圖形編程網(wǎng)格化曲線曲面與實(shí)體造型陳永強(qiáng)市公開課特等獎(jiǎng)市賽課微課一等獎(jiǎng)?wù)n件

1OpenGL圖形編程武漢紡織大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)學(xué)院講課教師：陳永強(qiáng)教授第1頁(yè)4.網(wǎng)格化曲線曲面與實(shí)體造型4.1網(wǎng)格化4.2曲線曲面4.3實(shí)體第2頁(yè)4.1網(wǎng)格化OpenGL只能直接顯示簡(jiǎn)單凸多邊形。簡(jiǎn)單凸多邊形就是多邊形邊只在頂點(diǎn)處相交，沒有重復(fù)頂點(diǎn)，而且任何頂點(diǎn)都只有兩條邊相遇。假如需要顯示凹多邊形、中間有洞多邊形或者含有相交邊多邊形，就必須分解為簡(jiǎn)單凸多邊形，即網(wǎng)格化。第3頁(yè)4.1網(wǎng)格化復(fù)雜多邊形網(wǎng)格化步驟：創(chuàng)建一個(gè)網(wǎng)格化對(duì)象注冊(cè)在網(wǎng)格化期間執(zhí)行操作回調(diào)函數(shù)指定網(wǎng)格化屬性指定一個(gè)或多個(gè)封閉多邊形組成輪廓，以創(chuàng)建并渲染分割后多邊形刪除網(wǎng)格化對(duì)象第4頁(yè)4.1網(wǎng)格化創(chuàng)建網(wǎng)格化對(duì)象GLUtesselator*gluNewTess(void);函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)網(wǎng)格化對(duì)象，并返回一個(gè)指向該對(duì)象指針，假如創(chuàng)建失敗則返回NULL指針。第5頁(yè)4.1網(wǎng)格化網(wǎng)格化回調(diào)函數(shù)voidglTessCallback(GLUtesselator*tessobj,GLenumtype,void(*fn)());函數(shù)將回調(diào)函數(shù)fn與網(wǎng)格化對(duì)象tessobj關(guān)聯(lián)起來，類型由參數(shù)type指定。第6頁(yè)4.1網(wǎng)格化網(wǎng)格化屬性voidgluTessProperty(GLUtesselator*tessobj,GLenumproperty,GLdoublevalue);函數(shù)設(shè)置網(wǎng)格化對(duì)象tessobjproperty屬性，其值設(shè)為value。最主要最復(fù)雜是圍繞規(guī)則，決定了多邊形“內(nèi)部”和“外部”。第7頁(yè)4.1網(wǎng)格化定義多邊形voidglTessBeginPolygon(GLUtesselator*tessobj,void*user_data);voidglTessEndPolygon(GLUtesselator*tessobj);

此對(duì)函數(shù)將多邊形同網(wǎng)格對(duì)象tessobj關(guān)聯(lián)起來，參數(shù)user_data指向用戶定義數(shù)據(jù)。能夠定義一條或多條輪廓線。voidglTessBeginContour(GLUtesselator*tessobj);voidglTessEndContour(GLUtesselator*tessobj);此對(duì)函數(shù)指定一條封閉輪廓線，默認(rèn)將輪廓線中最終一個(gè)頂點(diǎn)和第一頂點(diǎn)相連。voidgluTessVertex(GLUtesselator*tessobj,GLdoublecoords[3],void*vertex_data);函數(shù)指定輪廓線一個(gè)頂點(diǎn)。第8頁(yè)4.1網(wǎng)格化刪去網(wǎng)格化對(duì)象voidgluDeleteTess(GLUtesselator*tessobj);刪去網(wǎng)格化對(duì)象tessobj,并釋放其占用內(nèi)存。第9頁(yè)4.1網(wǎng)格化例子紅皮書tess.c第10頁(yè)114.2曲線曲面4.2.1Bezier曲線曲面4.2.2B樣條曲線曲面第11頁(yè)124.2.1Bezier曲線曲面Bezier曲線Bezier曲線求值函數(shù)：voidglMap1{fd}(GLenumtarget,TYPEt1,TYPEt2,GLintstride,GLintorder,constTYPE*points);參數(shù)target給出控制點(diǎn)數(shù)組表示內(nèi)容，普通取GL_MAP1_VERTEX_3,表示控制點(diǎn)數(shù)組存放控制點(diǎn)三維點(diǎn)坐標(biāo)。參數(shù)t1,t2表示Bezier曲線參數(shù)t最小和最大值，普通為0.0和1.0。參數(shù)stride表數(shù)組points中一個(gè)坐標(biāo)位置到另一個(gè)坐標(biāo)位置偏移量，對(duì)三維坐標(biāo)數(shù)組，stride=3。參數(shù)order指定Bezier曲線階數(shù)。參數(shù)points為指向控制點(diǎn)數(shù)組指針。第12頁(yè)134.2.1Bezier曲線曲面Bezier曲線生成步驟1.指定控制點(diǎn)坐標(biāo)；2.設(shè)定求值函數(shù)；3.激活求值函數(shù)glEnable(GL_MAP1_VERTEX_3)4.計(jì)算沿樣條路徑位置并顯示曲線voidglEvalCoord1{fd}(TYPEt);第13頁(yè)144.2.1Bezier曲線曲面Bezier曲線生成步驟第4步還能夠用以下函數(shù)來生成一組均勻分布參數(shù)值，顯示曲線//指定曲線參數(shù)t從t1開始經(jīng)過n步均勻地變?yōu)閠2。glMapGrid1{fd}(GLintn,TYPEt1,TYPEt2);

//指定從第n1個(gè)到第n2個(gè)參數(shù)（由glMapGrid1算出）繪制glEvalMesh1(GLenummode,GLintn1,GLintn2);參數(shù)mode取值為GL_POINT或GL_LINE,表示以點(diǎn)或折線形式顯示曲線第14頁(yè)154.2.1Bezier曲線曲面Bezier曲面Bezier曲面求值函數(shù)：

voidglMap2{fd}(GLenumtarget,TYPEu1,TYPEu2,GLintustride,GLintuorder,TYPEv1,TYPEv2,GLintvstride,GLintvorder,constTYPE*points);參數(shù)u1,u2,v1,v2分別表示Bezier曲面參數(shù)u和v最大最小值。參數(shù)ustride和vstride分別表示數(shù)組points中相鄰控制點(diǎn)偏移量。參數(shù)uorder和vorder指定Bezier曲面階數(shù)。參數(shù)points為指向控制點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)組指針。第15頁(yè)164.2.1Bezier曲線曲面Bezier曲面生成步驟1.指定控制點(diǎn)坐標(biāo)；2.設(shè)定求值函數(shù)；3.激活求值函數(shù)glEnable(GL_MAP2_VERTEX_3)4.計(jì)算沿樣條路徑位置并顯示曲面glEvalCoord2{fd}(TYPEu,TYPEv)；第16頁(yè)174.2.1Bezier曲線曲面Bezier曲面生成步驟第4步還能夠用以下函數(shù)來生成一組均勻分布參數(shù)值，顯示曲面glMapGrid2{fd}(GLintnu,TYPEu1,TYPEu2,GLintnv,TYPEv1,TYPEv2);glEvalMesh2(GLenummode,GLintnu1,GLintnu2,GLintnv1,GLintnv2);參數(shù)mode取值為GL_POINT、GL_LINE和GL_FILL,表示以點(diǎn)、折線或填充面形式顯示曲面第17頁(yè)4.2.1Bezier曲線曲面例子教材【程序8-2】紅皮書bezcurve.cbezsurf.cbezmesh.ctexturesurf.c第18頁(yè)194.2.2B樣條曲線曲面在GLU庫(kù)中，提供B樣條曲線曲面接口程序稱為“NURBS”函數(shù)，但能夠用來生成既不是非均勻也不是有理B樣條?！癗URBS”函數(shù)能夠顯示含有均勻結(jié)點(diǎn)間隔多項(xiàng)式B樣條，還能夠用來生成Bezier樣條、有理或非有理樣條等。第19頁(yè)204.2.2B樣條曲線曲面NURBS曲線曲面繪制步驟：1.光照；2.指定NURBS對(duì)象；3.設(shè)置NURBS對(duì)象屬性；4.錯(cuò)誤通知；5.創(chuàng)建NURBS曲線曲面。第20頁(yè)214.2.2B樣條曲線曲面1.光照假如要對(duì)NURBS曲面應(yīng)用光照，能夠調(diào)用函數(shù)使曲面自動(dòng)生成面法線。

glEnable(GL_AUTO_NORMAL);也能夠自己計(jì)算面法線。第21頁(yè)224.2.2B樣條曲線曲面2.指定NURBS對(duì)象指定一個(gè)NURBS對(duì)象，這個(gè)對(duì)象既能夠是曲線也能夠是曲面，然后使用函數(shù)GLUnurbsObj*

gluNewNurbsRenderer(void);創(chuàng)建一個(gè)指向該對(duì)象指針，方便在創(chuàng)建時(shí)使用。第22頁(yè)234.2.2B樣條曲線曲面2.指定NURBS對(duì)象詳細(xì)程序：

GLUnurbsObj*curveName;curveName=gluNewNurbsRenderer();假如系統(tǒng)沒有足夠存放容量來存放NURBS對(duì)象，gluNewNurbsRenderer函數(shù)會(huì)返回0值。第23頁(yè)244.2.2B樣條曲線曲面2.指定NURBS對(duì)象當(dāng)NURBS對(duì)象不需要再使用時(shí)，能夠使用函數(shù)刪除NURBS對(duì)象。gluDeleteNurbsRenderer(curveName);刪除名為curveNameNURBS對(duì)象。第24頁(yè)254.2.2B樣條曲線曲面3.設(shè)置NURBS對(duì)象屬性設(shè)置NURBS對(duì)象屬性，包含用于渲染多邊形最大尺寸或線段最大長(zhǎng)度。

voidgluNurbsProperty(GLUnurbsObj*nobj,GLenumproperty,GLfloatvalue);參數(shù)nobj指定需要設(shè)置屬性對(duì)象。參數(shù)property指定設(shè)置屬性名稱。參數(shù)value指定屬性值。第25頁(yè)264.2.2B樣條曲線曲面3.設(shè)置NURBS對(duì)象屬性Property屬性名稱與參數(shù)value取值以下屬性名稱為GLU_DISPLAY_MODE，指定顯示模式時(shí)：value默認(rèn)值為GLU_FILL，表已填充方式顯示曲面對(duì)象；Value值為GLU_OUTLINE_POLYGON，表以網(wǎng)格多邊形輪廓方式顯示曲面；Value值為GLU_OUTLINE_PATCH，不顯示網(wǎng)格多邊形，僅顯示曲面輪廓，包含指定修剪曲線。第26頁(yè)274.2.2B樣條曲線曲面3.設(shè)置NURBS對(duì)象屬性Property屬性名稱與參數(shù)value取值以下屬性名稱為GLU_NURBS_MODE，指定NURBS曲線曲面模式時(shí)：value默認(rèn)值為GLU_NURBS_RENDERER，表只對(duì)曲面進(jìn)行繪制而不在回調(diào)中產(chǎn)生網(wǎng)格數(shù)據(jù)；Value值為GLU_NURBS_TESSELLATOR，表返回經(jīng)過網(wǎng)格化處理得到數(shù)據(jù)。第27頁(yè)284.2.2B樣條曲線曲面3.設(shè)置NURBS對(duì)象屬性Property屬性名稱與參數(shù)value取值以下屬性名稱為GLU_CULLING，用于確定是否剔除操作：value為GLU_TRUE，啟用剔除功效，使得曲面對(duì)象假如在觀察空間之外將不執(zhí)行網(wǎng)格化，以提升性能；Value為GLU_FALSE，不啟用剔除功效。第28頁(yè)294.2.2B樣條曲線曲面3.設(shè)置NURBS對(duì)象屬性Property屬性名稱與參數(shù)value取值以下屬性名稱為GLU_SAMPLING_METHOD，指定NURBS對(duì)象怎樣網(wǎng)格化：Value默認(rèn)值為GLU_PATH_LENGTH，指定網(wǎng)格化得到多邊形最大邊長(zhǎng)（單位為象素）不能超出屬性GLU_SAMPLING_TOLERANCE值；Value為GLU_PARAMETRIC_ERROR，指定網(wǎng)格化得到多邊形與原來曲線曲面距離（單位為象素）不能超出GLU_PARAMETRIC_TOLERANCE值；Value為GLU_OBJECT_PATH_LENGTH和GLU_OBJECT_PARAMETRIC_ERROR時(shí)，與前類似，只是距離單位不是象素，而是物體空間坐標(biāo)單位長(zhǎng)度；Value為GLU_DOMAIN_DISTANCE，在u和v方向上分別依據(jù)屬性GLU_U_STEP和GLU_V_STEP值決定每個(gè)單位長(zhǎng)度內(nèi)有多少個(gè)樣本點(diǎn)。第29頁(yè)304.2.2B樣條曲線曲面3.設(shè)置NURBS對(duì)象屬性Property屬性名稱與參數(shù)value取值以下屬性名稱為GLU_SAMPLING_TOLERENCE，參數(shù)value指定經(jīng)網(wǎng)格化處理得到多邊形最大邊長(zhǎng)；屬性名稱為GLU_PARAMETRIC_TOLERENCE，參數(shù)value指定經(jīng)網(wǎng)格化處理得到多邊形與原來曲線之間最大距離；以上兩個(gè)屬性將依據(jù)屬性GLU_SAMPLING_METHOD確定邊長(zhǎng)單位是象素還是物體空間坐標(biāo)長(zhǎng)度。第30頁(yè)314.2.2B樣條曲線曲面3.設(shè)置NURBS對(duì)象屬性Property屬性名稱與參數(shù)value取值以下屬性名稱為GLU_U_STEP和GLU_V_STEP，參數(shù)value指定在u或v方向上每單位長(zhǎng)度內(nèi)有多少采樣點(diǎn)，其默認(rèn)值為100。注意是，采樣方式應(yīng)該置為GLU_DOMAIN_DISTANCE。第31頁(yè)324.2.2B樣條曲線曲面3.設(shè)置NURBS對(duì)象屬性Property屬性名稱與參數(shù)value取值以下屬性名稱為GLU_AUTO_LOAD_MATRIX，參數(shù)value值為GL_TRUE時(shí)從OpenGL服務(wù)器上下載用于觀察、投影和視區(qū)變換矩陣；不然，假如該值為GL_FALSE，則必須使用函數(shù)gluLoadSamplingMatrices（）來提供這些矩陣。函數(shù)gluLoadSamplingMatrices()原型為VoidgluLoadSamplingMatrices(GLUnurbsObj*nobj,constGLfloatmodelMatrix[16],constGLfloatprojMatrix[16],constGlintviewport[4]);第32頁(yè)334.2.2B樣條曲線曲面3.設(shè)置NURBS對(duì)象屬性取得NURBS屬性值，使用函數(shù)voidgluGetNurbsProperty(GLUnurbsObj*nobj,GLenumproperty,GLfloat*value);經(jīng)過參數(shù)value返回NURBS對(duì)象nobjproperty屬性值。第33頁(yè)344.2.2B樣條曲線曲面4.錯(cuò)誤通知調(diào)用函數(shù)voidgluNurbsCallback(GLUnurbsObj*nobj,GLenumwhich,void(*fn)(GLenumerrorCode));將函數(shù)fn注冊(cè)為錯(cuò)誤回調(diào)函數(shù)。參數(shù)which指定回調(diào)函數(shù)類型，對(duì)于錯(cuò)誤檢驗(yàn)，其取值為GLU_ERROR。當(dāng)NURBS函數(shù)檢測(cè)到錯(cuò)誤時(shí)，將使用錯(cuò)誤代碼作為唯一參數(shù)調(diào)用函數(shù)fn。errorCode取值為37種錯(cuò)誤條件，能夠使用函數(shù)gluErrorString(errorCode)取得錯(cuò)誤代碼含義。第34頁(yè)354.2.2B樣條曲線曲面5.創(chuàng)建NURBS曲線曲面

曲線在

voidgluBeginCurve(GLUnurbsObj*nobj); voidgluEndCurve(GLUnurbsObj*nobj);之間一次或?qū)掖握{(diào)用函數(shù)gluNurbsCurve()：第35頁(yè)4.2.2B樣條曲線曲面5.創(chuàng)建NURBS曲線曲面曲線voidgluNurbsCurve(GLUnurbsObj*nobj,GLintuknot_count,GLfloat*ukont,GLintu_stride,GLfloat*ctlarray,GLintuorder,GLenumtype);第36頁(yè)374.2.2B樣條曲線曲面5.創(chuàng)建NURBS曲線曲面

曲面：在

voidgluBeginSurface(GLUnurbsObj*nobj);voidgluEndSurface(GLUnurbsObj*nobj);之間調(diào)用gluNurbsSurface()

：第37頁(yè)4.2.2B樣條曲線曲面5.創(chuàng)建NURBS曲線曲面

曲面：voidgluNurbsSurface(GLUnurbsObj*nobj,GLintuknot_count,GLfloat*ukont,GLintvknot_count,GLfloat*vkont,GLintu_stride,GLintv_stride,GLfloat*ctlarray,GLintuorder,GLintvorder,GLenumtype);第38頁(yè)4.2.2B樣條曲線曲面例子教材【程序8-4】紅皮書surface.c第39頁(yè)401.GLUT庫(kù)中多面體函數(shù)4.3實(shí)體函數(shù)說明glutSolidTetrahedron()glutWireTetrahedron()繪制中心位于世界坐標(biāo)系原點(diǎn)實(shí)心四面體和線框四面體，四面體半徑為。glutSolidCube(size)glutWireCube(size)繪制中心位于世界坐標(biāo)系原點(diǎn)實(shí)心立方體和線框立方體，立方體半徑為size，size是一個(gè)雙精度浮點(diǎn)值。glutSolidOctahedron()glutWireOctahedron()繪制中心位于世界坐標(biāo)系原點(diǎn)實(shí)心八面體和線框八面體，八面體半徑為1.0。glutSolidDodecahedron()glutWireDodecahedron()繪制中心位于世界坐標(biāo)系原點(diǎn)實(shí)心12面體和線框12面體，12面體半徑為。glutSolidIcosahedron()glutWireIcosahedron()繪制中心位于世界坐標(biāo)系原點(diǎn)實(shí)心20面體和線框20面體，20面體半徑為1.0。表4.1GLUT生成規(guī)則多面體函數(shù)第40頁(yè)412.GLUT庫(kù)中二、三次曲面繪制實(shí)體或線框球面voidglutSolidSphere/glutWireSphere(GLdoubleradius,GLintslices,GLintstacks);繪制實(shí)體或線框圓錐面voidglutSolidCone/glutWireCone(GLdoubleradius,GLdoubleheight,GLintslices,GLintstacks);4.3實(shí)體第41頁(yè)422.GLUT庫(kù)中二、三次曲面繪制實(shí)體或線框圓環(huán)voidglutSolidTorus/glutWireTorus(GLdoubleinnerRadius,GLdoubleouterRadius