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

auxInitPosition

auxInitDisplayMode

auxInitWindow

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



auxMainLoop(Draw);

static void CALLBACK Draw(void) // создается пользователем

{…}

void main()

{

// 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

SetPixelFormat

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),

1,

PFD_DRAW_TO_WINDOW | PFD_SUPPORT_OPENGL | PFD_DOUBLEBUFFER,

PFD_TYPE_RGBA,

24,

0,0,0,0,0,0,

0,0,

0,0,0,0,0,

32,

0,

0,

PFD_MAIN_PLANE,

0,

0,0,

};

// выбрать соответствующий формат

PixelFormat = ChoosePixelFormat(hdc, &pfd);

SetPixelFormat(hdc, PixelFormat, &pfd);

// создадим контекст устройства для OpenGL

// используя Хендл места рисования

hrc = wglCreateContext(hdc);

if(hrc == NULL)

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 :

auxMouseFunc()

auxKeyFunc()

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.

Далее приведены суффиксы используемые в OpenGL

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:

class MyLight{

public:

GLfloat amb[4];

GLfloat dif[4] ;

GLfloat spec[4];

GLfloat pos[4] ;

};

// экземпляры для источника света и материала

MyLight LL,MM;

// 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);

Draw()

{

// 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[0] );

glNormal3f(0,0,1);

glBegin(GL_QUADS);

int i,j;

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);

}

glEnd();

}



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