- •Часть II. Основы программирования
- •Введение
- •Лекция 1. Библиотека OpenGl
- •1. Назначение библиотеки OpenGl
- •2. Основные возможности OpenGl
- •3. Макет консольного приложения, использующего библиотеку glaux
- •Программа 1.1
- •4. Имена функций OpenGl
- •5. Системы координат
- •5.1 Матрицы преобразований
- •5.2 Видовые и модельные преобразования
- •5.3 Проекционное преобразование
- •5.4 Оконное преобразование
- •6. Пример выполнения модельных преобразований
- •6.1 Параллельный перенос
- •Фрагмент программы 1.2
- •6.2 Поворот
- •Фрагмент программы 1.3
- •7. Сводка результатов
- •8. Упражнения Упражнение 1
- •Упражнение 2
- •Упражнение 3
- •Упражнение 4
- •Упражнение 5
- •Упражнение 6
- •Лекция 2. Генерация движущихся изображений
- •1. Анимация с двойной буферизацией
- •2. Обработка событий клавиатуры и мыши
- •2.1 Пример обработки события от мыши: изменение цвета вращающегося объекта по нажатию левой кнопки мыши
- •3. Композиция нескольких преобразований
- •3.1 Модель солнечной системы
- •3.2 Модель манипулятора робота
- •4. Сводка результатов
- •5. Упражнения Упражнение 1
- •Упражнение 2
- •Упражнение 3
- •Упражнение 4
- •Упражнение 5
- •Лекция 3. Геометрические примитивы
- •1. Служебные графические операции
- •1.1 Очистка окна
- •1.2 Задание цвета
- •1.3 Удаление невидимых поверхностей
- •2. Описание точек, отрезков и многоугольников
- •2.1 Точки
- •2.2 Отрезки
- •2.3 Многоугольники
- •2.4 Прямоугольники
- •2.5 Кривые
- •2.6 Задание вершин
- •2.7 Геометрические примитивы OpenGl
- •3. Свойства точек, отрезков и многоугольников
- •3.1 Точки
- •3.2 Отрезки
- •3.3 Многоугольники
- •4. Сводка результатов
- •Лекция 4. Полигональная аппроксимация поверхностей
- •1. Векторы нормали
- •2. Некоторые рекомендации по построению полигональных аппроксимаций поверхностей
- •3. Пример: построение икосаэдра
- •3.1 Вычисление нормалей к граням икосаэдра
- •3.2 Повышение точности аппроксимации сферической поверхности
- •3.3 Алгоритм разбиения треугольной грани произвольной поверхности
- •4. Плоскости отсечения
- •6. Сводка результатов
- •7. Упражнения Упражнение 1
- •Упражнение 2
- •Упражнение 3
- •Упражнение 4
- •Лекция 5. Цвет и освещение
- •1. Цветовая модель rgb
- •2. Задание способа закраски
- •3. Освещение
- •4. Освещение в реальном мире и в OpenGl
- •4.1 Излучаемый, рассеянный, диффузно отраженный и зеркально отраженный свет
- •4.2 Цвет материала
- •4.3 Значения rgb для источников света и материалов
- •5. Пример: рисование освещенной сферы
- •5.1 Вектора нормали в вершинах объектов
- •5.2 Создание, расположение и включение источников света
- •5.3 Выбор модели освещения
- •5.4 Задание свойств материалов для объектов сцены
- •6. Создание источников света
- •6.1 Цвет
- •6.2 Местоположение и затухание
- •6.3 Прожекторы
- •6.4 Использование нескольких источников света
- •6.5 Изменение местоположения источников света
- •4. Сводка результатов
- •Лекция 6. Свойства материала и спецэффекты освещения
- •1. Задание свойств материала
- •1.1 Диффузное и рассеянное отражение
- •1.2 Зеркальное отражение
- •1.3 Излучаемый свет
- •1.4 Изменение свойств материала
- •1.5 Имитация реальных материалов
- •2. Смешение цветов и прозрачность
- •2.1 Множители source (исходный пиксел) и destination (результирующего пиксела)
- •2.2 Области применения смешения цветов
- •2.3 Пример использования смешения цветов
- •3. Туман
- •3.1 Использование тумана
- •4. Сводка результатов
- •5. Упражнения Упражнение 1
- •2. Назначение текстур
- •3. Создание текстуры в оперативной памяти
- •4. Автоматическое повторение текстуры на плоском многоугольнике
- •5. Наложение текстуры на произвольную поверхность
- •6. Сводка результатов
- •7. Упражнения Упражнение 1
- •Упражнение 2
- •Задание 1.1
- •2. Объемный "тетрис"
- •Задание 2.1
2. Основные возможности OpenGl
Возможности OpenGL, предоставляемые программисту, можно разделить на несколько групп:
Геометрические и растровые примитивы. На основе этих примитивов строятся все остальные объекты. Геометрические примитивы – это точки, отрезки и многоугольники. Растровыми примитивами являются битовые массивы (bitmap) и изображения (image).
Сплайны. Сплайны применяются для построения гладких кривых по опорным точкам.
Видовые и модельные преобразования. Эти преобразования позволяют задавать пространственное расположение объектов, изменять форму объектов и задавать положение камеры, для которой OpenGL строит результирующее проекционное изображение.
Работа с цветом. Для операций с цветом в OpenGL есть режим RGBA (красный-зелёный-синий-прозрачность) и индексный режим (цвет задается порядковым номером в палитре).
Удаление невидимых линий и поверхностей.
Двойная буферизация. В OpenGL доступна и одинарная, и двойная буферизация. Двойная буферизация применяется для устранения мерцания при мультипликации. При этом изображение каждого кадра сначала рисуется в невидимом буфере, а на экран кадр копируется только после того, как полностью нарисован.
Наложение текстуры. Текстуры упрощают создание реалистичных сцен. Если на объект, например, сферу, наложить текстуру (некоторое изображение), то объект будет выглядеть иначе (например, сфера будет выглядеть как разноцветный мячик).
Сглаживание. Автоматическое сглаживание компенсирует ступенчатость, свойственную растровым дисплеям. При сглаживании отрезков OpenGL изменяет интенсивность и цвет пикселей так, что эти отрезки отображаются на экране без " зигзагов".
Освещение. Указание расположения, интенсивности и цвета источников света.
Специальные эффекты. Например, туман, дым, прозрачность объектов. Эти средства позволяют сделать сцены более реалистичными.
Хотя библиотека OpenGL предоставляет практически все возможности для моделирования и воспроизведения трёхмерных сцен, некоторые графические функции непосредственно в OpenGL недоступны. Например, чтобы задать положение и направление камеры для наблюдения сцены придется рассчитывать проекционную матрицу, что сопряжено с достаточно громоздкими вычислениями. Поэтому для OpenGL существуют так называемые вспомогательные библиотеки.
Одна из этих библиотек называется GLU. Эта библиотека является частью стандарта и поставляется вместе с главной библиотекой OpenGL. В состав GLU входят более сложные функции (например, для создания цилиндра или диска требуется всего одна команда). В библиотеке GLU есть также функции для работы со сплайнами, реализованы дополнительные операции над матрицами и дополнительные виды проекций.
Еще две известные библиотеки – GLUT (для Unix) и GLAUX (для MS Windows). В них реализованы не только дополнительные функции OpenGL (для построения некоторых сложных фигур вроде конуса и тетраэдра), но также есть функции для работы с окнами, клавиатурой и мышью в консольных приложениях. Чтобы работать с OpenGL в конкретной операционной системе (например, Windows или Unix), надо провести некоторую предварительную настройку, которая зависит от операционной системы. GLUT и GLAUX позволяют буквально несколькими командами определить окно, в котором будет работать OpenGL, задать функции для обработки команд от клавиатуры или мыши.