Форум АНТИЧАТ - OpenGL. От детского сада до гуру

OpenGL. От детского сада до гуру

17.01.2008, 22:07

MacTep

Постоянный

Регистрация: 29.05.2006

Сообщений: 356

Провел на форуме:
1900547

Репутация: 576

Отправить сообщение для MacTep с помощью ICQ

OpenGL. От детского сада до гуру

OpenGL. От детского сада до гуру.

Вступление.
Итак, начну серию своих «мирных» статей по CG(computer graphics). Здесь я попытаюсь рассказать вам о программировании под OpenGL и DirectX, о WinAPI и двойной буферизации, о физике твердых тел(Rigid Body) и построении высоко фотореалистичных изображений методом трассировки лучей(Ray Tracing). Надеюсь, это станет интересным для многих, а некоторые и вовсе найдут в себе таланты CG`шников.

Для затравки я решил начать с цикла по программированию на С под OpenGL. Хоть приведенный код будет и на С(С++ в данном курсе использовать не обязательно, так что не буду придумывать сложности, мне-то все равно на чем писать, но многих может отпугнуть. Поклонникам ООП, для вас следующие статьи, стоит, например, лишь сказать, что Ray Tracing считается классической и лучшей задачей на С++), но я постараюсь снабжать его максимально понятными и подробными комментариями, всвязи с чем код будет абсолютно портируемым хоть на Delphi, хоть на Python, хоть на Haskell.

«Цикл» будет состоять из следующих частей:
Часть 1. Базовый макет GLUT-приложения
Простейшие OpenGL программы с использованием OpenGL Utility Toolkit для любой операционной системы.

Часть 2. Освещение и тени
Создание источников света, физические коэффициенты, тени.

Часть 3. Рисование полигонов. Текстурирование и прозрачность
Рисование собственных фигур. Наложение текстур. Создание прозрачности и полупрозрачности.

Часть 4. Мультитекстурирование. OpenGL Shaders. OpenGL Shader Language
Наложение нескольких текстур. Инициализация шейдеров. Работа с шейдерами. Язык программирования GLSL.

Часть 5. Пример базового макета системы анимации на WinAPI, двойной буферизации и OpenGL
«Взрослое» программирование под OpenGL. Пишем без GLUT под Windows.

Часть 6. Пример базового макета системы анимации на Qt4 и OpenGL
«Взрослое» программирование под OpenGL. Пишем без GLUT кроссплатформенные приложения с использование Qt4.

Часть 7. Загрузка моделей из редактора Maya
Работать со стандартными моделями и полигонами не интересно. Так что завершим весь цикл загрузкой моделей из популярного редактора 3D графики Maya.

Часть 1. Базовый макет GLUT-приложения

Начинать, разумеется стоит с самых основ. А потому эту статью я посвящу самой простой части OpenGL.- GLUT или OpenGL Utility Toolkit. Но начнем разбираться по порядку.
OpenGL (Open Graphics Library — открытая графическая библиотека) — спецификация, определяющая независимый от языка программирования кросс-платформенный программный интерфейс для написания приложений, использующих двумерную и трехмерную компьютерную графику. (с) Википедия
OpenGL работает по принципу клиент-серверной системы, где в роли клиента выступает оформленная программа с использованием специального API, а в роли сервера обрабатывающая OpenGL часть графического процессора(GPU) видеокарты. Нашей задачей будет на протяжении цикла научиться пользоваться API для реализации любой проблемы, а так же понимать, на что идут ресурсы нашей видеокарты и как свести их трату к минимуму..
Вплоть до частей 5 и 6 мы будем пользоваться кроссплатформенной библиотекой GLUT. Это позволит нам не совершать дополнительных инициализаций и писать простой, понятный и кроссплатформенный код. Практически, 99% всех задач можно реализовать с использованием GLUT. Почему же лучше писать на «чистом» API и как это делать мы разберем уже в 5 и 6 частях, когда откажемся от его использования. Пока же начнем разбираться, с чем нам работать ближайшее время.
Перед тем, как начнем писать программу, скажу, что GLUT а так же все необходимые библиотеки и файлы заголовков берутся с сайта _http://opengl.org.
Итак, после этого вступления начнем писать программу.

PHP код:


		
			
/* Подключаем необходимые файл заголовков. Зачем нам stdio, stdlib и time - дальше */

#include <GL/glut.h>



#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <time.h>





/* Объявляем главную функцию. Использование аргументов крайне желательно */

int main(  int argc, char *argv[] )

{

  /* Инициализация GLUT API от параметров командной строки. */

  glutInit(&argc,argv);



  /* Инициализация системы анимации

   * GLUT_DOUBLE — включение двойного буфера(подробнее в следующих статьях, сейчас отмечу,

   *   что это избавит нас от мерцания изображения)

   * GLUT_RGB — Red, Green, Blue гамма, без комментариев

   * GLUT_DEPTH — использование окна с буфером глубины для реалистичной объемности 

   */

  glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB | GLUT_DEPTH);



  /* Тут все элементарно — выставляем размеры окна. Сначала ширину, потом высоту. */

  glutInitWindowSize(512, 512);

  

  /* Создание окна. Параметр — заголовок окна. Для недоуменных гуру коддинга напоминаю, что мы идем от простого к сложному */

  glutCreateWindow("My window");



  /* Устанавливаем цвет очистки экрана. R, G, B, Alpha. Впоследствии, когда вам нужно будет инициализировать многие вещи, такие как свет, шейдера и проч, где-то здесь будет вызываться ваша функция инициализации всего этого */

  glClearColor(0,0,0,0);



  /* Функция обработки изменения размеров окна. Параметр — указатель на функцию обработки */

  glutReshapeFunc(Reshape);



  /* Функция вывода сцены на экран. Параметр — указатель на функцию обработки */

  glutDisplayFunc(Display);



  /* Функция «простоя» системы. Параметр — указатель на функцию обработки */

  glutIdleFunc(Idle);



  /* Функция обработки клавиатуры. Параметр — указатель на функцию обработки */

  glutKeyboardFunc(Keyboard);



  /* Запускает работу GLUT */

  glutMainLoop();



  /* Выход в систему с кодом 0, т.е. все супер */

  return 0;

}

Думаю, тут все предельно просто и ясно. Такая инициализация будет в большинстве ваших GLUT-программ. Для полной ясности рассмотрим описанные функции. Я использовал лишь обязательные и те, по аналогии с которыми можно понять работу с другими, о которых вы уже узнаете подробнее из манов, или которые мы будем использовать в следующих статьях. Первая функция, которая нам встретилась — Reshape, с нее и начнем.

PHP код:


		
			
/* Функция принимает 2 параметра — новую ширину и новую высоту окна */

void Reshape( int W, int H )

{

  /* Задаем область просмотра в виде прямоугольника с диагонально противоположными вершинами (x1;y1) и (x2;y2). В нашем случае (0;0) и (W;H) */

  glViewport(0, 0, W, H);



  /* Задаем матрицу проекционной */

  glMatrixMode(GL_PROJECTION);



  /* Переходим на установленную проекционную матрицу */

  glLoadIdentity();



  /* Как известно, существуют 2 вида проекции: ортогональная и перспективная. В ортогональной лучи идут параллельными, в перспективе сходятся в некой точке. Мы будем использовать матрицу перспективы, как более удобную. Параметры — угол обзора, коэффициент отношения ширины к высоте и, так называемые, zNear и zFar или границы отсечения изображения, т.е. Изображение будет показываться в промежутке от zNear до zFar */

  gluPerspective(60, (double)W / H, 1, 500);



  /* Откуда и куда смотрим. Первые 3 аргумента — точка, куда направлена камера, следующие 3 — точка расположения камеры, последние 3 — вектор «на макушку», т.е. задающий вектор ориентированный на верх камеры */

  gluLookAt(0, 0, 15, 0, 0, 0, 0, 1, 0);



  /* Устанавливаем «видовую» матрицу и переходим на нее */

  glMatrixMode(GL_MODELVIEW);

  glLoadIdentity();

}

Следующая функция, которая очевидно должна быть рассмотрена — это сама функция Display.

PHP код:


		
			
/* Функция не принимает аргументов. Тут все просто */

void Display( void )

{

  /* Перед рисованием нового кадра очищаем буферы цвета и глубины */

  glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);



  /* Вызываем функцию непосредственно отрисовки, ее опишем в последнюю очередь */

  Draw();



  /* Так как мы используем двойной буфер нам надо скинуть информацию на экран */

  glutSwapBuffers();

}

Далее рассмотрим функцию Idle, выполняющуюся во время простоя программы. Давайте заведем еще какую-нибудь глобальную переменную static double SyncTime и будем с помощью этой функции делать синхронизацию по времени.

PHP код:


		
			
/* Как и Display, функция ничего не получает */

void Idle( void )

{

  /* Заведем пару переменных для просчета времени */

  long Time;

  static long OldTime = -1;



  /* При первом запуске стартуем таймер */

  if(OldTime == -1)

    OldTime = clock();



  /* Считаем число «клоков» на данное время с момента запуска программы */

  Time = clock() - OldTime;



  /* В SyncTime записываем уже секунды */

  SyncTime = (double)Time/CLOCKS_PER_SEC;



  /* Перерисовываем кадр */

  glutPostRedisplay();

}

Последнее, что мы разберем перед самой прорисовкой кадра, это обработка клавиатуры. Тут даже ничего комментировать не стану, все и так предельно ясно. Напомню только, что 27 — это код ESC.

Абсолютно аналогично будет строится обработка мыши и прочих устройств ввода.

PHP код:


		
			
void Keyboard( unsigned char Ch, int Mx, int My )

{

  if (Ch == 27)

    exit(0);

}

И последнее на сегодня. Нарисуем что-нибудь в нашей сцене. Предлагаю сделать это зеленым тором в wireframe. Почему wire? Т.к. Мы пока не сделали освещения, залитая фигура будет смотреться не эстетично и не красиво. Почему тор? Просто мне нравится эта фигура, да еще она и есть среди стандартных GLUT фигур. Отрисовывать свои фигуры начнем со следующей статьи. А пока разбираем несложную функцию Draw.

PHP код:


		
			
/* Ничего не получаем */

void Draw( void )

{

  /* Сохраняем текущую матрицу преобразований в стек */

  glPushMatrix();



  /* Устанавливаем цвет всех последующих объектов на зеленый. D в конце функции означает, что будут использоваться double числа. Есть еще вариант с float. Цвета задаются дробными числами в отрезке [0..1] */

  glColor3d(0,1,0);



  /* Поворачиваем сцену на 30*SyncTime градусов вокруг вектора (0;1;0) */

  glRotated(30*SyncTime, 0, 1, 0);



  /* Рисуем тор. Параметры: размер внутреннего кольца, размер внешнего кольца и 2 параметра полигонизации, т.е. качества отрисовки */

  glutWireTorus(2, 5, 50, 50);

  

  /* Восстанавливаем сохраненную матрицу из стека */

  glPopMatrix();

}

На этом, думаю, моя первая статья из цикла OpenGL будет завершена. Надеюсь, вам она покажется интересной, а меня за нее сильно не будут пинать. Ждите новых статей из цикла OpenGL и других тем CG. Творите! Удачи!