OpenGL繪圖相關(guān)函數(shù)實用教案

1、2021-12-2812.6 OpenGL圖形(txng)軟件包OpenGL的主要功能OpenGL的繪制流程OpenGL的基本語法OpenGL的程序(chngx)實例第1頁/共51頁第一頁，共52頁。2021-12-282OpenGL圖形(txng)軟件包p OpenGL是SGI（Silicon Graphics Inc.）公司對IRIS GL進(jìn)行(jnxng)改進(jìn)，擴(kuò)展可移植性，形成的一個跨平臺開放式圖形編程接口。p 目前，OpenGL標(biāo)準(zhǔn)由1992年成立的獨立財團(tuán)OpenGL Architecture Review Board（ARB）以投票方式產(chǎn)生，并制成規(guī)范文檔公布。第2頁/共51頁第

2、二頁，共52頁。2021-12-283OpenGL的主要(zhyo)功能模型繪制模型觀察顏色模式光照(gungzho)應(yīng)用圖像效果增強(qiáng)位圖和圖像處理紋理映射實時動畫交互技術(shù)第3頁/共51頁第三頁，共52頁。2021-12-284OpenGL的繪制流程工作(gngzu)方式一個完整的窗口(chungku)系統(tǒng)的OpenGL圖形處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為：最底層為圖形硬件，第二層為操作系統(tǒng)，第三層為窗口(chungku)系統(tǒng)，第四層為OpenGL，最上面的層為應(yīng)用軟件。圖2.34 OpenGL圖形處理系統(tǒng)在計算機(jī)系統(tǒng)中的層次結(jié)構(gòu)第4頁/共51頁第四頁，共52頁。2021-12-285OpenGL的繪制(hu

3、zh)流程流水線圖2.35 一條簡化的OpenGL繪制流水線包括命令、頂點數(shù)據(jù)和紋理等數(shù)據(jù)的OpenGL命令將放在命令緩沖區(qū)中，對幾何頂點數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的變換、光照計算并進(jìn)行投影后進(jìn)入光柵化流程，根據(jù)幾何形狀、顏色及紋理數(shù)據(jù)生成(shn chn)圖像的幀緩存地址和像素點值，結(jié)果置入幀緩沖存儲器中。注意：只有當(dāng)緩沖區(qū)被清空時，緩沖區(qū)中的命令(mng lng)和數(shù)據(jù)才會傳遞給流水線的下一個階段，OpenGL命令(mng lng)才會得到執(zhí)行。第5頁/共51頁第五頁，共52頁。2021-12-286OpenGL的基本語法(yf)相關(guān)庫OpenGL核心(hxn)庫：gl 115個函數(shù)OpenGL實用程序

4、庫： glu 43個函數(shù)OpenGL編程輔助庫：aux 31個函數(shù)OpenGL實用程序工具包（OpenGL utility toolkit，GLUT）：glut 30多個函數(shù)Windows專用庫：wgl 6個函數(shù)第6頁/共51頁第六頁，共52頁。2021-12-287OpenGL的基本語法(yf)命名規(guī)則 OpenGL函數(shù)都遵循一個命名約定，即采用以下格式： 例如函數(shù)glColor3f()，gl表示這個函數(shù)來自庫gl.h，根命令(mng lng)Color表示該函數(shù)用于顏色設(shè)定，3f表示這個函數(shù)采用了三個浮點數(shù)參數(shù)。 符號常量的表示：GL開頭，下劃線（_）分開，大寫。 例如：GL_RGB，GL

5、_POLYGON等第7頁/共51頁第七頁，共52頁。2021-12-288OpenGL的基本(jbn)語法數(shù)據(jù)類型OpenGL數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型內(nèi)部表示法內(nèi)部表示法定義為定義為C類型類型C字面值后綴字面值后綴GLbyte8位整數(shù)signed charBGLshort16位整數(shù)shortSGLint，GLsizei32位整數(shù)longLGLfloat，GLclampf32位浮點數(shù)floatFGLdouble，GLclampd64位浮點數(shù)doubleDGLubyte，GLboolean8位無符號整數(shù)unsigned charUbGLshort16位無符號整數(shù)unsigned shortUsGLuint

6、，GLenum，GLbitfield32位無符號整數(shù)unsigned longUi表2.2 OpenGL的數(shù)據(jù)類型第8頁/共51頁第八頁，共52頁。2021-12-289OpenGL程序(chngx)實例頭文件包含利用OpenGL實現(xiàn)圖形繪制，首先要引入OpenGL核心庫以及(yj)其他需要使用的庫的頭文件。glut保證了gl.h和glu.h被正確包含。 #include #include 第9頁/共51頁第九頁，共52頁。2021-12-2810OpenGL程序(chngx)實例窗口管理初始化（glutInit ）創(chuàng)建窗口（glutCreateWindow）設(shè)定窗口的顯示模式(msh)（gl

7、utInitDisplayMode）指定窗口的位置和大小（glutInitWindowPosition和glutInitWindowSize ）指定窗口的顯示內(nèi)容函數(shù)（glutDisplayFunc）運行框架（glutMainLoop）第10頁/共51頁第十頁，共52頁。2021-12-2811OpenGL程序?qū)嵗L制(huzh)圖形指定窗口背景色（ glClearColor）顏色管理，使用RGB顏色模型。一種顏色用紅、綠、藍(lán)三種顏色成分混合(hnh)而成，每種顏色成分使用0.0到1.0之間的任意有效浮點數(shù)來表示顏色值（見下頁）。第11頁/共51頁第十一頁，共52頁。2021-12-2812O

8、penGL程序?qū)嵗L制(huzh)圖形混合色紅色成分（R）綠色成分（G）藍(lán)色成分（B）黑0.00.00.0紅1.00.00.0綠0.01.00.0黃1.01.00.0藍(lán)0.00.01.0紫1.00.01.0青0.01.01.0深灰0.250.250.25淺灰0.750.750.75棕0.600.400.12南瓜橙0.980.6250.12粉紅0.980.040.70紫紅0.600.400.70白1.01.01.0表2.2 OpenGL的一些(yxi)常用混合色第12頁/共51頁第十二頁，共52頁。2021-12-2813OpenGL程序(chngx)實例繪制圖形刷新窗口的緩沖區(qū) glClear

9、(GL_COLOR_BUFFER_BIT)；設(shè)定投影參數(shù)(將三維圖形(txng)投影到顯示窗口) glMatrixMode(GL_PROJECTION); gluOrtho2D(0.0,200.0,0.0,150.0);繪制圖形(txng) glRectf(50.0f, 100.0f, 150.0f, 50.0f);第13頁/共51頁第十三頁，共52頁。2021-12-2814第三章第14頁/共51頁第十四頁，共52頁。2021-12-28153.4 OpenGL3.4 OpenGL實現(xiàn)實現(xiàn)(shxin)(shxin)橡皮筋橡皮筋技術(shù)技術(shù)橡皮筋技術(shù)的實現(xiàn)方法利用顏色的異或操作，對原有圖形(tx

10、ng)并不是擦除，而是再繪制一條同樣的直線段并與原圖形(txng)進(jìn)行異或操作，此時原圖形(txng)會從屏幕上消失；利用雙緩存技術(shù)，繪制圖形(txng)時分別繪制到兩個緩存，交替顯示。第15頁/共51頁第十五頁，共52頁。2021-12-2816OpenGLOpenGL實現(xiàn)實現(xiàn)(shxin)(shxin)橡皮筋技術(shù)橡皮筋技術(shù)鼠標(biāo)實現(xiàn)(shxin)鼠標(biāo)響應(yīng)函數(shù) glutMouseFunc鼠標(biāo)移動相應(yīng)函數(shù) glutMotionFunc glutPassiveMotionFunc第16頁/共51頁第十六頁，共52頁。2021-12-2817鍵盤實現(xiàn)(shxin)鍵盤相應(yīng)函數(shù) glutKeyboar

11、dFuncOpenGL實現(xiàn)(shxin)橡皮筋技術(shù)第17頁/共51頁第十七頁，共52頁。2021-12-28183.5 OpenGL3.5 OpenGL實現(xiàn)拾取實現(xiàn)拾取(shq)(shq)操作操作 設(shè)置拾取緩沖區(qū) void glSelectBuffer(GLsizei n,GLunint *buff); 進(jìn)入選擇(xunz)模式 GLint glRenderMode(GLenum mode);第18頁/共51頁第十八頁，共52頁。2021-12-281919OpenGLOpenGL實現(xiàn)實現(xiàn)(shxin)(shxin)拾取操作拾取操作名字(mng zi)堆棧操作初始化名字(mng zi)堆棧（g

12、lInitNames）將一個名字(mng zi)壓入堆棧（glPushName）替換名字(mng zi)堆棧的棧頂元素（glLoadName）將棧頂元素彈出（glPopName）第19頁/共51頁第十九頁，共52頁。2021-12-282020設(shè)置合適的變換(binhun)過程 gluPickMatrix(xPick,yPick,widthPick, heightPick,*vp);為每個圖元分配名字并繪制切換回渲染模式分析選擇緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)OpenGL實現(xiàn)(shxin)拾取操作第20頁/共51頁第二十頁，共52頁。2021-12-28213.6 OpenGL3.6 OpenGL中的菜單中的菜

13、單(ci dn)(ci dn)功能功能菜單注冊(zhc)函數(shù) glutCreateMenu(ProcessMenu);在菜單中加入菜單項 void glutAddMenuEntry(char *name, GLint value);將菜單與某個鼠標(biāo)按鍵關(guān)聯(lián) void glutAttachMenu(button);第21頁/共51頁第二十一頁，共52頁。2021-12-2822第四章第22頁/共51頁第二十二頁，共52頁。2021-12-2823OpenGLOpenGL中層次模型的實現(xiàn)中層次模型的實現(xiàn)(shxin)(shxin)o 顯示列表的創(chuàng)建(chungjin)o glNewList( li

14、stID, listMode );o glutSolidCube(2.0);oo glEndList();o 顯示列表的執(zhí)行o void glListBase(GLuint offsetValue);第23頁/共51頁第二十三頁，共52頁。2021-12-2824o 多級顯示列表o OpenGL支持創(chuàng)建多級顯示列表，即在glNewList和glEndLsit函數(shù)對之間允許調(diào)用glCallList函數(shù)來執(zhí)行其他(qt)顯示列表。o 顯示列表的刪除o void glDeleteLists(GLuint listID, GLsizei range);OpenGL中層次模型的實現(xiàn)(shxin)第24頁

15、/共51頁第二十四頁，共52頁。2021-12-282525GLUT庫中的多面體函數(shù)(hnsh)OpenGL中的實體模型函數(shù)(hnsh)函數(shù)函數(shù)說明說明glutSolidTetrahedron( )glutWireTetrahedron( )繪制中心位于世界坐標(biāo)系原點的實心四面體和線框四面體，四面體繪制中心位于世界坐標(biāo)系原點的實心四面體和線框四面體，四面體的半徑為的半徑為 。glutSolidCube(size)glutWireCube(size)繪制中心位于世界坐標(biāo)系原點的實心立方體和線框立方體，立方體繪制中心位于世界坐標(biāo)系原點的實心立方體和線框立方體，立方體的半徑為的半徑為size，siz

16、e是一個雙精度浮點值。是一個雙精度浮點值。glutSolidOctahedron ( )glutWireOctahedron ( )繪制中心位于世界坐標(biāo)系原點的實心八面體和線框八面體，八面體繪制中心位于世界坐標(biāo)系原點的實心八面體和線框八面體，八面體的半徑為的半徑為1.0。glutSolidDodecahedron( )glutWireDodecahedron( )繪制中心位于世界坐標(biāo)系原點的實心繪制中心位于世界坐標(biāo)系原點的實心12面體和線框面體和線框12面體，面體，12面體面體的半徑為的半徑為 。glutSolidIcosahedron( )glutWireIcosahedron( )繪制中心

17、位于世界坐標(biāo)系原點的實心繪制中心位于世界坐標(biāo)系原點的實心20面體和線框面體和線框20面體，面體，20面體面體的半徑為的半徑為1.0。表4.1 GLUT生成(shn chn)規(guī)則多面體的函數(shù)第25頁/共51頁第二十五頁，共52頁。2021-12-282626GLUT庫中的二、三次曲面繪制實體(sht)或線框球面 void glutSolidSphere/glutWireSphere (GLdouble radius, GLint slices, GLint stacks);繪制實體(sht)或線框圓錐面 void glutSolidCone/glutWireCone (GLdouble radi

18、us, GLdouble height, GLint slices, GLint stacks);OpenGL中的實體模型函數(shù)(hnsh)第26頁/共51頁第二十六頁，共52頁。2021-12-282727繪制實體(sht)或線框圓環(huán) void glutSolidTorus/ glutWireTorus(GLdouble innerRadius, GLdouble outerRadius, GLint slices,GLint stacks);繪制實體(sht)或線框茶壺 void glutSolidTeapot/glutWireTeapot (GLdouble size);OpenGL中的實

19、體模型函數(shù)(hnsh)第27頁/共51頁第二十七頁，共52頁。2021-12-282828GLU二次曲面函數(shù)(hnsh)定義一個二次曲面 GLUquadricObj *sphere;激活二次曲面繪制器 sphere = gluNewQuadric( );指定二次曲面的繪制方式 gluQuadricDrawStyle(sphere, GLU_LINE); OpenGL中的實體模型函數(shù)(hnsh)第28頁/共51頁第二十八頁，共52頁。2021-12-282929 繪制(huzh)二次曲面gluSphere(sphere, radius, slices, stacks);gluCylinder(s

20、phere,baseRadius,topRadius, height, slices, stacks)；gluDisk(sphere,innerRadius,outerRadius, slices, stacks)； OpenGL中的實體模型函數(shù)(hnsh)第29頁/共51頁第二十九頁，共52頁。2021-12-28304.3 非規(guī)則對象非規(guī)則對象(duxing)的表示的表示 分形分形(fn xn)幾何幾何 形狀語法形狀語法 基于分?jǐn)?shù)維理論的隨機(jī)模型基于分?jǐn)?shù)維理論的隨機(jī)模型 基于物理的模型基于物理的模型 粒子系統(tǒng)模型粒子系統(tǒng)模型 數(shù)據(jù)場可視化數(shù)據(jù)場可視化第30頁/共51頁第三十頁，共52頁。2

21、021-12-2831OpenGLOpenGL中層次模型的實現(xiàn)中層次模型的實現(xiàn)(shxin)(shxin)o 顯示(xinsh)列表的創(chuàng)建o glNewList( listID, listMode );o glutSolidCube(2.0);oo glEndList();o 顯示(xinsh)列表的執(zhí)行o void glListBase(GLuint offsetValue);第31頁/共51頁第三十一頁，共52頁。2021-12-2832o 多級顯示列表o OpenGL支持創(chuàng)建多級顯示列表，即在glNewList和glEndLsit函數(shù)(hnsh)對之間允許調(diào)用glCallList函數(shù)(h

22、nsh)來執(zhí)行其他顯示列表。o 顯示列表的刪除o void glDeleteLists(GLuint listID, GLsizei range);OpenGL中層次模型的實現(xiàn)(shxin)第32頁/共51頁第三十二頁，共52頁。2021-12-2833第五章第33頁/共51頁第三十三頁，共52頁。2021-12-28345.8 在OpenGL中繪圖(hu t)p點的繪制(huzh)p直線的繪制(huzh)p多邊形面的繪制(huzh)pOpenGL中的字符函數(shù)pOpenGL中的反走樣第34頁/共51頁第三十四頁，共52頁。2021-12-2835點的繪制(huzh)p點的繪制(huzh)p g

23、lBegin(GL_POINTS)；p glVertex3f(0.0f, 0.0f, 0.0f);p glVertex3f(10.0f, 0.0f, 0.0f);p glEnd()；p點的屬性（大小）p void glPointSize(GLfloat size)；第35頁/共51頁第三十五頁，共52頁。2021-12-2836（a）GL_LINES畫線模式(msh) （b）GL_LINE_STRIP畫線模式(msh) （c）GL_LINE_LOOP畫線模式(msh)圖5-57 OpenGL畫線模式(msh)直線(zhxin)的繪制p直線(zhxin)的繪制模式pGL_LINESpGL_LIN

24、E_STRIPpGL_LINE_LOOP第36頁/共51頁第三十六頁，共52頁。2021-12-2837直線(zhxin)的繪制p直線(zhxin)的屬性p線寬p void glLineWidth(GLfloat width)p線型p glEnable(GL_LINE_STIPPLE)；p glLineStipple(GLint factor，GLushort pattern)；第37頁/共51頁第三十七頁，共52頁。2021-12-2838直線(zhxin)的繪制圖5-58 畫線模式(msh)用于構(gòu)造線段第38頁/共51頁第三十八頁，共52頁。2021-12-2839多邊形面的繪制(huzh

25、)p三角形面的繪制(huzh)pGL_TRIANGLESpGL_TRIANGLE_STRIPpGL_TRIANGLE_FANp四邊形面的繪制(huzh)pGL_QUADSpGL_QUADS_STRIPp多邊形面的繪制(huzh)（GL_POLYGON）第39頁/共51頁第三十九頁，共52頁。2021-12-2840多邊形面的繪制(huzh)p多邊形面的繪制規(guī)則p所有多邊形都必須是平面的。p多邊形的邊緣決不能相交，而且多邊形必須是凸的。p解決：對于非凸多邊形，可以把它分割成幾個凸多邊形（通常(tngchng)是三角形），再將它繪制出來。第40頁/共51頁第四十頁，共52頁。2021-12-284

26、1多邊形面的繪制(huzh)p問題：輪廓(lnku)圖形狀態(tài)會看到組成大表面的所有小三角形。處理OpenGL提供了一個特殊標(biāo)記來處理這些邊緣，稱為邊緣標(biāo)記。p glEdgeFlag（True）p glEdgeFlag（False）41第41頁/共51頁第四十一頁，共52頁。2021-12-2842多邊形面的屬性(shxng)p多邊形面的正反屬性（繞法）p 指定(zhdng)頂點時順序和方向的組合稱為“繞法”。繞法是任何多邊形圖元的一個重要特性。一般默認(rèn)情況下，OpenGL認(rèn)為逆時針繞法的多邊形是正對著的。 p glFrontFace(GL_CW)；第42頁/共51頁第四十二頁，共52頁。202

27、1-12-2843多邊形面的屬性(shxng)p多邊形面的顏色pglShadeModel(GL_FLAT) 用指定多邊形最后一個(y )頂點時的當(dāng)前顏色作為填充多邊形的純色，唯一例外是GL_POLYGON圖元，它采用的是第一個(y )頂點的顏色。p glShadeModel(GL_SMOOTH) 從各個頂點給三角形投上光滑的陰影，為各個頂點指定的顏色之間進(jìn)行插值。第43頁/共51頁第四十三頁，共52頁。2021-12-2844多邊形面的屬性(shxng)p多邊形面的顯示模式p glPolygonMode(GLenum face，GLenum mode)；p參數(shù)face用于指定多邊形的哪一個面受

28、到模式改變(gibin)的影響。p參數(shù)mode用于指定新的繪圖模式。44第44頁/共51頁第四十四頁，共52頁。2021-12-2845多邊形面的屬性(shxng)p多邊形面的填充p 多邊形面既可以(ky)用純色填充，也可以(ky)用3232的模板位圖來填充。p void glPolygonStipple(const GLubyte *mask); glEnable(GL_POLYGON_STIPPLE);45第45頁/共51頁第四十五頁，共52頁。2021-12-2846多邊形面的屬性(shxng)p多邊形面的法向量p法向量是垂直于面的方向上點的向量，它確定(qudng)了幾何對象在空間中的

29、方向。p在OpenGL中，可以為每個頂點指定法向量。p void glNormal3bsidf (TYPE nx, TYPE ny, TYPE nz);p void glNormal3bsidfv (const TYPE* v);46第46頁/共51頁第四十六頁，共52頁。2021-12-2847OpenGL中的字符(z f)函數(shù)pGLUT位圖字符(z f)p void glutBitmapCharacter(void *font, int character);pGLUT矢量字符(z f)p void glutStrokeCharacter(void *font, int character);47第47頁/共51頁第四十七頁，共52頁。2021-12-2848OpenGL中的反走樣(zu yng)p啟用反走樣p glEnable(primitiveType);p啟用OpenGL顏色混和并指定(zhdng)顏色混合函數(shù)p glEnable(GL_BLEND);p glBlendFunc(GL_SCR