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标题: 利用OpenGL实现三维绘图
发信站: 荔园晨风BBS站 (Wed Jul 30 15:57:42 2003), 站内信件

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利用OpenGL实现三维绘图
作者：王刚

提交者：eastvc 发布日期：2003-7-1 23:02:21
原文出处：http://cgd.pages.com.cn/cgd/develop/opengl/200112/Draw3DFace.
htm

目录
　　1 初始化OpenGL绘图环境
　　2 定义与Windows接口的系统函数
　　3 在VC下实现程序编译

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--------

　　在三维绘图蓬勃发展的过程中，计算机公司推出了大量的三维绘图软件包。其
中SGI公司推出的OpenGL，作为一个性能优越的图形应用程序设计界面（API）异军
突起，取得了很大的成就。它以高性能的交互式三维图形建模能力和易于编程开发
，得到了Microsoft、IBM、DEC、Sun、HP等大公司的认同。因此，OpenGL已经成为
一种三维图形开发标准，是从事三维图形开发工作的必要工具。

1、初始化OpenGL绘图环境

　　1.1 定义颜色格式和缓冲模式
　　OpenGL提供两种颜色模式：RGB（RGBA）模式和颜色索引模式（调色板）。在
RGBA模式下所有颜色的定义用RGB三个值来表示，有时也加上Alpha值（表示透明度
）。RGB三个分量值的范围都在0和1之间，它们在最终颜色中所占的比例与它们的
值成正比。如：（1、1、0）表示黄色，（0、0、1）表示蓝色。颜色索引模式下每
个象素的颜色是用颜色索引表中的某个颜色索引值表示（类似于从调色板中选取颜
色）。由于三维图形处理中要求颜色灵活，而且在阴影，光照，雾化，融合等效果
处理中RGBA的效果要比颜色索引模式好，所以，在编程时大多采用RGBA模式。
　　OpenGL提供了双缓存来绘制图像。即在显示前台缓存中的图像同时，后台缓存
绘制第二幅图像。当后台绘制完成后，后台缓存中的图像就显示出来，此时原来的
前台缓存开始绘制第三幅图像，如此循环往复，以增加图像的输出速度。
　　设置窗口显示模式函数：

　　void auxInitDisplayMode(
　　　　AUX_DOUBLE | 　　// 双缓存方式
　　　　AUX_RGBA　　　　 // RGBA颜色模式
　　);

　　1.2 设置光源
　　OpenGL的光源大体分为三种：环境光（Ambient light），即来自于周围环境
没有固定方向的光。漫射光（Diffuse light）来自同一个方向，照射到物体表面
时在物体的各个方向上均匀发散。镜面光（Specular light）则是来自于同一方向
，也沿同一个方向反射。全局环境光是一种特殊的环境光，它不来自特于某种定光
源，通常做为场景的自然光源。
　　指定光源函数：

　　void glLightfv(
　　　　Glenum light,　　// 光源号
　　　　Glenum pname,　　// 指明光源类型：
　　　　　　　　　　　　 // GL_DIFFUSE 光源为漫射光光源
　　　　　　　　　　　　 // GL_AMBIENT 光源为环境光光源
　　　　　　　　　　　　 // GL_SPECULAR 光源为镜面光光源
　　　　const Glfloat* params　　// 指向颜色向量的指针
　　);

　　设置全局环境光函数：

　　void glLightModelfv(
　　　　GL_LIGHT_MODEL_ AMBIENT,
　　　　const Glfloat* param　　// param：指向颜色向量的指针
　　);

　　起用光源函数：

　　void glEnable(GL_LIGHTING);
　　void glEnable(GL_enum cap);　　// cap：指明光源号

　　1.3 设置材质
　　在OpenGL中，用材料对光的三原色（红绿蓝）的反射率大小来定义材料的颜色
。与光源相对应，材料的颜色，也分为环境色，漫反射色和镜面反射色，由此决定
该材料对应不同的光呈现出不同的反射率。由于人所看到物体的颜色是光源发出的
光经物体反射后进入眼睛的颜色。所以，物体的颜色是光源的环境光，漫反射光和
镜面反射光与材料的环境色，漫反射色和镜面反射色的综合。例如：OpenGL的光源
色是（LR、LG、LB），材质色为（MR、MG、MB），那么，在忽略其他反射效果的情
况下，最终进入眼睛的颜色是（LR*MR、LG*MG、LB*MB）。
　　材质定义函数：

　　void glMaterialfv(
　　　　GLenum face,　　// 指明在设置材质的哪个表面的颜色。
　　　　　　　　　　　　// 可以是GL_FRONT、GL_BACK、GL_FRONT_AND_BACK
　　　　GLenum pname, 　// 与光源的pname参数相似
　　　　const float* params　　// 指向材质的颜色向量
　　);

　　1.4 定义投影方式
　　也即选择观察物体的角度和范围。由于我们是三维绘图，所以采用不同的视点
和观察范围，就会产生不同的观察效果。由于计算机只能显示二维图形，所以在表
示真实世界中的三维图形时，需将三维视景转换成二维视景。这是产生三维立体效
果的关键。OpenGL提供了两种将3D图形转换成2D图形的方式。正投影（
Orthographic Projection）和透视投影（Perspective Projection）。其中，正
投影指投影后物体的大小与视点的远近无关，通常用于CAD设计；而透视投影则符
合人的心理习惯，离视点近的物体大，离视点远的物体小。此外，在OpenGL中还要
定义投影范围，只有在该范围中的物体才会被投射到计算机屏幕上，投影范围外的
物体将被裁减掉。
　　定义投影范围（不同的投影方式对应不同函数）：

　　void glOrtho(
　　　　GLdouble left, GLdouble right,　　// （left,bottom,near）及（
right,top,far）分别给出正射投
　　　　GLdouble bottom, GLdouble top,　　// 影投影范围的左下角和右上角
的坐标。
　　　　GLdouble near,GLdouble far);

2、定义与Windows接口的系统函数

　　2.1 定义绘图窗口的位置

　　// （x,y）给出窗口左上角坐标
　　// width及heigh给出窗口的宽高
　　void auxInitPosition(GLint x,GLint y,GLsizei width, GLsizei heigh);

　　2.2 定义绘图窗口的标题

　　// STR表示窗口标题字串
　　void auxInitWindow(GLbyte* STR);

　　2.3 定义绘图窗口改变时的窗口刷新函数

　　// 当窗口改变形状时调指定的回调函数
　　// NAME表示回调函数名称
　　void auxReshapeFunc(NAME);

　　2.4 定义空闲状态的空闲状态函数以实现动画

　　// 当系统空闲时调用指定的回调函数
　　// NAME表示回调函数名称
　　void auxIdleFunc(NAME);

　　2.5 定义场景绘制函数（当窗口更新或场景改变时调用）

　　// 当窗口需要更新或场景变化时调用
　　// NAME表示回调函数名称
　　void auxMainLoop(NAME);

3、在VC下实现程序编译
　　在VC编辑器下键入下述代码后，保存为后缀是.cpp的C++文件。开始编译，在
“The build command requires an active project workspace”。“Would
you like to create a default project workspace”？的提示后，选择“是（
Y）”。进入“Project”菜单，选择“Setting”项，弹出“Project Setting”对
话框，选择“Link”项，在“Libaray”栏目中加入OpenGL提供的函数库：“
opengl32.lib glu32.lib glaux.lib”。（注意：在执行程序时，Windows的
system目录下要包含opengl32.dll及glu32.dll两个动态连接库）。附源程序代码
：

　　#include "windows.h"
　　#include "gl/gl.h"
　　#include "gl/glaux.h"
　　#include "gl/glu.h"
　　#include "math.h"

　　void myinit()
　　{
　　　　glClearColor(1,1,0,0);
　　　　GLfloat ambient[]={.5,.5,.5,0};
　　　　glLightModelfv(GL_LIGHT_MODEL_AMBIENT, ambient);
　　　　GLfloat mat_ambient[]={.8,.8,.8,1.0};
　　　　GLfloat mat_diffuse[]={.8,.0,.8,1.0};
　　　　GLfloat mat_specular[]={1.0,.0,1.0,1.0};
　　　　GLfloat mat_shininess[]={50.0};
　　　　GLfloat light_diffuse[]={0,0,.5,1};
　　　　GLfloat light_position[]={0,0,1.0,0};
　　　　glMaterialfv(GL_FRONT_AND_BACK,GL_AMBIENT,mat_ambient);
　　　　glMaterialfv(GL_FRONT_AND_BACK,GL_DIFFUSE,mat_diffuse);
　　　　glMaterialfv(GL_FRONT_AND_BACK,GL_SPECULAR,mat_specular);
　　　　glMaterialfv(GL_FRONT_AND_BACK,GL_SHININESS,mat_shininess);
　　　　glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, light_diffuse);
　　　　glLightfv(GL_LIGHT0,GL_POSITION, light_position);
　　　　glEnable(GL_LIGHTING);
　　　　glEnable(GL_LIGHT0);
　　　　glDepthFunc(GL_LESS);
　　　　glEnable(GL_DEPTH_TEST);
　　}

　　void CALLBACK display()
　　{
　　　　glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
　　　　auxSolidSphere(1.0);　　// 绘制半径为1.0的实体球
　　　　glFlush();　　　　　　　// 强制输出图像
　　　　auxSwapBuffers();　　　 // 交换绘图缓存
　　　　_sleep(100);
　　}

　　void CALLBACK Idledisplay()
　　{
　　　　// x,y满足x2+y2=0.01。这样可以使物体沿该圆轨迹运动。
　　　　static float x=-.1,y=0.0;
　　　　static BOOL mark=TRUE;
　　　　static float step=.01;
　　　　x+=step;
　　　　if(x<=.1&&x>=-.1)
　　　　{
　　　　　　if(step>0)
　　　　　　　　y=sqrt(.01-x*x);
　　　　　　else
　　　　　　　　y=-sqrt(.01-x*x);
　　　　　　glTranslatef(x,y,0);
　　　　}
　　　　else
　　　　{
　　　　　　step=0-step;
　　　　}
　　　　display();
　　}

　　void CALLBACK myReshape(GLsizei w,GLsizei h)
　　{
　　　　glViewport(0,0,w,h);
　　　　glMatrixMode(GL_PROJECTION);
　　　　glLoadIdentity();
　　　　if(w<=h)
　　　　　　glOrtho(-3.5,3.5,-3.5*(GLfloat)w/(GLfloat)h, 3.
5*(GLfloat)w/(GLfloat)h,-10,10);
　　　　else
　　　　　　glOrtho(-3.5*(GLfloat)w/(GLfloat)h,3.5*
(GLfloat)w/(GLfloat)h,-3.5,3.5,-10,10);
　　　　glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
　　　　glLoadIdentity();
　　}

　　void main()
　　{
　　　　auxInitDisplayMode(AUX_DOUBLE|AUX_RGBA);
　　　　auxInitPosition(0,0,400,400);
　　　　auxInitWindow(" circle ");
　　　　myinit();
　　　　auxReshapeFunc(myReshape);
　　　　auxIdleFunc(Idledisplay);
　　　　auxMainLoop(display);
　　}
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