1、2023-1-3112.6 OpenGL图形软件包OpenGL的主要功能OpenGL的绘制流程OpenGL的基本语法OpenGL的程序实例2023-1-312OpenGL图形软件包p OpenGL是SGI（Silicon Graphics Inc.）公司对IRIS GL进行改进，扩展可移植性，形成的一个跨平台开放式图形编程接口。p 目前，OpenGL标准由1992年成立的独立财团OpenGL Architecture Review Board（ARB）以投票方式产生，并制成规范文档公布。2023-1-313OpenGL的主要功能模型绘制模型观察颜色模式光照应用图像效果增强位图和图像处理纹理映射
2、实时动画交互技术2023-1-314OpenGL的绘制流程工作方式一个完整的窗口系统的OpenGL图形处理系统的结构为：最底层为图形硬件，第二层为操作系统，第三层为窗口系统，第四层为OpenGL，最上面的层为应用软件。图图2.34 OpenGL图形处理系图形处理系统在计算机系统中的层次结构统在计算机系统中的层次结构2023-1-315OpenGL的绘制流程流水线图图2.35 一条简化的一条简化的OpenGL绘制流水线绘制流水线包括命令、顶点数据和纹理等数据的OpenGL命令将放在命令缓冲区中，对几何顶点数据进行必要的变换、光照计算并进行投影后进入光栅化流程，根据几何形状、颜色及纹理数据生成图像
3、的帧缓存地址和像素点值，结果置入帧缓冲存储器中。注意：只有当缓冲区被清空时，缓冲区中的命令和数据才会传递给流水线的下一个阶段，OpenGL命令才会得到执行。2023-1-316OpenGL的基本语法相关库OpenGL核心库：gl 115个函数OpenGL实用程序库：glu 43个函数OpenGL编程辅助库：aux 31个函数OpenGL实用程序工具包（OpenGL utility toolkit，GLUT）：glut 30多个函数Windows专用库：wgl 6个函数2023-1-317OpenGL的基本语法命名规则OpenGL函数都遵循一个命名约定，即采用以下格式：例如函数glColor3f
4、()，gl表示这个函数来自库gl.h，根命令Color表示该函数用于颜色设定，3f表示这个函数采用了三个浮点数参数。符号常量的表示：GL开头，下划线（_）分开，大写。例如：GL_RGB，GL_POLYGON等2023-1-318OpenGL的基本语法数据类型OpenGL数据类型数据类型内部表示法内部表示法定义为定义为C类型类型C字面值后缀字面值后缀GLbyte8位整数signed charBGLshort16位整数shortSGLint，GLsizei32位整数longLGLfloat，GLclampf32位浮点数floatFGLdouble，GLclampd64位浮点数doubleDGLub
5、yte，GLboolean8位无符号整数unsigned charUbGLshort16位无符号整数unsigned shortUsGLuint，GLenum，GLbitfield32位无符号整数unsigned longUi表表2.2 OpenGL的数据类型的数据类型2023-1-319OpenGL程序实例头文件包含利用OpenGL实现图形绘制，首先要引入OpenGL核心库以及其他需要使用的库的头文件。glut保证了gl.h和glu.h被正确包含。#include#include 2023-1-3110OpenGL程序实例窗口管理初始化（glutInit）创建窗口（glutCreateWin
6、dow）设定窗口的显示模式（glutInitDisplayMode）指定窗口的位置和大小（glutInitWindowPosition和glutInitWindowSize）指定窗口的显示内容函数（glutDisplayFunc）运行框架（glutMainLoop）2023-1-3111OpenGL程序实例绘制图形指定窗口背景色（glClearColor）颜色管理，使用RGB颜色模型。一种颜色用红、绿、蓝三种颜色成分混合而成，每种颜色成分使用0.0到1.0之间的任意有效浮点数来表示颜色值（见下页）。2023-1-3112OpenGL程序实例绘制图形混合色红色成分（R）绿色成分（G）蓝色成分（B
7、）黑0.00.00.0红1.00.00.0绿0.01.00.0黄1.01.00.0蓝0.00.01.0紫1.00.01.0青0.01.01.0深灰0.250.250.25浅灰0.750.750.75棕0.600.400.12南瓜橙0.980.6250.12粉红0.980.040.70紫红0.600.400.70白1.01.01.0表表2.2 OpenGL的一些常用混合色的一些常用混合色2023-1-3113OpenGL程序实例绘制图形刷新窗口的缓冲区 glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT)；设定投影参数(将三维图形投影到显示窗口)glMatrixMode(GL_PROJECT
8、ION);gluOrtho2D(0.0,200.0,0.0,150.0);绘制图形 glRectf(50.0f,100.0f,150.0f,50.0f);2023-1-3114第三章第三章2023-1-31153.4 OpenGL实现橡皮筋技术 橡皮筋技术的实现方法l利用颜色的异或操作，对原有图形并不是擦除，而是再绘制一条同样的直线段并与原图形进行异或操作，此时原图形会从屏幕上消失；l利用双缓存技术，绘制图形时分别绘制到两个缓存，交替显示。2023-1-3116OpenGL实现橡皮筋技术 鼠标实现l鼠标响应函数 glutMouseFuncl鼠标移动相应函数 glutMotionFunc glu
9、tPassiveMotionFunc2023-1-3117 键盘实现l键盘相应函数 glutKeyboardFuncOpenGL实现橡皮筋技术2023-1-31183.5 OpenGL实现拾取操作 设置拾取缓冲区 void glSelectBuffer(GLsizei n,GLunint*buff);进入选择模式 GLint glRenderMode(GLenum mode);2023-1-311919OpenGL实现拾取操作名字堆栈操作l初始化名字堆栈（glInitNames）l将一个名字压入堆栈（glPushName）l替换名字堆栈的栈顶元素（glLoadName）l将栈顶元素弹出（glP
10、opName）2023-1-312020设置合适的变换过程 gluPickMatrix(xPick,yPick,widthPick,heightPick,*vp);为每个图元分配名字并绘制切换回渲染模式分析选择缓冲区中的数据OpenGL实现拾取操作2023-1-31213.6 OpenGL中的菜单功能菜单注册函数 glutCreateMenu(ProcessMenu);在菜单中加入菜单项 void glutAddMenuEntry(char*name,GLint value);将菜单与某个鼠标按键关联 void glutAttachMenu(button);2023-1-3122第四章第四章2
11、023-1-3123OpenGL中层次模型的实现o 显示列表的创建显示列表的创建 glNewList(listID,listMode);glutSolidCube(2.0);glEndList();o 显示列表的执行显示列表的执行 void glListBase(GLuint offsetValue);2023-1-3124o 多级显示列表 OpenGL支持创建多级显示列表，即在glNewList和glEndLsit函数对之间允许调用glCallList函数来执行其他显示列表。o 显示列表的删除 void glDeleteLists(GLuint listID,GLsizei range);O
12、penGL中层次模型的实现2023-1-312525 GLUT库中的多面体函数OpenGLOpenGL中的实体模型函数中的实体模型函数函数函数说明说明glutSolidTetrahedron()glutWireTetrahedron()绘制中心位于世界坐标系原点的实心四面体和线框四面体，四面绘制中心位于世界坐标系原点的实心四面体和线框四面体，四面体的半径为体的半径为 。glutSolidCube(size)glutWireCube(size)绘制中心位于世界坐标系原点的实心立方体和线框立方体，立方绘制中心位于世界坐标系原点的实心立方体和线框立方体，立方体的半径为体的半径为size，size是一
13、个双精度浮点值。是一个双精度浮点值。glutSolidOctahedron()glutWireOctahedron()绘制中心位于世界坐标系原点的实心八面体和线框八面体，八面绘制中心位于世界坐标系原点的实心八面体和线框八面体，八面体的半径为体的半径为1.0。glutSolidDodecahedron()glutWireDodecahedron()绘制中心位于世界坐标系原点的实心绘制中心位于世界坐标系原点的实心12面体和线框面体和线框12面体，面体，12面面体的半径为体的半径为 。glutSolidIcosahedron()glutWireIcosahedron()绘制中心位于世界坐标系原点的实
14、心绘制中心位于世界坐标系原点的实心20面体和线框面体和线框20面体，面体，20面面体的半径为体的半径为1.0。3表表4.1 4.1 GLUT生成规则多面体的函数生成规则多面体的函数32023-1-312626 GLUT库中的二、三次曲面l绘制实体或线框球面 void glutSolidSphere/glutWireSphere(GLdouble radius,GLint slices,GLint stacks);l绘制实体或线框圆锥面 void glutSolidCone/glutWireCone(GLdouble radius,GLdouble height,GLint slices,GLi
15、nt stacks);OpenGLOpenGL中的实体模型函数中的实体模型函数2023-1-312727l绘制实体或线框圆环 void glutSolidTorus/glutWireTorus(GLdouble innerRadius,GLdouble outerRadius,GLint slices,GLint stacks);l绘制实体或线框茶壶 void glutSolidTeapot/glutWireTeapot(GLdouble size);OpenGLOpenGL中的实体模型函数中的实体模型函数2023-1-312828 GLU二次曲面函数l定义一个二次曲面 GLUquadricO
16、bj*sphere;l激活二次曲面绘制器 sphere=gluNewQuadric();l指定二次曲面的绘制方式 gluQuadricDrawStyle(sphere,GLU_LINE);OpenGLOpenGL中的实体模型函数中的实体模型函数2023-1-312929l绘制二次曲面gluSphere(sphere,radius,slices,stacks);gluCylinder(sphere,baseRadius,topRadius,height,slices,stacks)；gluDisk(sphere,innerRadius,outerRadius,slices,stacks)；Ope
17、nGLOpenGL中的实体模型函数中的实体模型函数2023-1-31304.3 非规则对象的表示非规则对象的表示 分形几何分形几何 形状语法 基于分数维理论的随机模型 基于物理的模型 粒子系统模型 数据场可视化2023-1-3131OpenGL中层次模型的实现o 显示列表的创建显示列表的创建 glNewList(listID,listMode);glutSolidCube(2.0);glEndList();o 显示列表的执行显示列表的执行 void glListBase(GLuint offsetValue);2023-1-3132o 多级显示列表 OpenGL支持创建多级显示列表，即在glN
18、ewList和glEndLsit函数对之间允许调用glCallList函数来执行其他显示列表。o 显示列表的删除 void glDeleteLists(GLuint listID,GLsizei range);OpenGL中层次模型的实现2023-1-3133第五章第五章2023-1-31345.8 在OpenGL中绘图p点的绘制p直线的绘制p多边形面的绘制pOpenGL中的字符函数pOpenGL中的反走样2023-1-3135点的绘制p点的绘制 glBegin(GL_POINTS)；glVertex3f(0.0f,0.0f,0.0f);glVertex3f(10.0f,0.0f,0.0f);
19、glEnd()；p点的属性（大小）void glPointSize(GLfloat size)；2023-1-3136（a）GL_LINES画线模式画线模式 （b）GL_LINE_STRIP画线模式画线模式 （c）GL_LINE_LOOP画线模式画线模式图图5-57 OpenGL画线模式画线模式直线的绘制p直线的绘制模式nGL_LINESnGL_LINE_STRIPnGL_LINE_LOOP2023-1-3137直线的绘制p直线的属性n线宽 void glLineWidth(GLfloat width)n线型 glEnable(GL_LINE_STIPPLE)；glLineStipple(GL
20、int factor，GLushort pattern)；2023-1-3138直线的绘制图图5-58 画线模式用于构造线段画线模式用于构造线段2023-1-3139多边形面的绘制p三角形面的绘制nGL_TRIANGLESnGL_TRIANGLE_STRIPnGL_TRIANGLE_FANp四边形面的绘制nGL_QUADSnGL_QUADS_STRIPp多边形面的绘制（GL_POLYGON）2023-1-3140多边形面的绘制p多边形面的绘制规则n所有多边形都必须是平面的。n多边形的边缘决不能相交，而且多边形必须是凸的。p解决：对于非凸多边形，可以把它分割成几个凸多边形（通常是三角形），再将它
21、绘制出来。2023-1-3141多边形面的绘制p问题：轮廓图形状态会看到组成大表面的所有小三角形。处理OpenGL提供了一个特殊标记来处理这些边缘，称为边缘标记。glEdgeFlag（True）glEdgeFlag（False）412023-1-3142多边形面的属性p多边形面的正反属性（绕法）指定顶点时顺序和方向的组合称为“绕法”。绕法是任何多边形图元的一个重要特性。一般默认情况下，OpenGL认为逆时针绕法的多边形是正对着的。glFrontFace(GL_CW)；2023-1-3143多边形面的属性p多边形面的颜色nglShadeModel(GL_FLAT)用指定多边形最后一个顶点时的当前
22、颜色作为填充多边形的纯色，唯一例外是GL_POLYGON图元，它采用的是第一个顶点的颜色。n glShadeModel(GL_SMOOTH)从各个顶点给三角形投上光滑的阴影，为各个顶点指定的颜色之间进行插值。2023-1-3144多边形面的属性p多边形面的显示模式 glPolygonMode(GLenum face，GLenum mode)；n参数face用于指定多边形的哪一个面受到模式改变的影响。n参数mode用于指定新的绘图模式。442023-1-3145多边形面的属性p多边形面的填充 多边形面既可以用纯色填充，也可以用3232的模板位图来填充。void glPolygonStipple(
23、const GLubyte*mask);glEnable(GL_POLYGON_STIPPLE);452023-1-3146多边形面的属性p多边形面的法向量n法向量是垂直于面的方向上点的向量，它确定了几何对象在空间中的方向。n在OpenGL中，可以为每个顶点指定法向量。void glNormal3bsidf(TYPE nx,TYPE ny,TYPE nz);void glNormal3bsidfv(const TYPE*v);462023-1-3147OpenGL中的字符函数pGLUT位图字符 void glutBitmapCharacter(void*font,int character);
24、pGLUT矢量字符 void glutStrokeCharacter(void*font,int character);472023-1-3148OpenGL中的反走样p启用反走样 glEnable(primitiveType);p启用OpenGL颜色混和并指定颜色混合函数 glEnable(GL_BLEND);glBlendFunc(GL_SCR_ALPHA,GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);482023-1-3149OpenGL中的反走样p颜色混和函数用于计算两个相互重叠的对象的颜色。p在RGBA颜色模式（A表示透明度）中，已知源像素的颜色值为（Sr，Sg，Sb，Sa），目标
25、像素的颜色值为（Dr，Dg，Db，Da），颜色混合后像素的颜色为：（RSSr+RDDr，GSSg+GDDg，BSSb+BDDb，ASSa+ADDa）492023-1-3150OpenGL中的反走样p定义混合因子 void glBlendFunc(GLenum srcfactor,GLenum destfactor);50常量RGB混合因子Alpha混合因子GL_ZERO(0，0，0)0GL_ONE(1，1，1)1GL_SRC_COLOR（RS，GS，BS）ASGL_ONE_MINUS_SRC_COLOR(1，1，1)（RS，GS，BS）1ASGL_DST_COLOR（RD，GD，BD）ADGL_ONE_MINUS_DST_COLOR(1，1，1)（RD，GD，BD）1ADGL_SCR_ALPHA(AS，AS，AS)ASGL_ONE_MINUS_SRC_ ALPHA(1，1，1)(AS，AS，AS)1ASGL_DST_ALPHA(AD，AD，AD)ADGL_ONE_MINUS_DST_ ALPHA(1，1，1)(AD，AD，AD)1AD表表5-1 源混和因子和目标混合因子源混和因子和目标混合因子
