Использование библиотеки OpenGL

Источник: ishodniki

Эта достаточно большая статья посвящена обзору библиотеки расширения OpenGL написанная Ricardo Sarmiento. Все примеры приведенные ниже написаны с использованием этой библиотеки - точнее я нашел примеры и написал статью. Cтатья скорее обзор возможностей технологии OpenGL, чем руководство к программированию. Хотя некоторые функции и процедуры Вы можете использовать и для своих приложений - например чтение файлов DXF.

Хочу разъяснить ситуацию со всевозможными версиями библиотек и заголовочных файлов OpenGL.

Начиная с Delphi 3 в каталоге Source можно найти файл OpenGL.pas - это и есть оригинальная версия заголовков библиотеки OpenGL. Она получена трансляцией файлов Gl.h и Glu.h, соответственно с языка C.

Существует еще одно практически стандартное расширение - Glut. В оригинале Glut.h и ее трансляция на Delphi Glut.pas. Это расширение создано для более быстрого построения различных объектов OpenGL и набор полезных процедур.

Все остальные версии библиотек и заголовков OpenGL являются расширениями стандартной версии и пишутся сторонними производителями. Как и та, о которой пойдет речь ниже.

Призываю использовать стандартную библиотеку OpenGL. Во первых вы получите наибольшую быстроту исполнения кода, и совместимость. Но в статье я использую обзор библиотеки расширения OpenGL, почему? Дело в том, что новичку порой сложно разобраться в дебрях программирования, а расширение стандартной библиотеки позволяет быстро написать код и получить зрелищный результат. Именно результат может подтолкнуть вас на дальнейшее изучение библиотеки OpenGL.

Итак начнем. Приведу иерархию объектов, использованных в данной библиотеке:

Введение

Пример 1

В этом примере рассмотрены следующие вопросы :

Создание сцены TSceneGL

...
Scene:TSceneGL;
... 
Scene:=TSceneGL.create; // Создаем новую сцену ....

Создание объекта TEntity - куб, задание его с помощью TFace, установка цвета и добавление на сцену.

....
cube:Tentity; Face:TFace; ....
Cube:=TEntity.create; // Создаем пустой объект TEntity
Cube.SetColor(90,200,150); // Инициируем цвета R,G,B
Face:=cube.addFace;
// Создаем 1-й face в исходном кубе всего 6 граней ( в кубе )
Face.AddVertex(1.0, 1.0, 1.0,0.0, 0.0, 1.0); // добавляем 1-й vertex
Face.AddVertex(-1.0, 1.0, 1.0,0.0, 0.0, 1.0); // добавляем 2-й vertex
Face.AddVertex(-1.0, -1.0, 1.0,0.0, 0.0, 1.0);// добавляем 3-й vertex
Face.AddVertex(1.0, -1.0, 1.0,0.0, 0.0, 1.0);// добавляем 4-й vertex
....
Scene.Entities.add(cube);// добавим куб на сцену

Задание источника света Tlight и добавление на сцену.

light:=Tlight.create(1); // создадим источник света и добавим его на сцену
Scene.lights.add(light);

Инициализация сцены

// передадим Handle Panel1 нашей сцене, на ней будет происходить рендеринг
Scene.InitRC(panel1.handle);
Scene.UpdateArea(panel1.width,panel1.height);

Простейший поворот объекта

procedure TForm1.Timer1Timer(Sender: TObject);
begin
// изменяем rx, ry,rz
....
Tentity(Scene.Entities.Items[0]).Rotate(rx,ry,rz); // повернем куб
Scene.Redraw; // ... и обновим сцену
end;

Пример 2

Отличия от предыдущего примера: Оъекта TEntity - дельфин задается не через TFace, а грузится из DXF файла - что очень упрощает жизнь.

...
Dolphin:=TEntity.create;
Dolphin.SetColor(100,100,160);
Dolphin.LoadDXF('..Dolphin.dxf',true);
with dolphin do
begin
  move(0,0,-15); // переместим немного назад
  rotate(-30,-30,-30); // и повернем
end;
Scene.entities.add(dolphin); // добавим дельфина на сцену
...

Пример 3

Изменения: У объекта Dolphin ищутся нормали к TFace, при этом получается эффект объемного пространства:

....
Dolphin.CalcNormals; // высчитываем нормали векторов объекта
Dolphin.Center;
....

Пример 4

Добавили класс T3DMouse - теперь можно манипулировать объектами.

procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject);
....
Mouse:=T3DMouse.create(dolphin); // Создаем T3DMouse для нашего объекта
Mouse.scale(1,1,0.1,1,1,1); // задаем скорость перемещения и поворота
....

Перемещение объекта можно осуществить:

procedure TForm1.Panel1MouseMove(Sender: TObject; Shift: TShiftState; X, Y: Integer);
begin
Mouse.move(x,y,shift); // обновляем объект - дельфин в новых координатах
Scene.Redraw; // перерисуем сцену
end;

Можно установить блокировку на перемещение :

...
Mouse.Block(4,TspeedButton(sender).down); // блокировка поворота rx
...

Пример 5

Добавим управление отображением :

....
case dolphin.wireframe of
  0:begin
      speedbutton5.caption:='Линии';
      dolphin.wireframe:=1;
    end;
  1:begin
      speedbutton5.caption:='Заливка';
      dolphin.wireframe:=2;
    end;
  2:begin
      speedbutton5.caption:='Точки';
      dolphin.wireframe:=0;
    end; 
end;
Scene.Redraw; // обновим сцену
...

Пример 6

Соберем все в один пример, добавим возможность печати и покажем FPS при повороте.

Ну вот, самая основа должна стать Вам понятна. Если у Вас не запускаются примеры, проверьте наличие библиотек Opengl32.dll и Glu32.dll. Исходники примеров находятся в каталогах Demo1-XXX.

Текстуры

Эта глава посвящена текстурированию объектов в OpenGL. В каждом примере я даю пояснения только к новому. По этому лучше посмотреть сначала пример 1 потом 2, а не начинать с примера 5. В этой главе описаны примеры использующие фильтрации текстур, и при использовании GL_linear нужен 3D ускоритель, иначе будет работать ОЧЕНЬ медленно.

Пример 1

Закрашиваем полигоны

....
point:TVertex;
....
begin
  // Получаем выбранный полигон при нажатии на панель Panel1 
  mouse.FindVertex(x,panel1.height-y,Scene,point); 
  for i:=1 to numFound do // Для всех полигонов найденных по Mouse.FindVertex
  begin
    poly:=VertexHits[i] shr 16;
    vert:=VertexHits[i] mod 65536;
    If (poly "<" Dolphin.Faces.count) and
       (vert"<"Tface(Dolphin.Faces.Items[poly]).Vertices.count) then
    begin
      // получаем составляющие цвета из ColorActual (TColor) 
      ir:=(ColorActual) mod 256; // R
      ig:=(ColorActual shr 8) mod 256; // G
      ib:=(ColorActual shr 16) mod 256; // B
      Tvertex(Tface(Dolphin.Faces.Items[poly].
      Vertices.items[vert]).point.setcolor(ir,ig,ib);
    end;
  end;
end;

Пример 2

Формат DXF является очень неудобным для записи т.к. имеет большие размеры. Для этого автор создает другой формат записи. Добавлена функция чтения-записи.

Пример 3

Наложение текстур на объект

 
thing.CreateTexture; // добавим текстуры на объект
thing.texture.LoadTexture('texture.bmp');
thing.texture.automatic:=False;
...
// а далее идет рутинный процесс задания вершин для текстур у каждой поверхности объекта
with thing do
begin
  vertex:=Tvertex(Tface(thing.faces.items[1]).vertices.items[0]);// x,y,z =0,0,0
  vertex.tx:=1;
  vertex.tz:=0;
...
end;

Да в качестве эксперимента вы можете убрать все начиная с with thing do ..... end (задания точек для текстур ) и переписать thing.texture.automatic:=true.

Использование типов фильтрации текстур

thing.Texture.MagFilter:=GL_linear;

или

thing.Texture.MagFilter:=GL_nearest;

Пример 4

Установка прозрачности у текстур (альфа каналов)

thing.texture.EnvironmentMode:=GL_decal; // Установка transparent texturing 
thing.texture.envblendcolor[3]:=scrollbar1.position; // Значение 0 - 255

При запуске программы сначала создается сцена с освещением, но объект создается только после установки, по выполнению процедуры FormCreate_partII.

Пример 5

Программная текстура :) Процесс прост - при нажатии на кнопки с цифрами мы создаем TBitmap и через его Canvas пишем эти цифры. Далее сохраняем этот ТBitmap в файл 'texture.bmp'. Удаляем с экрана компа старую текстуру и загружаем новую из ранее созданного 'texture.bmp'.

Исходные тексты всех примеров находятся в каталогах Demo2-XXX

Освещение

Пример 1

В этом примеры показано как задать параметры источника. Ранее источник света задавался по умолчанию. Создадим источник типа прожектор

(CLspot). Light:=Tlight.create(1);
Light.LightType:=CLspot;
Light.CutOffAngle:=5;
Light.SpotExponent:=100;

Параметр CutOffAngle - угол расхождения луча.

SpotExponent - параметр затухания источника.

Light.SetOrientation(0,-1,0);
Light.Source.SetPosition(0,5,-20);

Грубо говоря это коэфициент показывающий как далеко пройдет свет. Если SpotExponent=0, то пучек света уходит в бесконечность. Идем далее :

Задаем ориентацию прожектора и его положение в системе координат.
При изменении позиций полос прокрутки просто меняем компоненты цвета в источнике. Например для Ambient :

SBlightRed.position:=round(Light.Fambient[0] * 100);
SBlightGreen.position:=round(Light.Fambient[1] * 100);
SBlightBlue.position:=round(Light.Fambient[2] * 100);

Пример 2

Наиболее полно контролируем параметры освещения и даже перемещем источник в пространстве.

Все, исходные тексты всех примеров этой главы вы найдете в каталогах Demo3-XXX

Туман

Пример 1

Установить поддержку тумана в сцене очень просто :

scene:TSceneGL;
...
scene.fogEnabled:=True;

Все остальное в примере это установка параметров тумана :

Тип тумана может быть :

fogType:=Gl_Linear;
fogType:=GL_exp;
fogType:=GL_exp2;

Минимальная и максимальная дистанция :

fogMaxDist
fogMinDist

Интенсивность :

fogDensity

Цвет для каждой компоненты RGB :

scene.fogcolor[0]; R
scene.fogcolor[1]; G
scene.fogcolor[2]; B

После каждого изменения параметров не забывайте вызывать Redraw. Для нормального эффекта тумана очень важно подобрать правильный цвет фона и самого тумана. Они должны примерно совпадать /см картинку /.

Файлы для загрузки

Примеры

Использование библиотеки OpenGL (исходники)

Введение

Пример 1

Пример 2

Пример 3

Пример 4

Пример 5

Пример 6

Текстуры

Пример 1

Пример 2

Пример 3

Пример 4

Пример 5

Освещение

Пример 1

Пример 2

Туман

Пример 1