КГ_10глава (Компьютерная графика)

ГЛАВА 10

Графическая библиотека OpenGL

Библиотека OpenGL (Open Graphic Library), разработанная фирмой Silicon Graphics, стала индустриальным стандартом. Интерфейс OpenGL поддержи­вается многими операционными системами для разнообразных аппаратных платформ — от персональных компьютеров до сверхмощных суперкомпью­теров. Важным аспектом является также поддержка интерфейса OpenGL производителями аппаратных графических акселераторов. Поэтому OpenGL позволяет достаточно просто создавать быстродействующие графические программы и часто используется разработчиками компьютерных игр, напри-" мер, Quake. Библиотека OpenGL поддерживается в операционной системе Windows, начиная с Windows 95 версии OSR 2, — были добавлены соответ­ствующие модули DLL, а также включены несколько функций и структур данных в API Win32.

Интерфейс OpenGL реализован в виде набора функций, которые можно ис­пользовать в прикладных программах. Известно также расширение для OpenGL — библиотека классов Open Inventor.

Разработка графических программ OpenGL для среды Windows подобна про­граммированию графики GDI функций API, которое мы рассмотрели в гла­вах 5—8. Однако есть особенности, некоторые из которых мы изучим. Для получения более подробных сведений можно порекомендовать литературные источники— прежде всего, это документация Windows SDK [61]. В значи­тельной мере этот источник был использован в книге [25].

Быстродействие графических программ, использующих OpenGL, существен­но зависит от видеоадаптера. Аппаратная реализация всех базовых функций OpenGL — залог высокого быстродействия. В настоящее время многие ви­деоадаптеры содержат специальный графический процессор (один или не­сколько) для поддержки функции графики. Кроме того, что видеоадаптер должен аппаратно выполнять все базовые функции OpenGL (такие как пре­образования координат, расчеты освещения, наложение текстур, отсечение,

вывод полигонов), для достижения высокого быстродействия должен быть установлен специальный драйвер. Драйверы типа ICD (Installable Client Driver) обеспечивают интерфейс, способствующий эффективному использо­ванию аппаратных возможностей видеоадаптера. Другой тип драйвера— MCD — устанавливается обычно тогда, когда не все функции поддержаны аппаратно, и в этом случае они выполняются программно центральным про­цессором, что существенно медленнее.

Рассмотрим создание программ OpenGL на языке С, C++ в среде Windows. В главе 6 при рассмотрении графики GDI мы определили ключевой мо­мент — это создание контекста графического устройства (device context)., Графика OpenGL в этом плане похожа— необходимо сначала создать кон­текст, который здесь назван контекстом отображения (rendering context), и направить текущий вывод графики на него. Потом следует закрыть этот контекст, освободить память.

Будем программировать в стиле программ studEx предыдущих глав данной книги. Этот стиль заключается в непосредственном вызове функций API Windows без каких-либо посредников типа MFC (или иных подобных биб­лиотек). Во-первых, это уменьшает выполняемый код (поскольку каждому посреднику нужно платить — вот только здесь за что?), а во-вторых, позво­лит нам более детально ознакомиться с OpenGL как таковой. Дадим общую схему программы OpenGL.

1. Создание окна программы. Здесь необходимо обязательно установить стиль окна ws_clipchildren и ws_clipsiblings . Это осуществляется зада­нием значений аргументов функции createwindow.

2. После создания окна можно открывать контекст отображения. Рекомен­дуется открытие этого контекста делать во время обработки сообщения

WM_CREATE.

3. Чтобы создать контекст отображения, сначала необходимо открыть кон­текст окна (hdc), например, функцией GetDC.

4. Для выяснения характеристик контекста отображения устанавливаем со­ответствующие значения полей структуры pixelformatdescriptor и вызы­ваем функцию choosePixeiFormat. Эта функция возвращает номер пиксел-ного формата, который можно использовать. Если это номер 0, то созда­ние нужного контекста отображения невозможно.

5. Вызовом функции setPixelFormat задаем соответствующий пикселный формат в контексте hdc

6. На основе контекста hdc создаем контекст отображения hgirc вызовом функции wglCreateContext. Для переадресации текущего вывода графики

OpenGL В hglrc Необходимо Вызывать функцию wglMakeCurrent.

7. В ходе работы программы выводим графические объекты в текущий кон­текст отображения. Графический вывод можно осуществлять во время об­работки сообщения wm_paint или других сообщений. Для этого использу­ются функции для работы с графическими примитивами OpenGL.

8. Перед закрытием окна программы необходимо закрыть все открытые кон­тексты отображения. Также следует закрыть все контексты графического устройства. Это можно сделать в ходе обработки сообщения wmdestroy ВЫЗОВОМ функций ReleaseDG И wglDeleteContext.

Чтобы использовать библиотеку OpenGL, в среде разработки программ на С и C++ необходимо подключить соответствующие файлы заголовков. Напри­мер, в среде Borland C++ 5.02 для этого достаточно включить в текст про­граммы строки:

10.1. Пример программы OpenGL

Текст программы здесь представлен в виде двух файлов — winOpGL.cpp и studexso. срр. В этой программе использованы те же файлы ресурсов (studex.rc) и общего описания (studex.def), что и во всех предыдущих при­мерах программ.

Файл WinOpGL. срр:

Текст этой программы составлен их двух частей— winOpGL.cpp и studexso.срр. В файле WinOpGL.cpp сосредоточены функции, необходимые! для создания окна, оконные функции, функции инициализации графики. Этот^ файл будет использован и в следующих примерах программ OpenGL. Файл studexso. срр содержит текст, описывающий графическое отображение кон­кретных объектов (функция DrawMyExampieOpenGL). Как вы, наверное, уже за-

метили, все это подобно использованию в главах 5—8 наших собственных

файлов wiranain.cpp, winmainl.cpp И studexXX. cpp.

Запустите программу, затем выберите меню "Графика". На экране в окне программы появляется картинка, показанная на рис. 10.1.

Рис. 10.1. Первый пример OpenGL — двумерная графика

Изображение в окне программы studexso создается из нескольких графиче­ских примитивов. В данном случае рисовались точки, линии и полигоны. Вывод каждого такого примитива в OpenGL оформлен парой функций glBegin И glEnd:

Аргументом функции glBegin является код типа объекта.

Координаты вершины объекта задаются функцией givertexxx. Эта функция имеет много разновидностей (суффиксов хх). Отличия обусловлены типом и количеством аргументов givertex. Количество аргументов соответствует числу измерений систем координат. Тип координат-аргументов может быть целым или вещественным (с плавающей точкой) в нескольких разновидно­стях. Например:

задает двумерные вещественные координаты, а

задает также вещественные, но трехмерные координаты вершины.

Перечисление всех вершин объекта в программе завершает вызов функции glEnd. Это означает запись примитива в очередь графического вывода. В за-

висимости от аргумента функции giBegin(mode) список вершин может трак<^; товаться OpenGL по-разному (табл. 10.1).

Таблица 10.1

Можно считать существенным недостатком ограничение для полигонов (glpolygon) возможностью вывода только выпуклых фигур. Функция API Windows Polygon в этом плане намного совершеннее — она рисует и невы­пуклые полигоны. В OpenGL для рисования произвольных полигонов преду­смотрена триангуляция.

Размер точек можно задать вызовом gipointsizeo, толщину линий — giLineWidth (). Для задания стиля линий используются функции glLineStipple, glEnable И glDisable, например:

glLineStipple(3, 0x08ff);

glEnable(GL_LINE_STIPPLE);

.... //здесь используется этот стиль линий

glDisable(GL_LINE_STIPPLE);

причем аргументами функции glLineStipple о являются количество повто­ров пикселов и шаблон пунктира.

Стиль заполнения фигур может быть задан растровым образцом в массиве 32x32 бит.

ения

Обратите внимание, мы уже несколько раз использовали функции glEnabie () иgiDisable (). Это многоцелевые функции. Они предназначены для управле­ния многими разнообразными режимами отображения.

10.2. Координаты и матрицы

В OpenGL используются три типа матриц— видовая матрица, матрица про­екции и матрица текстуры. Все они имеют размер 4x4 и определяют преобра­зования координат так, как описано в главе 2 этой книги.

Для задания 16 элементов матрицы можно использовать функции

которые копируют элементы массива т[ ] в текущую матрицу. Для некоторых часто используемых преобразований предусмотрены функ­ции, которые автоматически заполняют значения коэффициентов. Функция giLoadidentityO устанавливает единичную матрицу текущего преобразо­вания:

Следующие функции заполняют матрицы значениями коэффициентов, соот­ветствующими таким преобразованиям:

Для того чтобы матрица определенного типа стала текущей, следует вы­звать функцию glMatrixMode(mode), где значение mode = GL_MODELVIEW,

glprojection или gljtexture. Видовая матрица определяет преобразования мировых координат в координаты проецирования (видовые координаты). Матрица проекции отвечает за преобразование видовых координат проекции в экранные координаты. Матрица текстуры предназначена для наложения проективных текстур.

Для задания проекций отображения предусмотрены несколько функций. Ак­сонометрическая проекция (здесь называется ортографической) задается функциями giQrtho( ) или giuOrtho2D о. Центральная проекция устанавли­вается ВЫЗОВОМ функции gluPerspective ().

Для задания области отсечения графического вывода используется функция

glViewport().

10.3. Пример трехмерной графики

Рассмотрим пример ЗБ-программы OpenGL. Файл studexsi.cpp: