OpenGL является на данный момент одним из самых популярных программных интерфейсов (API) для разработки приложений в области двумерной и трехмерной графики. Стандарт OpenGL был разработан и утвержден в 1992 году ведущими фирмами в области разработки программного обеспечения, а его основой стала библиотека IRIS GL, разработанная Silicon Graphics.
На данный момент реализация OpenGL включает в себя несколько библиотек (описание базовых функций OpenGL, GLU,GLUT,GLAUX и другие), назначение которых будет описано ниже.
Характерными особенностями OpenGL, которые обеспечили распространение и развитие этого графического стандарта, являются:
Стабильность - дополнения и изменения в стандарте реализуются таким образом, чтобы сохранить совместимость с разработанным ранее программным обеспечением.
Надежность и переносимость - приложения, использующие OpenGL, гарантируют одинаковый визуальный результат вне зависимости от типа используемой операционной системы и организации отображения информации. Кроме того, эти приложения могут выполняться как на персональных компьютерах, так и на рабочих станциях и суперкомпьютерах.
Легкость применения - стандарт OpenGL имеет продуманную структуру и интуитивно понятный интерфейс, что позволяет с меньшими затратами создавать эффективные приложения, содержащие меньше строк кода, чем с использованием других графических библиотек. Необходимые функции для обеспечения совместимости с различным оборудованием реализованы на уровне библиотеки и значительно упрощают разработку приложений.
Основные возможности OpenGL
Набор базовых примитивов: точки, линии, многоугольники и т.п.
Видовые и координатные преобразования
Удаление невидимых линий и поверхностей (z-буфер)
Использование сплайнов для построения линий и поверхностей
Наложение текстуры и применение освещения
Добавление специальных эффектов: тумана, изменение прозрачности,сопряжение цветов (blending), устранение ступенчатости (anti-aliasing).
Как уже было сказано, существует реализация OpenGL для разных платформ, для чего было удобно разделить базовые функции графической системы и функции для отображения графической информации и взаимодействия с пользователем. Были созданы библиотеки для отображения информации с помощью оконной подсистемы для операционных систем Windows и Unix (WGL и GLX соответственно), а также библиотеки GLAUX и GLUT, которые используются для создания так называемых консольных приложений.
Библиотека GLAUX уступает по популярности написанной несколько позже библиотеке GLUT, хотя они предоставляют примерно одинаковые возможности. В состав библиотеки GLU вошла реализация более сложных функций, таких как набор популярных геометрических примитивов (куб, шар, цилиндр, диск), функции построения сплайнов, реализация дополнительных операций над матрицами и т.п. Все они реализованы через базовые функции OpenGL.
Архитектура и особенности синтаксиса
С точки зрения архитектуры, графическая система OpenGL является конвейером, состоящим из нескольких этапов обработки данных:
Аппроксимация кривых и поверхностей
Обработка вершин и сборка примитивов
Растеризация и обработка фрагментов
Операции над пикселями
Подготовка текстуры
Передача данных в буфер кадра
Вообще, OpenGL можно сравнить с конечным автоматом, состояние которого определяется множеством значений специальных переменных (их имена обычно начинаются с символов GL_) и значениями текущей нормали, цвета и координат текстуры. Все эта информация будет использована при поступлении в систему координат вершины для построения фигуры, в которую она входит. Смена состояний происходит с помощью команд, которые оформляются как вызовы функций.
ИНИЦИАЛИЗАЦИЯ БИБЛИОТЕКИ OpenGL В C++
Первым делом нужно подключить заголовочные файлы:
#include
#include
#include
· gl.h и glu.h содержат прототипы основных функций OpenGL определённых в opengl32.dll и glu32.dll.
· glaux.h содержит вспомогательные (auxiliary) функции (glaux.dll).
После подключения заголовочных файлов нужно установить формат пикселей. Для этой цели используется следующая функция:
BOOL bSetupPixelFormat(HDC hdc)
PIXELFORMATDESCRIPTOR pfd, *ppfd;
int pixelformat;
ppfd->nSize = sizeof(PIXELFORMATDESCRIPTOR);
ppfd->nVersion = 1;
ppfd->dwFlags = PFD_DRAW_TO_WINDOW | PFD_SUPPORT_OPENGL | PFD_DOUBLEBUFFER;
ppfd->dwLayerMask = PFD_MAIN_PLANE;
ppfd->iPixelType = PFD_TYPE_RGBA;
ppfd->cColorBits = 16;
ppfd->cDepthBits = 16;
ppfd->cAccumBits = 0;
ppfd->cStencilBits = 0;
if ((pixelformat = ChoosePixelFormat(hdc, ppfd)) == 0)
MessageBox(NULL, "ChoosePixelFormat failed", "Error", MB_OK);
if (SetPixelFormat(hdc, pixelformat, ppfd) == FALSE)
MessageBox(NULL, "SetPixelFormat failed", "Error", MB_OK);
Структура PIXELFORMATDESCRIPTOR сказать надо.
cColorBits - глубина цвета
cDepthBits - размер буфера глубины (Z-Buffer)
cStencilBits - размер буфера трафарета (мы его пока не используем)
iPixelType - формат указания цвета. Может принимать значения PFD_TYPE_RGBA (цвет указывается четырьмя параметрами RGBA - красный, зленный, синий и альфа) и PFD_TYPE_COLORINDEX (цвет указывается индексом в палитре).
Функция ChoosePixelFormat() подбирает формат пикселей и возвращает его дескриптор, а SetPixelFormat() устанавливает его в контексте устройства (dc).
После того как в контексте устройства установлен формат пикселей, нужно создать контекст воспроизведения (Rendering Context) для этого в OpenGL определены следующие функции:
HGLRC wglCreateContext(HDC hdc);
BOOL wglMakeCurrent(HDC hdc, HGLRC hglrc);
В объявлении класса формы в области private необходимо добавить следующее:
ghRC - указатель на контекст воспроизведения (Rendering Context)
ghDC - дескриптор устройства (для нас - просто указатель на окно)
Процедура Draw будет отвечать за рисование.
void __fastcall TForm1::FormCreate(TObject *Sender)
ghDC = GetDC(Handle);
if (!bSetupPixelFormat(ghDC))
ghRC = wglCreateContext(ghDC);
wglMakeCurrent(ghDC, ghRC);
glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 0.0);
FormResize(Sender);
glEnable(GL_COLOR_MATERIAL);
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
glEnable(GL_LIGHTING);
glEnable(GL_LIGHT0);
float p={3,3,3,1},
glLightfv(GL_LIGHT0,GL_POSITION,p);
glLightfv(GL_LIGHT0,GL_SPOT_DIRECTION,d);
glViewport(0, 0, Width, Height);
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
glOrtho(-5,5, -5,5, 2,12);
gluLookAt(0,0,5, 0,0,0, 0,1,0);
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glClearColor() устанавливает цвет, которым будет заполняться экран при очищении. У этой процедуры - 4 параметра, что соответствует RGBA. Вместо нее можно написать glClearIndex(0.0) . Эта процедура устанавливает индекс цвета в палитре.
glViewport() устанавливает область вывода - область, в которую OpenGL будет выводить изображение.
glMatrixMode() устанавливает режим матрицы видового преобразования.
glLoadIdentity() заменяет текущую матрицу видового преобразования на единичную.
glOrtho() устанавливает режим ортогонального (прямоугольного) проецирования. Это значит, что изображение будет рисоваться как в изометрии. 6 параметров типа GLdouble (или просто double): left, right, bottom, top, near, far определяют координаты соответственно левой, правой, нижней, верхней, ближней и дальней плоскостей отсечения, т.е. всё, что окажется за этими пределами, рисоваться не будет. На самом деле эта процедура просто устанавливает масштабы координатных осей. Для того чтобы установить перспективное проецирование, используются процедуры glFrustum() и gluPerspective().
gluLookAt() устанавливает параметры камеры: первая тройка - её координаты, вторая - вектор направления, третья - направление оси Y.
В OpenGL всё включается и выключается (разрешается и запрещается) процедурами glEnable() и glDisable().
glLightfv() устанавливает свойства "лампочек": позицию и направление света.
После того, как завершена работа с OpenGL, нужно освободить занятые ресурсы: освободить контекст, вызвав wglMakeCurrent с параметром ноль для идентификатора контекста OpenGL и разрушить этот контекст функцией wglDeleteContext. Кроме того нужно удалить дескриптор ghDC. Так как обычно работу с OpenGL завершается при завершении работы приложения, то соответствующий код нужно поместить в FormClose:
void __fastcall TForm1::FormClose(TObject *Sender, TCloseAction &Action)
wglMakeCurrent(ghDC,0);
wglDeleteContext(ghRC);
ReleaseDC(Handle, ghDC);
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
За время прохождения производственной практики с 5 июля по 31 июля 2011 г. в ЗАО «Транзас», Авиационное направление в отделе программирования, я ознакомился с работой отдела программирования. Ознакомился с устройством и функционированием комплексных авиа тренажеров, разрабатываемых в ЗАО «Транзас». Я узнал о такой системе визуализации ландшафтов и различных объектов, как «Аврора». Я получил первоначальные практические навыки и умения, необходимые для разработки приложений и программного обеспечения с помощью современного высокоуровневого языка программирования и графической библиотеки.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
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
auxInitDisplayMode
Основной цикл рисования кадра создается в функции Draw и регистрируется при помощи функции
auxMainLoop(Draw);
static void CALLBACK Draw(void) // создается пользователем
// 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
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),
PFD_DRAW_TO_WINDOW | PFD_SUPPORT_OPENGL | PFD_DOUBLEBUFFER,
// выбрать соответствующий формат
PixelFormat = ChoosePixelFormat(hdc, &pfd);
SetPixelFormat(hdc, PixelFormat, &pfd);
// создадим контекст устройства для OpenGL
// используя Хендл места рисования
hrc = wglCreateContext(hdc);
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:
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.
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:
// экземпляры для источника света и материала
// 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);
// 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);
glNormal3f(0,0,1);
glBegin(GL_QUADS);
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);
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
Подобные документы
Программный код OpenGL. Синтаксис команд OpenGL. OpenGL как конечный автомат. Конвейер визуализации OpenGL. Библиотеки, относящиеся к OpenGL. Библиотека OpenGL. Подключаемые файлы. GLUT, инструментарий утилит библиотеки OpenGL.
курсовая работа , добавлен 01.06.2004
Программирование приложения с использованием библиотеки OpenGL и функции для рисования геометрических объектов. Разработка процедуры визуализации трехмерной сцены и интерфейса пользователя. Логическая структура и функциональная декомпозиция проекта.
курсовая работа , добавлен 23.06.2011
Ознакомление с интерфейсом, основными возможностями и преимуществами использования программы OpenGL - популярной библиотекой для работы с 2D и 3D графикой. Рассмотрение назначения, базовых компонент и правил инициализации программного движка DirectX.
презентация , добавлен 14.08.2013
Создание программы на языке C++ с использованием графических библиотек OpenGL в среде Microsoft Visual Studio. Построение динамического изображения трехмерной модели объекта "Нефтяная платформа". Логическая структура и функциональная декомпозиция проекта.
курсовая работа , добавлен 23.06.2011
Суть программирования с использованием библиотеки OpenGL, его назначение, архитектура, преимущества и базовые возможности. Разработка приложения для построения динамического изображения трехмерной модели объекта "Компьютер", руководство пользователя.
курсовая работа , добавлен 22.06.2011
Работа с цветом с помощью графической библиотеки OpenGL. Программа, отображающая квадрат, с меняющимся цветом, в зависимости от изменения градиентов (R,G,B), треугольник, вершины которого имеют различные цвета, прямоугольную полосу в виде спектра.
контрольная работа , добавлен 21.01.2011
Назначение и стандарты реализации OpenGL для Windows, порядок подключения графической библиотеки. Основные функции и синтаксис команд. Рисование примитивов, видовые и аффинные преобразования. Моделирование двумерных графических объектов и анимации.
лабораторная работа , добавлен 04.07.2009
Основы программирования с использованием библиотеки OpenGL. Приложение для построения динамического изображения модели объекта "Батискаф": разработка процедуры визуализации трехмерной схемы, интерфейса пользователя и подсистемы управления событиями.
курсовая работа , добавлен 26.06.2011
Поняття та сфери використання тривимірної графіки. Описання та характеристика можливостей бібліотеки OpenGL. Загальний опис інтерфейсу мови програмування Borland C++, лістинг програми, що демонструє її можливості. Розрахунок витрат на виконання проекту.
дипломная работа , добавлен 24.06.2015
Разработка компоненты для математических вычислений (операций над матрицами) с использованием технологии OpenGL (сложение, вычитание, умножение, транспонирование, определитель, обратная матрица). Базовые навыки по работе с технологией в среде.Net.
Вы читаете мой первый урок по OpenGL!
Прежде чем начинать изучать сам OpenGL, мне кажется, лучше рассказать вам как компилировать код, запускать его и самое главное - как экспериментировать с исходными кодами, приведенными в этих уроках.
Что нужно знать
Данные уроки ориентируются на читателя без особых познаний в программировании. Конечно, знание какого-либо языка программирования(C, Java, Lisp, JavaSript) будет огромным плюсом, но это не обязательно, просто вам придется изучать два предмета одновременно – 3д графику и программирование.
Весь код в данных уроках написан на C++ в максимально простом стиле. Никаких шаблонов, классов и арифметики с указателями. Поэтому глядя на код вы сможете понять что он делает, даже если знакомы лишь с JavaSript.
Забудьте все, что знали про OpenGL 1/2
Данные уроки предполагают, что вы ничего не знаете про 3д графику. Но если вы читали уроки по OpenGL и встречали что-то наподобие glBegin(),то забудьте это. Тут мы будем изучать OpenGL 3 и 4, а то, что вы читали относиться к OpenGL 1 или 2. Поэтому рекомендую вам забыть все, что вы знали раньше, иначе ваши мозги начнут плавиться от нестыковок.
Сборка проекта
Код из данных уроков можно скомпилировать под Windows, Linux. Чтобы начать компилировать код под любую из платформ, нужно сделать следующее:
- Обновите драйвера на вашу видеокарту!! Я вас предупредил:)
- Скачайте компилятор, если у вас его еще нет.
- Установите CMake
- Скачайте готовые исходники уроков.
- Сгенерируйте проект с помощью CMake
- Соберите проект.
- Поэкспериментируйте с кодом для лучшего понимания, что там происходит.
Ниже я привел более детализированное описание сборки проектов под каждую из платформ. Но в зависимости от версии ОС скриншоты могут слегка отличатся от того, что будет у вас на экране, но в целом, все должно быть приблизительно таким.
Сборка под Windows
Сборка под Linux
В мире существует громадное число разных вариаций линукса, поэтому мне совсем не хочется приводить примеры сборки проекта под каждую. Если что-то не получается, как написано ниже, почитайте документацию, или поищите в интернете.
- Установите последние драйвера на вашу видеокарту. Очень рекомендую не опенсорсные драйвера. Они не входят в состав GNU, но они часто работают гораздо лучше. Если ваша сборка линукса не предоставляет автоматического инсталлятора, попробуйте почитать Ubuntu"s guide.
- Поставьте компилятор со всеми необходимыми библиотеками и инструментами. Вот список того, что вам нужно: cmake make g++ libx11-dev libgl1-mesa-dev libglu1-mesa-dev libxrandr-dev libxext-dev. Используйте sudo apt-get install ***** или su /yum install ******
- Скачайте исходники примеров и разархивируйте их в папку, например, ~/Projects/OpenGLTutorials/
- Зайдите в папку ~/Projects /OpenGLTutorials / и введите следующие команды:
- mkdir build
- cd build
- cmake ..
- Если предыдущие команды были выполнены успешно, то в папке build/ будет создан makefile
- введите «make all» и после этого будут скомпилированы все примеры и их зависимости. Если не будет никаких ошибок, то готовые исполняемые файлы будут помещены в папку ~/Projects/OpenGLTutorials/
Мне очень нравится использовать IDE QtCreator. Данная IDE умеет из коробки работать с CMake и предоставляет кучу других плюшек, таких как отладка автодополнение итд.
Инструкция по сборке проекта в QtCreator:
1. В QtCreator нажмите File->Tools->Options->Compile&Execute->CMake
2. Укажите путь к CMake. Скорее всего, это будет /usr/bin/cmake
3. File->Open Project ивыберите tutorials/CMakeLists.txt
4. Укажите build папку, папка желательно должна быть вне папки tutorials.
5. Опционально установите –DCMAKE_BUILD_TYPE=Debug в поле параметры.
6. Щелкните на молоток внизу. После этого примеры можно будет запустить из папки tutorials/
7. Чтобы запустить примеры из QtCreator выберите Projects ->Execution parameters ->Working Directory , и выберите каталог где лежат шэйдеры текстуры и модели. Для урока 2 это будет ~/opengl -tutorial /tutorial02_red_triangle/
Запуск примеров
После того, как проект будет скомпилирован, приложения можно будет запускать прямо из каталога.Если нужно запускать примеры прямо из-под IDE, воспользуйтесь инструкцией приведенной выше, чтобы правильно установить рабочий каталог.
Как проходить эти уроки
Каждый урок идет вместе с исходным кодом и данными. Все эти файлы можно найти в соответствующем каталоге tutorialXX/.
Но я рекомендую вам не менять в этих файлах ничего, они лишь для справки. Лучше играйтесь в playground/playground.cpp и изменяйте там все что захотите. Если вы что-то сломали и не можете восстановить назад, то можно вернуть этот файл просто скопировав его из любого другого урока.
Пока вы будете читать эти уроки, вам везде будут попадаться кусочки кода. Не стесняйтесь и копируйте их в playground.cpp чтобы пощупать их в действии – эксперименты, это всегда хорошо. Повторю еще раз, не просто читайте готовый код, а пробуйте его запустить. Просто читая исходники, вы не научитесь многому. Даже с простым копипастингом вы получите свой ковш проблем, решая которые, приобретете необходимый опыт.
Открываем окно
Наконец-то! OpenGL!
Хотя, придется еще немного подождать. Во всех уроках 3д операции будут выполнятся на очень низком уровне, поэтому там не будет для вас никакой магии. Однако работа с окнами и сообщениями системы не интересная и скучная, поэтому мы позволим библиотеке GLFW сделать всю грязную работу за нас. Если вам конечно очень сильно хочется, вы можете использовать Win32 Api для Windows или X11 API для Linux, или использовать что-нибудь другое, типа SFML, FreeGLUT, SDL, … почитайте страничку ссылки.
Ладно, давайте уже начнем. Начнем с того, что нам нужно подключить зависимости. Так как нам необходимо выводить сообщения на консоль, мы напишем следующее:
// Подключаем стандартные заголовки
#include
#include
Потом подключаем GLEW
// Нужно не забывать, что GLEW обязательно необходимо подключать перед gl . h или glfw . h
#include
Потом подключаем GLFW. Эта библиотека будет делать всю магию управления окнами.
#include
На данном этапе нам не нужна эта библиотека, но она содержит математические функции и вскоре нам понадобится. Никакой магии в GLM нет, и если вам сильно хочется, вы можете использовать любую другую библиотеку по работе с матрицами и векторами. Мы подключаем «using namespace» для того, чтобы писать «vec3», а не «glm::vec3»
#include
using namespace glm;
Если вы скопируете эти куски кода в playground.cpp, то компилятор начнет возмущаться, что нет функции main(). Поэтому давайте добавим:
int main(){
Сначала лучше бы инициализировать GLFW:
// Инициализируем GLFW
if(!glfwInit())
{
fprintf(stderr, "Failed to initialize GLFW\n");
return -1;
}
А теперь создадим наше OpenGL окошко:
glfwOpenWindowHint ( GLFW _ FSAA _ SAMPLES , 4); // 4 x сглаживание
glfwOpenWindowHint(GLFW_OPENGL_VERSION_MAJOR, 3); // нам нужен OpenGL 3.3
glfwOpenWindowHint(GLFW_OPENGL_VERSION_MINOR, 3);
glfwOpenWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE); // нам не нужен старый OpenGL
// Откроем окно и создадим контекст
if(!glfwOpenWindow(1024, 768, 0,0,0,0, 32,0, GLFW_WINDOW))
{
fprintf(stderr, "Failed to open GLFW window\n");
В этом разделе мы научимся создавать трехмерные изображения с помощью функций библиотеки OpenGL, для того чтобы в следующей главе разработать Windows-приложение, которое можно рассматривать как инструмент просмотра результатов научных расчетов. Материал этого раздела позволит вам постепенно войти в курс дела и овладеть очень привлекательной технологией создания и управления трехмерными изображениями. Сначала мы рассмотрим основные возможности библиотеки OpenGL, затем научимся управлять функциями OpenGL на примере простых приложений консольного типа и лишь после этого приступим к разработке Windows-приложения.
Читатель, наверное, знает, что OpenGL это оптимизированная, высокопроизводительная графическая библиотека функций и типов данных для отображения двух-и трехмерной графики. Стандарт OpenGL был утвержден в 1992 г. Он основан на библиотеке IRIS GL, разработанной компанией Silicon Graphics (www.sgi.com). OpenGL поддерживают все платформы. Кроме того, OpenGL поддержана аппаратно. Существуют видеокарты с акселераторами и специализированные SD-карты, которые выполняют примитивы OpenGL на аппаратном уровне.
Материал первой части этого урока навеян очень хорошей книгой (доступной в online-варианте) издательства Addison-Wesley "OpenGL Programming Guide, The Official Guide to Learning OpenGL". Если читатель владеет английским языком, то мы рекомендуем ее прочесть.
Подключаемые библиотеки
Microsoft-реализация OpenGL включает полный набор команд OpenGL, то есть глобальных функций, входящих в ядро библиотеки OPENGL32.LIB и имеющих префикс gl (например, glLineWidth). Заметьте, что функции из ядра библиотеки имеют множество версий, что позволяет задать желаемый параметр или настройку любым удобным вам способом. Посмотрите справку по функциям из семейства glColor*. Оказывается, что задать текущий цвет можно 32 способами. Например, функция:
Void glColorSb(GLbyte red, GLbyte green, GLbyte blue);
Определяет цвет тремя компонентами типа GLbyte, а функция:
Void glColor4dv (const GLdouble *v);
Задает его с помощью адреса массива из четырех компонентов.
С учетом этих вариантов ядро библиотеки содержит более 300 команд. Кроме того, вы можете подключить библиотеку утилит GLU32.LIB, которые дополняют основное ядро. Здесь есть функции управления текстурами, преобразованием координат, генерацией сфер, цилиндров и дисков, сплайновых аппроксимаций кривых и поверхностей (NURBS - Non-Uniform Rational B-Spline ), а также обработки ошибок. Еще одна, дополнительная (auxiliary ) библиотека GLAUX.LIB позволяет простым способом создавать Windows-окна, изображать некоторые SD-объекты, обрабатывать события ввода и управлять фоновым процессом. К сожалению, эта библиотека не документирована. Компания Microsoft не рекомендует пользоваться ею для разработки коммерческих проектов, так как она содержит код цикла обработки сообщений, в который невозможно вставить обработку других произвольных сообщений.
Примечание
Тип GLbyte эквивалентен типу signed char, a GLdouble - типу double. Свои собственные типы используются в целях упрощения переносимости на другие платформы. Список типов OpenGL мы приведем ниже. Четвертый компонент цвета определяет прозрачность цвета, то есть способ смешивания цвета фона с цветом изображения. Некоторые команды OpenGL имеют в конце символ v, который указывает, что ее аргументом должен быть адрес массива (вектора). Вектор в математике - это последовательность чисел (координат), единственным образом задающих элемент векторного пространства. Многие команды имеют несколько версий, позволяя в конечном счете задать вектор разными способами
.
Около двадцати Windows GDI-функций создано специально для работы с OpenGL. Большая часть из них имеет префикс wgl (аббревиатура от Windows GL). Эти функции являются аналогами функций с префиксом glx, которые подключают OpenGL к платформе X window System. Наконец, существует несколько Win32-функций для управления форматом пикселов и двойной буферизацией. Они применимы только для специализированных окон OpenGL.
В OpenGL переопределены стандартные типы, включая встроенные. Это сделано для переносимости программного кода на другие платформы. В принципе, нет ничего сложного, чтобы запомнить эти типы и их значения.
Например, тип GLint соответствует стандартному int:
typedef int GLint;аналогично:
typedef unsigned int GLuint; typedef float GLfloat; typedef double GLdouble; typedef void GLvoid;
Эти типы объявлены в GL.h. Имена всех этих типов начинаются с GL. Рекомендуется с функциями OpenGL использовать эти типы.
Функции OpenGL
Многие функции OpenGL - вариации друг друга, различаясь только типами данных и их аргументами. Конечно же, этого не было бы, если бы OpenGL изначально был сделан для языков, поддерживающих перегрузку функций, таких как C++.
Чтобы не было путаницы в именах функций, ввели несколько договорённостей (правил), по которым строится имя функции OpenGL.
Во-первых, все имена функций OpenGL начинаются с приставки gl. Например,
GlBegin();
glEng();
Во-вторых, если набор функций имеют одинаковый смысл и различаются только количеством и типами параметров, то имя таких функций записывают в виде:
GlОбщая_часть_имени_функции[n],
где n - количество параметров, type - тип параметров.
Например:
glVertex2d(1 .0 , 0 .5 ) ; // 2d означает: 2 параметра типа GLdouble glVertex3f(1 .0 f, 0 .5 f, 0 .0 f) ; // 3f означает: 3 параметра типа GLfloat glColor3ub(127 , 0 , 255 ) ; // 3ub означает: 3 параметра типа GLubyte
Ниже в таблице приведены значения сокращений для type:
| i | GLint |
| ui | GLuint |
| f | GLfloat |
| d | GLdouble |
| s | GLshort |
| us | GLushort |
| b | GLbyte |
| ub | GLubyte |
| v | массив |
В различных документациях по OpenGL, чтобы не перечислять все функции одного семейства, принято записывать только имя общей части всех функций семейства и в конце ставить звёздочку "*". Например, функции, задающие координаты вершин записывают так:
GlVertex*
Дополнительные сведения об OpenGL
Команды OpenGL интерпретируются моделью client/server.
Код приложения (client) выдаёт команды, которые интерпретируются и обрабатываются.
OpenGL (server) может оперировать или не оперировать на компьютере как клиент. Сервер может содержать несколько контекстов OpenGL. Клиент может подключаться к любому из этих контекстов.
Оконная система выделяет буфер кадра (frame buffer). Она определяет, какая часть буфера кадра модели может быть доступна в данное время для OpenGL, и уведомляет OpenGL, как эти порции структурированы. Поэтому OpenGL не имеет команд, конфигурирующих буфер кадра или инициализирующие OpenGL.
Дополнительные библиотеки
Помимо функций OpenGL и функций, предоставляемых операционной системой, часто для работы с OpenGL используют дополнительные библиотеки.
Библиотеки не вносят каких-либо новых возможностей в сам OpenGL. Их назначение, это упрощение кода. Библиотеки избавляют от написания программистами часто встречаемых функций.
Дополнительные библиотеки рекомендуется использовать крайне осторожно. Проблемы могут возникнуть при переносе вашего кода на другую платформу. Обычно их используют для небольших и тестовых программ. В крупных проектах от этих библиотек отказываются, оставляя предпочтение чистому OpenGL.
Наиболее известные библиотеки:
OpenGL Utility Library (glu)
Утилитная библиотека glu предоставляет функции, работающие с матрицами, с координатными системами, с кривыми и поверхностями NURBS и т.п.
Эта библиотека поставляется почти со всеми реализациями OpenGL, в частности с MS Visual C++.
Для того чтобы её использовать, нужно в исходном файле включить заголовочный файл glu.h:
#includeи включить для линковки статическую библиотеку glu32.lib в ваш проект.
Имена функций в этой утилитной библиотеки начинаются на glu, например,
GluPerspective();
OpenGL Auxiliary Library (glaux)
Вспомогательная библиотека glaux содержит функции, создающие простые трёхмерные геометрические объекты, такие как сфера, куб, параллелепипед, цилиндр, конус и пр., функции, загружающие изображения из файлов, функции, работающие с окном вывода графики и т.д.
Эта библиотека используется реже, и описание функций не включено в MSDN. Файлы для работы с библиотекой также поставляются с MS Visual C++.
Для того чтобы её использовать, нужно в исходном файле включить заголовочный файл glaux.h:
#includeи включить для линковки статическую библиотеку glaux.lib в ваш проект.
Имена функций в этой утилитной библиотеки начинаются на aux, например,
AuxSolidCube();
OpenGL Utility Toolkit (GLUT)
Независимый от оконной операционной системы инструмент для создания OpenGL программ. Предоставляет простую реализацию оконного интерфейса. Эта библиотека освобождает от инициализационных подготовок приложения, может генерировать геометрические объекты и пр.
Для того чтобы её использовать, нужно в исходном файле включить заголовочный файл glut.h и включить для линковки статическую библиотеку glut32.lib в ваш проект.
Кроме того, у вас должна быть динамически подключаемая библиотека glut32.dll.
