计算机图形学第六章OpenGL基本图元的绘制.ppt

Lecture 6 OpenGL基本图元的绘制 概述概述 图元的种类:点、线段、多边形、矩形 OpenGL中所有的实体最终都可采用一系列有序的顶点描述。 二维图形是三维图形的特殊情况（z分量为0），在三维顶点 绘制指令中，如果用户设定二维坐标（x, y），OpenGL 就会自动令z=0 OpenGL提供的描述点、线、多边形的绘制机制。必须通过 glBegin（）和glEnd（）函数配对来完成. OpenGL的程序结构（6_1） auxInitDisplayMode(AUX_SINGLE|AUX_RGBA)设置 窗口显示模式为RGBA方式，即彩色方式，并且图形缓 存为单缓存（SINGLE BUFFER）。 auxInitPosition(0,0,500,500)定义窗口的初始位置，前 两个参数(0,0)为窗口的左上角点的屏幕坐标，后两个参 数(500,500)为窗口的宽度和高度。 auxInitWindow(“AUX_SAMPLE“)是窗口初始化，字符 参数是窗口名称。 OpenGL的程序结构（6_1） auxReshapeFunc()和auxMainLoop()，参数都是一个 函数指针，指向的都是回调函数（回调函数定义用 CALLBACK说明）。 auxReshapeFunc()是窗口形状重定函数，参数指针指 向函数myReshape()，它的两个参数就是窗口的 新宽度和新高度。然后用glViewport(0,0,w,h)重定视口 ，并且在新视口内重新定义投影矩阵。 AUX库显示坐标范围(6_2) 设定视区的函数，即指定一个显示窗口的范围（程序6_2） void CALLBACK Reshape(GLsizei width,GLsizei height) glViewport(0,0,width,height); auxReshapeFunc(myReshape); 窗口形状重定函数，参数指针指向函数myReshape()， 它的两个参数就是窗口的新宽度和新高度。 auxInitPosition(0,0,500,500);初始化显示窗口的大小 AUX库显示坐标范围 如果使用auxReshapeFunc(myReshape);设定了窗口 形状重定函数。则显示窗口的坐标范围为11。其绘 图像的过程是把11范围的坐标点映射到屏幕坐标。 如果未使用auxReshapeFunc(myReshape);设定窗口 形状重定函数。则显示窗口的坐标范围为实际窗口的尺 寸。 OpenGL的状态机制 OpenGL的绘图方式是由一系列的状态决定的。如果设 置了一种状态或模式而不改变它，OpenGL在绘图的过 程中将一直保持这种状态或模式。 例如： Void myinit(void) glClearColor(0.0,0.0,0.0,0.0); OpenGL的状态机制 其中函数glClearColor(0.0,0.0,0.0,0.0)将视口背景 色清为黑色，如果不改变这种状态，视口背景色将一直 保持黑色。其他状态有： 模型变换 线及多边形的填充图案 多边形绘制模式 光源的位置及特性 被绘制物体的材质等 基于MFC的OpenGL编程(6_3) OpenGL辅助函数库提供了一些窗口和事件管理函数， 但提供的功能有限。而MFC却提供了大量对窗口和事件 管理和控制的函数。 图形操作描述 像素格式 图形操作描述 每一个Windows程序都必须设置设备描述表DC（ Device Contexts），DC包含了窗口上显示图形的诸多 信息，例如：指定绘图模式、画笔和刷子的颜色。 OpenGL的Windows程序也必须使用DC。 OpenGL还必须处理专用的绘图描述表RC(Rendering Contexts),一个OpenGL应用程序必须创建一个绘图描 述表，然后启动它，最后在所定义的窗口内按常规方式 调用OpenGL函数绘图。 图形操作描述 首先得到设备描述表DC（设备上下文）： m_pDC = new CClientDC(this); 创建绘图描述表/Create rendering content hrc = wglCreateContext(m_pDC-GetSafeHdc(); 图形操作描述 绘图： 设置一个线程的当前绘图描述表 wglMakeCurrent(m_pDC-GetSafeHdc(), hrc); DrawScene(); wglGetCurrentDC()得到当前设备描述表 SwapBuffers(wglGetCurrentDC(); 释放绘图描述表所使用的设备描述表 wglMakeCurrent(m_pDC-GetSafeHdc(), NULL); 像素格式 在创建一个绘图描述表之前，首先必须设置设备描述表 的像素格式，像素格式含有设备绘图界面的属性： 颜色模式（RGBA模式/颜色索引模式） 单/双缓冲区 颜色、深度、累加和模板缓冲区所用的位数 像素格式 PIXELFORMATDESCRIPTOR pfd = sizeof(PIXELFORMATDESCRIPTOR), / 该结构所占空间 1, / 版本号，当前为1 PFD_DRAW_TO_WINDOW | / 支持windows的屏幕绘图 PFD_SUPPORT_OPENGL | / 支持OpenGL PFD_DOUBLEBUFFER, / 支持双缓存 PFD_TYPE_RGBA, / 支持RGBA 颜色模式 24, / 24位颜色深度 0, 0, 0, 0, 0, 0, / 红绿蓝颜色分量和偏移量所占位数相同 0, / 无alpha分量 0, /无alpha偏移量 0, / 无累加缓冲区 0, 0, 0, 0, /忽略累加缓冲区的个分量 32, / 32位的深度缓冲区 0, / 无模板缓冲区 0, / 无辅助缓冲区 PFD_MAIN_PLANE, / WIN98、NT下只能是PFD_MAIN_PLANE 0, / 保留，当前为0 0, 0, 0 / 忽略覆盖层的屏蔽 ; 像素格式 设定像素格式后，进行如下的操作： int pixelformat; m_pDC = new CClientDC(this); 使用设备描述表选择一个像素格式 pixelformat = ChoosePixelFormat(m_pDC-GetSafeHdc(), 定义顶点序列 void glBegin(GLenum mode) 功能：描述一个几何图元顶点序列的开始。 参数说明： mode：指出图元的类型。 void glEnd (void) 功能：标记顶点序列的结束。 函数glVertex( ) 可定义一个点 。 定义顶点序列 例如：绘制一个多边形边界（POLYGON）： glBegin(GL_POLYGON) glVertex2f(0.0,0.0); / Vertex 0 givedex2f(0.0,3.0); / Vertex 1 glVedex2f(3.0,3.0); / Vertex 2 alVenex2f(4.0,1.5): / Vertex 3 givedex2f(3.0,0.0); / Vertex 4 glVertex2f(0.0,0.0); / Vertex 0 glEnd(); 几何图元类型和说明 几何图元类型和说明 几何图元类型(6_4) 几何图元类型 GL_POINTS GL_LINESGL_LINE_STRIPGL_LINE_LOOP GL_POLYGONGL_QUADSGL_QUAD_STRIP GL_TRIANGLESGL_TRIANGLE_STRIP GL_TRIANGLE_FAN 几何图元类型 点 GL_POINTS:N个顶点V0, V1, Vn-1构成 离散的顶点序列 。 在OpenGL中一个点是当作一个n维（n=2，3，4）向量 来处理的。 glVertex2f（2.0, 1.0）指定一个顶点的坐标（2.0, 1.0） ，则在实际计算中OpnGL是处理点（2.0, 1.0, 0.0） glVertex2,3,4sifd(V)(TYPE coords) 参数说明： coords：用一个数组或用齐次坐标(x, y, z, w)赋顶点坐标 画点的例程 glBegin(GL_POINTS); glVertex3f(0.0,0.0,0.0) glVertex3f(50.0,50.0,50.0) glEND(); glBegin的参数GL_POINTS告诉OpenGL，下面的顶点应 被解释并绘制为点，它们将转换为两个具体的点，并被 绘制出来，其颜色为缺省值点的属性。 点的大小 OpenGL提供了可以控制点的大小的函数。点大小的默认 值是一个像素。可以用函数glPointsize（）修改这个值， 以设定点的大小： void glPointsize(GLfloat size) 直线 GL_LINES:N个顶点V0, V1, Vn-1每2个一组画线段，即 V0-V1，V2-V3，共计画N/2条线。 若N为奇数，则第N个点Vn-1每忽略。 直线的绘制 下面的代码在两个点（0，0，0）和（50，50，50）之间 画一根直线。 glBegin(GL_LINES); glVertex3f(0.0,0.0,0.0) glVertex3f(50.0,50.0,50.0) glEND(); 注意：在OpenGL中，参数GL_LINES对每两个指定的顶 点画一根直线。如果GL_LINES指定奇数个顶点，那么 最后一个顶点将会被忽略。 折线 GL_LINE_STRIP:画一折线： V0-V1，V1-V2 ，V2-V3 ， Vn-2-Vn-1 ，共计N-1条线段。 注意： （1）最后一点与第一点之间不连线，即不形成回路。但 当最后一点与第一点之间重合时，显示效果等同于回路 效果。 （2）必须满足N1的条件，否则什么也画不出来。 折线例程 图元类型： GL_LINE_STRIP glBegin (GL_LINE_STRIP); glVertex3f(0.0,0.0,0.0); glVertex3f(50.0,50.0,0.0); glVertex3f(100.0,100.0,0.0); glEnd( ); 封闭折线 GL_LINE_LOOP:与上面GL_LINE_STRIP的唯一不同之 处在于： GL_LINE_LOOP的最后一个顶点与第一个顶 点之间进行连线共计N条线段形成回路。 封闭折线例程 图元类型： GL_LINE_LOOP glBegin (GL_LINE_ LOOP); glVertex3f(0.0,0.0,0.0); glVertex3f(50.0,50.0,0.0); glVertex3f(100.0,100.0,0.0); glEnd( ); x y x y P0(0,0,0) P1(50,50,0) P2(50,100,0) P0(0,0,0) P1(50,50,0) P2(50,100,0) 线型 (6_6) 为了使用点画线，必须用以下指令先启动点画线模式。 void glLineStipple (GLint factor,GLushort pattern); 此命令有以下参数： factor是一个从1到255的值，它表示pattern参数中所规定的像 素的重复次数，即patten参数中每一位能影响的像素数。 pattern是画线操作时的一个样板。它是二进制的一个0和1序列 ，在这个序列中0表示不画点，1表示画点。 线型 如果启动点画线操作，线上的点由pattern决定是否绘制，即从Pattern的最低位开始 ，逐个绘制线段上面的点，如果式样用完后，线段还没有画完，可重新装入式样， 上面所说的绘制是指当前颜色绘制该点。 例如：glLineStipple (1，0x3F07) 0x3F07转化为二进制为0011 1111 0000 0111。在画线操作时，首先开始的3个象素 点绘制，接下来5个点不绘制，6个点绘制，2个象素点不绘制。如果点画线的样板 用完，将继续从头开始。 又如：glLineStipple（）中factor=2，那么pattern实际上就成为：00001111 11111111 00000000 00111111，则结果为6个象素点画，10个不画，12个画， 4个 象素点不画。 启动点画线用glEnable（GL_LINE_STIPPLE）。 关闭点画线用glDisable（GL_LINE_STIPPLE）。 线宽 可以在画线时使用glLineWidth (GLfloat width) 来控制 线的宽度。 glLineWidth（）函数用一个参数来指定要画的线以像 素计的近似宽度，函数形式如下： glLineWidth（GLFloat width） 此函数中，width0.0，缺省值width=1.0。 线宽 线宽和点的大小一样，不是所有线宽都支持，我们要确保指定 的线宽是可用的。下面的代码可以获得线宽的范围和它们之间 的最小间隔： GLfloat sizes 2; Glfloat step; GlGetFloatv (GL_LINE_WIDTH_RANGE,sizes); GlGetFloatv (GL_LINE_WIDTH_GRANULARITY, sizes数组包含两个元素，即为glLineWidth的最小有效值和最大 有效值。另外，变量step用来保存线宽之间允许的最小增量。 多边形的绘制(6_5) 多边形指封闭曲线围成的区域。但OpenGL中的可以描述的多边形有两 点限制： （1）多边形的边不能自相交，即边和边除了多边形的顶点外不可以相 交。 （2）多边形必须是凸多边形。 这些限制是为特别需要设制的。首先所有的多边形都可以分割为多个 凸多边形。限制多边形的类型容易实现硬件加速。 在OpenGL中，多边形的绘制也是由函数gIBegin()和81End()来完成的 。 多边形的绘制(6_5) 最简单的多边形是三角形，它只有三条边。GL_TRIANGLES图元通过把三个顶点连接到一起而画 出三角形。下面的代码可画出一个三角形，如图6.5所示。 glBegin (GL_TRIANGLES); glVertex3f(0.0,0.0,0.0); glVertex3f(25.0,25.0,0.0); glVertex3f(50.0,0.0,0.0); glEnd( ); P0P2 P3 y x O 多边形 GL_POLYGON：采用GL_POLYGON绘制多边形应注意： （1）顶点数N=3，否则什么也画不出来。 （2）多边形各边不允许相交。 （3）只能画凸多边形。 例如：一下情况均非法。 三角面片 GL_TRIANGLES:每3个顶点最为一个独立的三角形，共 画N/3个三角形。如果N不是3的倍数，则将N除以3余 下的1或2个顶点忽略。 四边形面片 GL_QUADS:每4个顶点作为一个独立的四边形，共计画N/4个四边形。 注意： （1）四边形应满足多边形的性质，为非凹多边形。 （2）如果N不是4的倍数，则将N除以4余下的顶点忽略 （3）不同四边形的边可以相交。 连续三角形 GL_TRIANGLES_STRIP：画一组以次相连的三角形， 相邻的三角形共一条边。 连续三角形绘画的过程为： 给定一个点的序列，先绘制三角形： V0-V1-V2 ，然后以 次绘制三角形： V1-V2 -V3 ， V2 -V3 -V4 等 连续四边形 GL_QUAD_STRIP：画一组以次相连的四边形。相邻的 四边形共一条边。 GL_QUAD_STRIP画一个四边形的过程不是简单的连接 V0-V1-V2 -V3 ，而是先画三角V0-V1-V2再画三角形V1-V2 - V3。 多边形的绘制方式（6_9） OpenGL的多边形是有前后面的，显示时那一面朝向观测方向效果可能 会不同，这一点可以用来剖视实体。缺省时，多边形的前后面以相同的 形式给出。 函数glPolygonMode用来控制多边形的属性，包括前后面的控制以及多 边形究竟是填充型、轮廓型还是顶点。 Void glPolygonMode(GLenum face，GLenum mode)； 参数face可选常量为GL_FRONT_AND_BACK、GL_FRONT、 GL_BACK，通常规定顶点逆时针排列的面朝前。Mode控制多边形的光 栅化方法，可用的参数为GL_POINT、GL_LINE、GL_FILL： GL_POINT:仅绘制顶点。GL_LINE:仅绘制轮廓。 GL_FILL:多边形填充。 多边形的绘制方式 反转多边形面 Void glFrontFace(GLenum mode)； 该函数用于确定多边形那一面朝前。ModeGL_CCW表示顶点逆时针 排列为朝前面，GL_CW表示顶点顺时针排列的面为朝前面。 多边形的绘制方式 glPolygonMode(GL_BACK,GL_LINE); glFrontFace(GL_CCW); glLoadIdentity(); glBegin(GL_POLYGON); glVertex2f(-2.0f/5,0);glVertex2f(-1.0f/5,0);glVertex2f(0,1.5f/5);glVertex2f(- 2.0f/5,3.0f/5);glVertex2f(-3.0f/5,2.0f/5); glEnd(); glLoadIdentity(); glTranslatef(3.5f/5,0,0); glFrontFace(GL_CW); glBegin(GL_POLYGON); glVertex2f(-2.0f/5,0);glVertex2f(-