Вершины и примитивы
Определение атрибутов вершины

Положение вершины в пространстве

Положение вершины определяются заданием их координат в двух- ,трех-, или четырехмерном пространстве (однородные координаты). Это реализуется с помощью нескольких версий команды glVertex:

void glVertex[2 3 4][s i f d] (type coords)

void glVertex[2 3 4][s i f d]v (type *coords)

Каждая команда задает 4 координаты вершины: x, y, z и w. Команда glVertex2 получает значения x и y. Координата z в таком случае устанавливается по умолчанию равной 0, а координата w равной 1. Vertex3 получает координаты x, y, z и заносит в координату w значение 1. Vertex4 позволяет задать все 4 координаты.

Для ассоциации с вершинами цветов, нормалей, и текстурных координат используются текущие значения соответствующих данных. Эти значения могут быть изменены в любой момент путем использования соответствующих команд.

Цвет вершины

Для задания текущего цвета вершины используются команды

void glColor[3 4][b s i f] (GLtype components)

void glColor[3 4][b s i f]v (GLtype components)

Первые три параметра задают R, G, B компоненты цвета, а последний параметр определяет alpha-компонету, которая задает уровень прозрачности объекта. Если в названии команды указан тип ‘f’ (float), то значения всех параметров должны принадлежать отрезку [0,1], при этом по умолчанию значение alpha-компоненты устанавливается равным 1.0, что соответствует полной непрозрачности. Если указан тип ‘ub’ (unsigned byte), то значения должны лежать в отрезке [0,255].

Разным вершинам можно назначать различные цвета и тогда будет проводиться линейная интерполяция цветов по поверхности примитива.

Для управления режимом интерполяции цветов используется команда

void glShadeModel (GLenum mode)

вызов которой с параметром GL_SMOOTH включает интерполяцию (установка по умолчанию), а с GL_FLAT – отключает.

Нормаль

Аналогичным образом можно определить нормаль в вершине, используя команды

void glNormal3[b s i f d] (type coords)

void glNormal3[b s i f d]v (type coords)

Задаваемый вектор может не иметь единичной длины, но он будет нормироваться автоматически в режиме нормализации, который включается вызовом команды glEnable(GL_NORMALIZE). Команды

void glEnable (GLenum mode)

void glDisable (GLenum mode)

производят включение и отключение того или иного режима работы конвейера OpenGL. Эти команды применяются достаточно часто, и их влияние будет рассматриваться в конкретных случаях.

Примечание

Включение режима GL_NORMALIZE негативно влияет на скорость работы механизма визуализации OpenGL. В силу этого более предпочтительным является задание заранее приведенных к единичной длине нормалей. Нормализация нормалей необходима для правильного расчета освещения. Режим автоматической нормализации должен быть включен, если приложением используется преобразования растяжения/сжатия, поскольку в этом случае длина нормалей изменяется при умножении на видовую матрицу.

Операторные скобки Begin/End
Мы рассмотрели задание атрибутов одной вершины. Однако чтобы задать какую-нибудь фигуру, одних координат вершин недостаточно, и эти вершины надо объединить в одно целое, определив необходимые свойства. Для этого в OpenGL используется понятие примитивов, к которым относятся точки, линии, связанные или замкнутые линии, треугольники и так далее. Задание примитива происходит внутри командных скобок:

void glBegin (GLenum mode);

void glEnd (void);

Параметр mode определяет тип примитива, который задается внутри и может принимать следующие значения:

GL_POINTS каждая вершина задает координаты некоторой точки.

GL_LINES каждая отдельная пара вершин определяет отрезок; если задано нечетное число вершин, то последняя вершина игнорируется.

GL_LINE_STRIP каждая следующая вершина задает отрезок вместе с предыдущей.

GL_LINE_LOOP отличие от предыдущего примитива только в том, что последний отрезок определяется последней и первой вершиной, образуя замкнутую ломаную.

GL_TRIANGLES каждая отдельная тройка вершин определяет треугольник; если задано не кратное трем число вершин, то последние вершины игнорируются.

GL_TRIANGLE_STRIP каждая следующая вершина задает треугольник вместе с двумя предыдущими.

GL_TRIANGLE_FAN треугольники задаются первой и каждой следующей парой вершин (пары не пересекаются).

GL_QUADS каждая отдельная четверка вершин определяет четырехугольник; если задано не кратное четырем число вершин, то последние вершины игнорируются.

GL_QUAD_STRIP четырехугольник с номером n определяется

вершинами с номерами 2n-1, 2n, 2n+2, 2n+1.

GL_POLYGON последовательно задаются вершины выпуклого многоугольника.

Примечание

Использование GL_TRIANGLE_STRIP и GL_TRIANGLE_FAN позволяет повысить производительность приложения.

Например, чтобы нарисовать треугольник с разными цветами в вершинах, достаточно написать:

GLfloat BlueCol[3] = {0,0,1};

glBegin(GL_TRIANGLE);

glColor3f(1.0, 0.0, 0.0); /* красный */

glVertex3f(0.0, 0.0, 0.0);

glColor3ub(0,255,0); /* зеленый */

glVertex3f(1.0, 0.0, 0.0);

glColor3fv(BlueCol); /* синий */

glVertex3f(1.0, 1.0, 0.0);

glEnd();

Кроме задания самих примитивов можно определить метод их отображения на экране (под примитивами в данном случае понимаются многоугольники).

Однако сначала надо определить понятие лицевых и обратных граней.

Под гранью понимается одна из сторон многоугольника, и по умолчанию лицевой считается та сторона, вершины которой обходятся против часовой стрелки. Направление обхода вершин лицевых сторон можно изменить вызовом команды

void glFrontFace (GLenum mode)

со значением параметра mode равным GL_CW, а отменить - с GL_CCW.

Чтобы изменить метод отображения многоугольника используется команда

void glPolygonMode (GLenum face, Glenum mode)

Параметр mode определяет, как будут отображаться многоугольники, а параметр face устанавливает тип многоугольников, к которым будет применяться эта команда и может принимать следующие значения:

GL_FRONT для лицевых граней

GL_BACK для обратных граней

GL_FRONT_AND_BACK для всех граней

Параметр mode может быть равен:

GL_POINT при таком режиме будут отображаться только вершины многоугольников.

GL_LINE при таком режиме многоугольник будет представляться набором отрезков.

GL_FILL при таком режиме многоугольники будут закрашиваться текущим цветом с учетом освещения, и этот режим установлен по умолчанию.

Кроме того, можно указывать, какой тип граней отображать на экране. Для этого сначала надо установить соответствующий режим вызовом команды glEnable (GL_CULL_FACE), а затем выбрать тип отображаемых граней с помощью команды

void glCullFace (GLenum mode)

Вызов с параметром GL_FRONT приводит к удалению из изображения всех лицевых граней, а с параметром GL_BACK - обратных (установка по умолчанию).

Кроме рассмотренных стандартных примитивов в библиотеках GLU и GLUT описаны более сложные фигуры, такие как сфера, цилиндр, диск (в GLU) и сфера, куб, конус, тор, тетраэдр, додекаэдр, икосаэдр, октаэдр и чайник (в GLUT). Автоматическое наложение текстуры предусмотрено только для фигур из библиотеки GLU (создание текстур в OpenGL будет рассматриваться ниже).

Например, чтобы нарисовать сферу или цилиндр, надо сначала создать объект специального типа GLUquadricObj с помощью команды

GLUquadricObj* gluNewQuadric(void);

а затем вызвать соответствующую команду:

void gluSphere (GLUquadricObj * qobj, GLdouble radius, GLint slices, GLint stacks)

void gluCylinder (GLUquadricObj * qobj,GLdouble baseRadius,GLdouble topRadius, GLdouble height, GLint slices, GLint stacks)

где параметр slices задает число разбиений вокруг оси z, а stacks – вдоль оси z.

Примечание

Более подробную информацию об этих и других командах построения примитивов можно найти в приложении.

Для корректного построения перечисленных примитивов необходимо удалять невидимые линии и поверхности, для чего надо включить соответствующий режим вызовом команды glEnable(GL_DEPTH_TEST).

Массивы вершин
Если вершин много, то чтобы не вызывать для каждой команду glVertex..(), удобно объединять вершины в массивы, используя команду

void glVertexPointer (GLint size, GLenum type, GLsizei stride, void *ptr)

которая определяет способ хранения и координаты вершин. При этом size определяет число координат вершины (может быть равен 2, 3, 4), type определяет тип данных (может быть равен GL_SHORT, GL_INT, GL_FLOAT, GL_DOUBLE). Иногда удобно хранить в одном массиве другие атрибуты вершины, и тогда параметр stride задает смещение от координат одной вершины до координат следующей; если stride равен нулю, это значит, что координаты расположены последовательно. В параметре ptr указывается адрес, где находятся данные.

Аналогично можно определить массив нормалей, цветов и некоторых других атрибутов вершины, используя команды

void NormalPointer ( GLenum type, GLsizei stride, void *pointer )

void ColorPointer ( GLint size, GLenum type, GLsizei stride, void *pointer )

Для того, чтобы эти массивы можно было использовать в дальнейшем, надо вызвать команду

void glEnableClientState (GLenum array)

с параметрами GL_VERTEX_ARRAY, GL_NORMAL_ARRAY, GL_COLOR_ARRAY соответственно. После окончания работы с массивом желательно вызвать команду

void glDisableClientState (GLenum array)

с соответствующим значением параметра array.

Для отображения содержимого массивов используется команда

void glArrayElement (GLint index)

которая передает OpenGL атрибуты вершины, используя элементы массива с номером index. Это аналогично последовательному применению команд вида glColor..(…), glNormal..(…), glVertex..(…) c соответствующими параметрами. Однако вместо нее обычно вызывается команда

void glDrawArrays (GLenum mode, GLint first, GLsizei count)

рисующая count примитивов, определяемых параметром mode, используя элементы из массивов с индексами от first до first+count-1. Это эквивалентно вызову команды glArrayElement() с соответствующими индексами.

В случае если одна вершина входит в несколько примитивов, то вместо дублирования ее координат в массиве удобно использовать ее индекс.

Для этого надо вызвать команду

void glDrawArrays (GLenum mode, GLsizei count, GLenum type, void *indices)

где indices – это массив номеров вершин, которые надо использовать для построения примитивов, type определяет тип элементов этого массива: GL_UNSIGNED_BYTE, GL_UNSIGNED_SHORT, GL_UNSIGNED_INT, а count задает их количество.

Примечание

Использование массивов вершин позволяет повысить скорость визуализации трехмерной сцены

Списки отображения
Если нужно несколько раз обращаться к одной и той же группе команд, эти команды можно объединить в так называемый список изображений (display list) и вызывать его при необходимости. Для того, чтобы создать новый список изображений надо поместить все команды, которые должны в него войти между командными скобками:

void glNewList (GLuint list, GLenum mode)

void glEndList ()

Для различения списков используются целые положительные числа, задаваемые при создании списка значением параметра list, а параметр mode определяет режим обработки команд, входящих в список:

GL_COMPILE команды записываются в список без выполнения

GL_COMPILE_AND_EXECUTE команды сначала выполняются, а затем записываются в список

После того, как список создан, его можно вызвать командой

void glCallList (GLuint list)

указав в параметре list идентификатор нужного списка. Чтобы вызвать сразу несколько списков, можно воспользоваться командой

void glCallLists (GLsizei n, GLenum type, const GLvoid *lists)

вызывающей n списков с идентификаторами из массива lists, тип элементов которого указывается в параметре type. Это могут быть типы GL_BYTE, GL_UNSIGNED_BYTE, GL_SHORT, GL_INT, GL_UNSIGNED_INT и некоторые другие. Для удаления списков используется команда

void glDeleteLists (GLint list, GLsizei range)

которая удаляет списки с идентификаторами ID из диапазона list <= ID <= list+range-1.