть.

Параметры текстуры

Один элемент на экране может покрывать несколько элементов массива образа, и, чтобы избежать проблем, связанных с лестничным эффектом, необходимо учитывать все затрагивающие этот массив элементы.

Для этого определяются четыре точки в массиве образа, которые отображаются в четыре угла элемента на экране. Эти точки соединяются, и образуется четырехугольник. Значения попадающих в него элементов взвешиваются с учетом доли каждого элемента, содержащейся в многоугольнике, и затем суммируются.

Для учета особенностей текстуры необходимо настроить параметры текстуры, что можно сделать с помощью команды

glTexParameter [i, f, v] (target, pname, param)

target - определяет, с какой текстурой предполагается работать, - одномерной или двумерной

pname - определяет символическое имя параметра текстуры:

раrат определяет значение для параметра рпаme

1.10 Использование дополнительных библиотек

2.2 Моделирование трёхмерных графических объектов и источников света с использованием OpenGL

Создать трёхмерную сцену. Пользуясь графическими объектами библиотеки GLUT (шар, конус, куб, тор, чайник и т.д.), создать в пространстве графические образы. Для элементов, из которых собраны объекты, задать различные свойства материала и различные режимы воспроизведения полигонов (точками, линиями, сплошное заполнение).

Расположить в произвольных точках пространства несколько источников света. Задать характеристики источникам света: один источник должен быть точечный, один направленный (типа «прожектор»). Цвет источников подбирается из эстетических соображений.

Задать движение каким-либо объектам сцены. Движение желательно описывать некоторым периодическим законом, чтобы перемещение объектов носило циклический характер и не требовало перезапуска программы для демонстрации.

Библиографический список

1. Эйнджел Эдвард. Интерактивная компьютерная графика. Вводный курс на базе OpenGL, 2 изд.: Пер. с англ. - М.: Издательский дом «Вильямс», 2001.-592 с.:ил.

2. Ву Мейсон, Нейдер Джеки, Девис Том, Шрайнер Дейв. OpenGL. Официальное руководство программиста: Пер. с англ. СПб: ООО «ДиаСофтЮП», 2002. - 592 с.

3. Тихомиров Ю. Программирование трёхмерной графики - СПб.:BHV - Санкт-Петербург, 1998. - 256 с., ил.

4. Краснов М. OpenGL. Графика в проектах Delphi.-СПб.:БХВ - Санкт-Петербург, 2000.-352 с.:ил.

5. Роджерс Д. Алгоритмические основы машинной графики: Пер. с англ. - М.: Мир, 1989. - 512 с., ил