计算机图形学第六章OpenGL基本图元的绘制.ppt

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1、Lecture 6OpenGL基本图元的绘制基本图元的绘制 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（的程序结构（6_1）auxInitDisplayMode(AUX_SINGLE|AUX_RGBA)设置设置窗口显示模式为窗口显示模式为RGBA方式，即彩色方式，并且图形缓方式，即彩色

2、方式，并且图形缓存为单缓存（存为单缓存（SINGLE BUFFER）。）。auxInitPosition(0,0,500,500)定义窗口的初始位置，前定义窗口的初始位置，前两个参数两个参数(0,0)为窗口的左上角点的屏幕坐标，后两个参为窗口的左上角点的屏幕坐标，后两个参数数(500,500)为窗口的宽度和高度。为窗口的宽度和高度。auxInitWindow(AUX_SAMPLE)是窗口初始化，字符是窗口初始化，字符参数是窗口名称。参数是窗口名称。OpenGL的程序结构（的程序结构（6_1）auxReshapeFunc()和和auxMainLoop()，参数都是一个，参数都是一个函数指针，指向

3、的都是回调函数（回调函数定义用函数指针，指向的都是回调函数（回调函数定义用CALLBACK说明）。说明）。auxReshapeFunc()是窗口形状重定函数，参数指针指是窗口形状重定函数，参数指针指向函数向函数myReshape()，它的两个参数就是窗口的，它的两个参数就是窗口的新宽度和新高度。然后用新宽度和新高度。然后用glViewport(0,0,w,h)重定视口，重定视口，并且在新视口内重新定义投影矩阵。并且在新视口内重新定义投影矩阵。AUX库显示坐标范围库显示坐标范围(6_2)设定视区的函数，即指定一个显示窗口的范围（程序设定视区的函数，即指定一个显示窗口的范围（程序6_2）void

4、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。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初始化显示窗口的大小AUX库显示坐标范围库显示坐标范围如果使用如果使用auxReshapeFunc(myReshape);设定了窗口设定了窗口形状重定函

5、数。则显示窗口的坐标范围为形状重定函数。则显示窗口的坐标范围为11。其绘。其绘图像的过程是把图像的过程是把11范围的坐标点映射到屏幕坐标。范围的坐标点映射到屏幕坐标。如果未使用如果未使用auxReshapeFunc(myReshape);设定窗口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形状重定函数。则显示窗口的坐标范围为实际窗口的尺寸。寸。OpenGL的状态机制的状态机制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，置了一种状态或模式而不改变它，OpenGL在绘图的过在绘图的过程中将一直保持这种状态或模

6、式。程中将一直保持这种状态或模式。例如：例如：Void myinit(void)glClearColor(0.0,0.0,0.0,0.0);OpenGL的状态机制的状态机制其中函数其中函数glClearColor(0.0,0.0,0.0,0.0)将视口背景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：保持黑色。其他状态有：模型变换模型变换线及多边形的填充图案线及多边形的填充图案多边形绘制模式多边形绘制模式光源的位置及特性光源的位置及特性被绘制物体的材质等被绘制物体的材质等基于基于MFC的的OpenGL编程编程(6

7、_3)OpenGL辅助函数库提供了一些窗口和事件管理函数，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。而但提供的功能有限。而MFC却提供了大量对窗口和事件却提供了大量对窗口和事件管理和控制的函数。管理和控制的函数。图形操作描述图形操作描述像素格式像素格式图形操作描述图形操作描述每一个每一个Windows程序都必须设置设备描述表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。诸多信息，例如：指定绘图模式、画笔和刷子的颜色。OpenGL的的Windows程序也必须使用程

8、序也必须使用DC。OpenGL还必须处理专用的绘图描述表还必须处理专用的绘图描述表RC(Rendering Contexts),一个一个OpenGL应用程序必须创建一个绘图描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述表，然后启动它，最后在所定义的窗口内按常规方式调用调用OpenGL函数绘图。函数绘图。图形操作描述图形操作描述首先得到设备描述表首先得到设备描述表DC（设备上下文）：（设备上下文）：m_pDC=new CClientDC(this);创建绘图描述表创建绘图描述表/Create rendering contenthrc=wglCreateContex

9、t(m_pDC-GetSafeHdc();图形操作描述图形操作描述绘图：绘图：设置一个线程的当前绘图描述表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在创建一个绘图描述表之前，

10、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：的像素格式，像素格式含有设备绘图界面的属性：颜色模式（颜色模式（RGBA模式模式/颜色索引模式）颜色索引模式）单单/双缓冲区双缓冲区颜色、深度、累加和模板缓冲区所用的位数颜色、深度、累加和模板缓冲区所用的位数像素格式像素格式PIXELFORMATDESCRIPTOR pfd=sizeof(PIXELFORMATDESCRIPTOR),/该结构所占空间该结构所占空间1,/版本号，当前为版本号，当前为1PFD_DRAW_TO_WINDOW|/支持支持windows的屏幕绘图的屏幕绘图 PFD_SUPPORT_OPENGL|/支持支持

11、OpenGL PFD_DOUBLEBUFFER,/支持双缓存支持双缓存PFD_TYPE_RGBA,/支持支持RGBA 颜色模式颜色模式24,/24位颜色深度位颜色深度0,0,0,0,0,0,/红绿蓝颜色分量和偏移量所占位数相同红绿蓝颜色分量和偏移量所占位数相同0,/无无alpha分量分量0,/无无alpha偏移量偏移量0,/无累加缓冲区无累加缓冲区0,0,0,0,/忽略累加缓冲区的个分量忽略累加缓冲区的个分量32,/32位的深度缓冲区位的深度缓冲区0,/无模板缓冲区无模板缓冲区0,/无辅助缓冲区无辅助缓冲区PFD_MAIN_PLANE,/WIN98、NT下只能是下只能是PFD_MAIN_PLA

12、NE0,/保留，当前为保留，当前为00,0,0 /忽略覆盖层的屏蔽忽略覆盖层的屏蔽;像素格式像素格式设定像素格式后，进行如下的操作：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使用设备描述表选择一个像素格式pixelformat=ChoosePixelFormat(m_pDC-GetSafeHdc(),&pfd)实际设置当前设备描述表的像素格式实际设置当前设备描述表的像素格式SetPixelFormat(m_pDC-GetSafeHdc(),pixelformat,&pfd)使用设备描述表创建

13、绘图描述表使用设备描述表创建绘图描述表hrc=wglCreateContext(m_pDC-GetSafeHdc();定义顶点序列定义顶点序列void glBegin(GLenum mode)功能：描述一个几何图元顶点序列的开始。功能：描述一个几何图元顶点序列的开始。参数说明：参数说明：mode：指出图元的类型。：指出图元的类型。void glEnd(void)功能：标记顶点序列的结束。功能：标记顶点序列的结束。函数函数glVertex()可定义一个点可定义一个点。定义顶点序列定义顶点序列例如：绘制一个多边形边界（例如：绘制一个多边形边界（POLYGON）：）：glBegin(GL_POLYG

14、ON)glVertex2f(0.0,0.0);/Vertex 0givedex2f(0.0,3.0);/Vertex 1glVedex2f(3.0,3.0);/Vertex 2alVenex2f(4.0,1.5):/Vertex 3givedex2f(3.0,0.0);/Vertex 4glVertex2f(0.0,0.0);/Vertex 0glEnd();几何图元类型和说明几何图元类型和说明 几何图元类型和说明几何图元类型和说明 几何图元类型几何图元类型(6_4)几何图元类型几何图元类型 GL_POINTSGL_LINESGL_LINE_STRIPGL_LINE_LOOPGL_POLYGO

15、NGL_QUADSGL_QUAD_STRIPGL_TRIANGLESGL_TRIANGLE_STRIPGL_TRIANGLE_FAN几何图元类型点点GL_POINTS:N个顶点个顶点V0,V1,Vn-1构成构成 离散的顶点序离散的顶点序列。列。在在OpenGL中一个点是当作一个中一个点是当作一个n维（维（n=2，3，4）向量）向量来处理的。来处理的。glVertex2f（2.0,1.0）指定一个顶点的坐标（）指定一个顶点的坐标（2.0,1.0），），则在实际计算中则在实际计算中OpnGL是处理点（是处理点（2.0,1.0,0.0）glVertex2,3,4sifd(V)(TYPE coords

16、)参数说明：参数说明：coords：用一个数组或用齐次坐标：用一个数组或用齐次坐标(x,y,z,w)赋顶点坐标赋顶点坐标 画点的例程画点的例程glBegin(GL_POINTS);glVertex3f(0.0,0.0,0.0)glVertex3f(50.0,50.0,50.0)glEND();glBegin的参数的参数GL_POINTS告诉告诉OpenGL，下面的顶点应，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。绘制出来，其颜色为缺省值点的属性。点的大小点的大小 OpenGL提提供供了了可可以以

17、控控制制点点的的大大小小的的函函数数。点点大大小小的的默默认认值值是是一一个个像像素素。可可以以用用函函数数glPointsize（）修修改改这这个个值值，以设定点的大小：以设定点的大小：void glPointsize(GLfloat size)直线直线GL_LINES:N个顶点个顶点V0,V1,Vn-1每每2个一组画线段，即个一组画线段，即V0-V1，V2-V3，共计画，共计画N/2条线。条线。若若N为奇数，则第为奇数，则第N个点个点Vn-1每忽略。每忽略。直线的绘制直线的绘制 下下面面的的代代码码在在两两个个点点（0，0，0）和和（50，50，50）之之间间画一根直线。画一根直线。glB

18、egin(GL_LINES);glVertex3f(0.0,0.0,0.0)glVertex3f(50.0,50.0,50.0)glEND();注意：在注意：在OpenGL中，参数中，参数GL_LINES对每两个指定的顶对每两个指定的顶点画一根直线。如果点画一根直线。如果GL_LINES指定奇数个顶点，那么指定奇数个顶点，那么最后一个顶点将会被忽略。最后一个顶点将会被忽略。折线折线GL_LINE_STRIP:画一折线：画一折线：V0-V1，V1-V2，V2-V3，Vn-2-Vn-1，共计，共计N-1条线段。条线段。注意：注意：（1）最后一点与第一点之间不连线，即不形成回路。但）最后一点与第一点

19、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。效果。（2）必须满足）必须满足N1的条件，否则什么也画不出来。的条件，否则什么也画不出来。折线例程折线例程 图元类型：图元类型：GL_LINE_STRIPglBegin(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();封闭折线封闭折线GL_LINE_LOOP:与上面与上面GL_LINE_STRIP的唯一不同之的唯一

20、不同之处在于：处在于：GL_LINE_LOOP的最后一个顶点与第一个顶的最后一个顶点与第一个顶点之间进行连线共计点之间进行连线共计N条线段形成回路。条线段形成回路。封闭折线例程封闭折线例程 图元类型：图元类型：GL_LINE_LOOPglBegin(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();xyxyP0(0,0,0)P1(50,50,0)P2(50,100,0)P0(0,0,0)P1(50,50,0)P2(50,100,0)线型线型(6

21、_6)为了使用点画线，必须用以下指令先启动点画线模式。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：此命令有以下参数：factor是是一一个个从从1到到255的的值值，它它表表示示pattern参参数数中中所所规规定定的的像像素的重复次数，即素的重复次数，即patten参数中每一位能影响的像素数。参数中每一位能影响的像素数。pattern是是画画线线操操作作时时的的一一个个样样板板。它它是是二二进进制制的的一一个个0和和1序序列列，在这个序列中在这个序列中0表示不画点，表示不

22、画点，1表示画点。表示画点。线型线型如如果果启启动动点点画画线线操操作作，线线上上的的点点由由pattern决决定定是是否否绘绘制制，即即从从Pattern的的最最低低位位开开始始，逐逐个个绘绘制制线线段段上上面面的的点点，如如果果式式样样用用完完后后，线线段段还还没没有有画画完完，可可重重新新装装入入式式样样，上上面所说的绘制是指当前颜色绘制该点。面所说的绘制是指当前颜色绘制该点。例如：例如：glLineStipple(1，0 x3F07)0 x3F070 x3F07转转化化为为二二进进制制为为0011 0011 1111 1111 0000 0000 01110111。在在画画线线操操作作

23、时时，首首先先开开始始的的3 3个个象象素素点点绘绘制制，接接下下来来5 5个个点点不不绘绘制制，6 6个个点点绘绘制制，2 2个个象象素素点点不不绘绘制制。如如果果点点画画线线的的样样板板用完，将继续从头开始。用完，将继续从头开始。又又如如：glLineStippleglLineStipple（）中中factor=2factor=2，那那么么patternpattern实实际际上上就就成成为为：00001111 00001111 11111111 11111111 00000000 00000000 0011111100111111，则则结结果果为为6 6个个象象素素点点画画，1010个个不

24、不画画，1212个个画画，4 4个个象素点不画。象素点不画。启动点画线用启动点画线用glEnable（GL_LINE_STIPPLE）。）。关闭点画线用关闭点画线用glDisable（GL_LINE_STIPPLE）。）。线宽线宽 可可以以在在画画线线时时使使用用glLineWidth(GLfloat width)来来控控制制线的宽度。线的宽度。glLineWidth（）函函数数用用一一个个参参数数来来指指定定要要画画的的线线以以像像素计的近似宽度，函数形式如下：素计的近似宽度，函数形式如下：glLineWidth（GLFloat width）此函数中，此函数中，width0.0，缺省值，缺省

25、值width=1.0。线宽线宽线线宽宽和和点点的的大大小小一一样样，不不是是所所有有线线宽宽都都支支持持，我我们们要要确确保保指指定定的的线线宽宽是是可可用用的的。下下面面的的代代码码可可以以获获得得线线宽宽的的范范围围和和它它们们之之间间的最小间隔：的最小间隔：GLfloat sizes 2;Glfloat step;GlGetFloatv(GL_LINE_WIDTH_RANGE,sizes);GlGetFloatv(GL_LINE_WIDTH_GRANULARITY,&step);sizes数数组组包包含含两两个个元元素素，即即为为glLineWidth的的最最小小有有效效值值和和最最大大

26、有效值。另外，变量有效值。另外，变量step用来保存线宽之间允许的最小增量。用来保存线宽之间允许的最小增量。多边形的绘制多边形的绘制(6_5)(6_5)多多边边形形指指封封闭闭曲曲线线围围成成的的区区域域。但但OpenGL中中的的可可以以描描述述的的多多边边形形有有两两点限制：点限制：（1）多多边边形形的的边边不不能能自自相相交交，即即边边和和边边除除了了多多边边形形的的顶顶点点外外不不可可以以相相交。交。（2）多边形必须是凸多边形。）多边形必须是凸多边形。这这些些限限制制是是为为特特别别需需要要设设制制的的。首首先先所所有有的的多多边边形形都都可可以以分分割割为为多多个个凸多边形。限制多边形

27、的类型容易实现硬件加速。凸多边形。限制多边形的类型容易实现硬件加速。在在OpenGL中，多边形的绘制也是由函数中，多边形的绘制也是由函数gIBegin()和和81End()来完成的。来完成的。多边形的绘制多边形的绘制(6_5)(6_5)最最简简单单的的多多边边形形是是三三角角形形，它它只只有有三三条条边边。GL_TRIANGLES图图元元通通过过把把三三个个顶顶点点连连接接到到一一起起而而画画出三角形。下面的代码可画出一个三角形，如图出三角形。下面的代码可画出一个三角形，如图6.5所示。所示。glBegin(GL_TRIANGLES);glVertex3f(0.0,0.0,0.0);glVer

28、tex3f(25.0,25.0,0.0);glVertex3f(50.0,0.0,0.0);glEnd();P0P2P3yxO多边形多边形GL_POLYGON：采用：采用GL_POLYGON绘制多边形应注意：绘制多边形应注意：（1）顶点数）顶点数N=3，否则什么也画不出来。，否则什么也画不出来。（2）多边形各边不允许相交。）多边形各边不允许相交。（3）只能画凸多边形。）只能画凸多边形。例如：一下情况均非法。例如：一下情况均非法。三角面片三角面片GL_TRIANGLES:每每3个顶点最为一个独立的三角形，共个顶点最为一个独立的三角形，共画画N/3个三角形。如果个三角形。如果N不是不是3的倍数，则

29、将的倍数，则将N除以除以3余余下的下的1或或2个顶点忽略。个顶点忽略。四边形面片四边形面片GL_QUADS:每每4个顶点作为一个独立的四边形，共计画个顶点作为一个独立的四边形，共计画N/4个四边形。个四边形。注意：注意：（1）四边形应满足多边形的性质，为非凹多边形。）四边形应满足多边形的性质，为非凹多边形。（2）如果）如果N不是不是4的倍数，则将的倍数，则将N除以除以4余下的顶点忽略余下的顶点忽略（3）不同四边形的边可以相交。）不同四边形的边可以相交。连续三角形连续三角形GL_TRIANGLES_STRIP：画一组以次相连的三角形，：画一组以次相连的三角形，相邻的三角形共一条边。相邻的三角形共

30、一条边。连续三角形绘画的过程为：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：给定一个点的序列，先绘制三角形：V0-V1-V2，然后以，然后以次绘制三角形：次绘制三角形：V1-V2-V3，V2-V3-V4 等等连续四边形连续四边形GL_QUAD_STRIP：画一组以次相连的四边形。相邻的：画一组以次相连的四边形。相邻的四边形共一条边。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，而是先画三角V0-V1-V2再画三角形再画三角形V1-V2-V3。多边形的绘制方式（多边形的绘制方式（6_9）

31、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。形式给出。函数函数glPolygonMode用来控制多边形的属性，包括前后面的控制以及多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。边形究竟是填充型、轮廓型还是顶点。Void glPolygonMode(GLenum face，GLenum mode)；参数参数face可选常量为可选常量为GL_FRONT_AN

32、D_BACK、GL_FRONT、GL_BACK，通常规定顶点逆时针排列的面朝前。，通常规定顶点逆时针排列的面朝前。Mode控制多边形的光控制多边形的光栅化方法，可用的参数为栅化方法，可用的参数为GL_POINT、GL_LINE、GL_FILL：GL_POINT:仅绘制顶点。仅绘制顶点。GL_LINE:仅绘制轮廓。仅绘制轮廓。GL_FILL:多边形填充。多边形填充。多边形的绘制方式多边形的绘制方式反转多边形面反转多边形面Void glFrontFace(GLenum mode)；该函数用于确定多边形那一面朝前。该函数用于确定多边形那一面朝前。ModeGL_CCW表示顶点逆时针表示顶点逆时针排列为

33、朝前面，排列为朝前面，GL_CW表示顶点顺时针排列的面为朝前面。表示顶点顺时针排列的面为朝前面。多边形的绘制方式多边形的绘制方式 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();glT

34、ranslatef(3.5f/5,0,0);glFrontFace(GL_CW);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();图案填充图案填充(6_7)多多边边形形可可以以是是以以多多种种方方式式填填充充的的多多边边形形，OpenGL提提供供了了定定义义多边形的点画样式的函数多边形的点画样式的函数g1PolygonStipple（），下面具体介绍。

35、（），下面具体介绍。g1PolygonStipple（glubyte*mask）参数说明：参数说明：mask指向一个指向一个3232位图的指针。位图的指针。128个字节。个字节。另外的两个相关函数是：另外的两个相关函数是：gIEnable(GL_POLYGON_STIPPLE)启动多边形点画式样。启动多边形点画式样。glDisable(GL_POLYGON_STIPPLE)关闭多边形点画式样。关闭多边形点画式样。Sierpinski衬垫衬垫(6_8)Sierpinski衬垫衬垫void S_Gasket(float x1,float y1,float x2,float y2,float x3,

36、float y3,int n)float x12,y12,x13,y13,x23,y23;if(n0)x12=(x1+x2)/2;y12=(y1+y2)/2;x13=(x1+x3)/2;y13=(y1+y3)/2;x23=(x2+x3)/2;y23=(y2+y3)/2;S_Gasket(x1,y1,x12,y12,x13,y13,n-1);S_Gasket(x12,y12,x2,y2,x23,y23,n-1);S_Gasket(x13,y13,x23,y23,x3,y3,n-1);else triangle(x1,y1,x2,y2,x3,y3);字符字符 OpenGL本身没有附带字体的支持。在在OpenGL中可以使用其他方法来渲染字体，这里有两种中可以使用其他方法来渲染字体，这里有两种方法：位图、画轮廓（多边形）方法：位图、画轮廓（多边形）在在windows中可以使用中可以使用windows API函数实现字符的绘函数实现字符的绘制。制。