50087 (Використання OpenGL. Моделювання вогню), страница 2

glColor3f (1.0, 0.0, 0.0);

gLfloat color_array [] = {1.0, 0.0, 0.0); glColor3fv (color_array);

Нарешті, бібліотека OpenGL визначає тип даних GLvoid. Цей тип даних найчастіше використовується для тих команд бібліотеки OpenGL, які приймаються як параметри покажчики на масиви значень.

РОЗДІЛ 2. Конвеєр візуалізації та бібліотеки, що відносяться до OpenGL

2.1 Конвеєр візуалізації OpenGL

2.1.1 Конвеєр

Більшість реалізацій бібліотеки OpenGL мають однаковий порядок операцій, певну послідовність стадій обробки, яка називається конвеєром візуалізації OpenGL. Цей порядок функціонування не є суворим правилом реалізації бібліотеки OpenGL, проте він є надійним керівництвом для передбачення результату роботи OpenGL.

Рис. 2.1.1. Конвеєр візуалізації

Наступна діаграма демонструє концепцію складального конвеєра Генрі Форда, яку бібліотека OpenGL використовує для обробки даних. Геометричні дані (вершини, прямі і багатокутники) проходять через послідовність блоків, до числа яких входять обчислювачі і операції обробки вершин, тоді як піксельні дані (пікселі, зображення і растрові образи) для певної частини процесу візуалізації обробляються по-іншому. Обидва типи даних піддаються одним і тим же завершальним операціям (операції растеризування і пофрагментной обробки), перш ніж підсумкові піксельні дані записуються у буфер кадру.

2.1.2 Списки виводу

Усі дані, незалежно від того, чи описують вони геометрію або пікселі, можуть бути збережені в списку виводу для поточного або пізнішого використання. (Альтернативою збереженню даних в списку виводу являється негайна обробка даних, вона також відома під назвою безпосередній режим роботи.) Після того, як список виводу був створений, збережені дані посилаються з цього списку виводу точно так, якби вони були послані прикладною програмою у безпосередньому режимі роботи.

2.1.3 Обчислювачі

Усі геометричні примітиви описуються вершинами. Параметричні криві і поверхні можуть бути спочатку описані контрольними точками і поліноміальними функціями, які називаються базовими функціями. Обчислювачі надають метод отримання вершин, використовуваний для представлення поверхні по контрольних точках. Таким методом є поліноміальне відображення, яке може формувати нормаль до поверхні, координати текстури, кольори і значення просторових координат по контрольних точках.

2.1.4 Операції обробки вершин

Для даних по вершинах наступною є стадія "операцій обробки вершин", яка перетворює вершини в примітиви. Деякі типи даних по вершинах (наприклад, просторові координати) перетворюються в матриці чисел з плаваючою точкою розміром 4x4. Просторові координати проектуються з положення в тривимірному просторі в положення на вашому екрані. Якщо дозволено використання розширених функціональних можливостей, то ця стадія обробки даних ще більше насичена. Якщо використовується накладення текстур, то на цій стадії можуть бути згенеровані і перетворені координати текстури. Якщо дозволено освітлення, то тут виконуються обчислення параметрів освітлення, для чого використовуються перетворені вершини, нормаль до поверхні, положення джерела освітлення, властивості матеріалу і інша інформація освітлення, необхідна для набуття значення кольору.

2.1.5 Збірка примітивів

Операція відсікання, основна частина збірки примітивів, є видаленням частин геометрії, яка виходить за межі напівпростору, визначеного деякою площиною. При відсіканні точок просто пропускаються або відкидаються вершини; при відсіканні ліній або багатокутників можуть додаватися додаткові вершини залежно від того, як відсікається лінія або багатокутник.

В деяких випадках цей процес супроводжується перспективним діленням, яке примушує видалені геометричні об'єкти здаватися меншими, ніж ближчі об'єкти. Після цього застосовуються операції отримання вікна перегляду і глибини. Якщо відсікання дозволене, і цей примітив є багатокутником, тоді він може бути відкинутий в процесі виконання тесту на відсікання. Залежно від способу побудови багатокутник може бути виведений на екран у вигляді точок або у вигляді ліній.

Результатом виконання цієї стадії є закінчені геометричні примітиви, які є перетвореними і відсіченими вершинами і пов'язаними з ними значеннями кольору, глибини і іноді координатами текстур, а також вказівки для виконання стадії растеризування.

2.1.6 Операції обробки пікселів

Тоді як геометричні дані слідують одним шляхом по конвеєру візуалізації OpenGL, піксельні дані слідують іншим маршрутом. Пікселі з певного масиву в системній пам'яті спочатку розпаковуються з якого-небудь одного з безлічі форматів в належну кількість компонентів. Потім ці дані масштабуються, зміщуються і обробляються за допомогою карти елементів відображення. Після цього результати фіксуються і або записуються в область пам'яті, виділеній під текстури, або передаються на стадію растеризування.

Якщо піксельні дані зчитуються з буфера кадру, то виконуються операції по передачі пікселя (масштабування, зміщення, відображення і фіксація). Потім отримані результати упаковуються у відповідний формат і повертаються в деякий масив системної пам'яті.

Існують спеціальні операції копіювання пікселів для копіювання даних з буфера кадру в інші частини буфера кадру або в область пам'яті, виділену для текстур. Виконується однопрохідна реалізація операцій при передачі пікселя, а потім дані записуються в область пам'яті, виділену для текстур або назад у буфер кадру.

2.1.7 Збірка текстури

OpenGL-програми можуть накладати зображення текстури на геометричні об'єкти для того, щоб зробити їх вид реалістичнішим. Якщо використовується декілька зображень текстури, то дуже розумно буде помістити їх в об'єкти текстури для спрощення перемикання між ними.

Деякі реалізації бібліотеки OpenGL можуть мати спеціальні ресурси для прискореного виконання операцій над текстурами. Це може бути реалізовано як спеціалізована, високопродуктивна область пам'яті, виділена для текстур. Якщо така пам'ять доступна, об'єкти текстури можуть бути впорядковані по пріоритетах для полегшення управління цим обмеженим і цінним ресурсом.

2.1.8 Растеризація

Растеризація є перетворенням як геометричних, так і піксельних даних у фрагменти. Кожен квадратний фрагмент відповідає певному пікселю у буфері кадру. Штрихування ліній і багатокутників, ширина лінії, розмір точки, модель зафарбовування і обчислення покриття, необхідні для підтримки згладжування, враховуються як вершини, які з'єднуються в лінії, або як внутрішні пікселі, розраховані для зафарбованого багатокутника. Значення кольору і глибини призначаються для кожного квадратного фрагмента.

2.1.9 Операції обробки фрагментів

Перш ніж значення збережуться у буфері кадру, виконується ряд операцій, внаслідок чого фрагменти можуть бути змінені або навіть відкинуті. Усі ці операції можуть бути включені або відключені.

Першою операцією, з якою можна зіткнутися, є накладення текстур. Ця операція полягає в тому, що тексель (елемент текстури) генерується з пам'яті текстур для кожного фрагмента і застосовується до конкретного фрагмента. Після цього можуть застосовуватися обчислення туману, які супроводжуються тестом ножиць, альфа-тестом, тестом трафарету і тестом буфера глибини (тест буфера глибини є видаленням невидимих поверхонь). Невдале завершення включеного теста може припинити тривалу обробку квадрата фрагмента. Потім можуть бути виконані операції змішування кольорів, псевдозмішування (розмивання) кольорів для передачі півтонів, логічної обробки і маскування за допомогою бітової маски. Нарешті, повністю оброблений фрагмент виводиться у відповідний буфер, де він остаточно перетворюється на піксель і досягає свого кінцевого місця розташування.

2.2 Бібліотеки, що відносяться до OpenGL

2.2.1 Бібліотека OpenGL

Бібліотека OpenGL надає потужний, але примітивний набір команд візуалізації, і усі зображення більш високого рівня мають бути створені з використанням саме цих команд. Окрім цього OpenGL-програми повинні використовувати основні механізми системи управління вікнами. Існує декілька бібліотек, які дозволяють спростити рішення ваших завдань в області програмування. До числа цих бібліотек входять наступні:

Бібліотека утиліт OpenGL (GLU - OpenGL Utility Library) містить декілька підпрограм, які використовують OpenGL-команди низького рівня для виконання таких завдання, як установка матриць для певного орієнтування і проектування перегляду, виконання тесселяції багатокутників(розбиття довільного багатокутника на опуклі багатокутники) і візуалізацію поверхні. Ця бібліотека надається в якості складової частини кожної реалізації бібліотеки OpenGL. Складові частини біблиотеки GLU описуються в Довіднику по OpenGL {OpenGL Reference Manual).

Для кожної віконної системи існує бібліотека, яка розширює функціональні можливості цієї віконної системи, щоб забезпечити підтримку візуалізації OpenGL. Для обчислювальних машин, які використовують оболонку X Window System, в якості доповнення до бібліотеки OpenGL надається розширення бібліотеки OpenGL для оболонки X Window System(GLX - OpenGL Extension to the X Window System). Підпрограми GLX використовують префікс glX. Для операційних систем Microsoft Windows 95/98/NT інтерфейс операційної системи Windows до бібліотеки OpenGL забезпечується підпрограмами бібліотеки WGL. Усі підпрограми WGL використовують префікс wgl.

Для операційної системи OS/2 корпорації IBM використовуються PGL-інтерфейс адміністратора представлень (Presentation Manager) до бібліотеки OpenGL, і його підпрограми використовують префікс pgl. Для комп'ютерів фірми Apple інтерфейсом для графічних систем, що підтримують бібліотеку OpenGL, являється AGL, і підпрограми AGL використовують префікс agl.

Інструментарій утиліт бібліотеки OpenGL (GLUT - Graphics Library UtilityToolkit) є незалежним від віконної системи інструментарієм, написаним Марком Килгардом (Mark Kilgard) для того, щоб приховати складність програмного інтерфейсу прикладних програм (API - ApplicationProgramming Interface) різних віконних систем. Підпрограми GLUT використовують префікс glut.

FSG (Fahrenheit Scene Graph) є об'єктно-орієнтованим набором інструментальних засобів, заснованим на бібліотеці OpenGL і надаючим об'єкти і методи для створення інтерактивних тривимірних графічних прикладних програм. FSG написаний на мові програмування C++, містить заздалегідь підготовлені об'єкти і вбудовану модель обробки подій при взаємодії з користувачем, компоненти прикладних програм високого рівня для створення і редагування тривимірних сцен і можливості для обміну даними в інших графічних форматах. FSG не залежний від OpenGL.

2.2.2 Файли, що підключаються

Для усіх OpenGL-програм ви можете підключити заголовний файл gl.h в кожен файл проекту. Майже усі OpenGL-програми використовують GLU, вищезгадану Бібліотеку утиліт OpenGL, яка вимагає включення заголовного файлу glu.h. Отже майже кожен початковий файл OpenGL-програми починається з наступних рядків:

#include

#include

Операційна система Microsoft Windows вимагає, щоб заголовний файл windows.h був включений до підключення заголовних файлів gl.h або glu.h, оскільки деякі макрокоманди, визначені в Microsoft Windows, версіях заголовних файлів gl.h і glu.h, визначаються в заголовному файлі windows.h.

Якщо ви звертаєтеся безпосередньо до бібліотеки віконного інтерфейсу, яка забезпечує підтримку OpenGL, наприклад, до бібліотеки GLX, AGL, PGL або WGL, то необхідно включити додаткові заголовні файли. Наприклад, якщо ви викликаєте бібліотеку GLX, то, можливо, потрібно буде додати до вашого програмного коду рядки, приведені нижче :

#include

#include

У операційній системі Microsoft Windows для підключення підпрограм WGL слід додати до вашого програмного коду наступний рядок:

#include

(і рядок

#include

якщо вам потрібні розширені можливості OpenGL).

Якщо ви використовуєте бібліотеку GLUT для управління завданнями віконного менеджера, то необхідно буде включити наступний рядок:

#include

Більшість OpenGL-програм також використовують системні виклики для стандартної бібліотеки мови програмування С, тому зазвичай слід включати заголовні файли, не пов'язані з обробкою графіки, такі як: