Использование OpenGL

Использование OpenGL

37

Министерство образования и науки Украины

Луганский национальный педагогический университет имени Тараса Шевченко

Институт экономики и бизнеса

Курсовая работа

На тему:

Использование OpenGL

Выполнил

Студент 3 курса

Кравченко А.С.

Проверил

Кутепова Л.М.

Луганск 2004

Оглавление

• 1.1. Программный код OpenGL 5
• 1.2. Синтаксис команд OpenGL 8
• 1.3 OpenGL как конечный автомат 10
• 1.4. Конвейер визуализации OpenGL 11
• 1.4.1. Конвейер 11
• 1.4.2 Списки вывода 12
• 1.4.3 Вычислители 13
• 1.4.4 Операции обработки вершин 13
• 1.4.5 Сборка примитивов 13
• 1.4.6 Операции обработки пикселей 14
• 1.4.7 Сборка текстуры 15
• 1.4.8. Растеризация 15
• 1.4.9 Операции обработки фрагментов 16
• 2 Библиотеки, относящиеся к OpenGL 17
• 2.1 Библиотека OpenGL 17
• 2.2. Подключаемые файлы 19
• 2.3 GLUT, инструментарий утилит библиотеки OpenGL 20
• 2.3.1. Инструментарий библиотек 20
• 2.3.2 Управление окнами 21
• 2.3.3 Функция обратного вызова отображения 22
• 2.3.4. Исполнение программы 23
• 2.3.4 Обработка событий ввода данных пользователем 25
• 2.3.5 Управление фоновым процессом 25
• 2.3.6 Рисование трехмерных объектов 26
• 3. Анимация 27
• 3.1. анимация компьютерной графики 27
• 3.2 Обновление отображаемой информации во время паузы 30
• Введение
• Библиотека OpenGL представляет собой программный интерфейс для аппаратного обеспечения машинной графики. Этот интерфейс состоит приблизительно из 250 отдельных команд (почти 200 команд в ядре OpenGL и еще 50 команд в библиотеке утилит OpenGL), которые используются для того, чтобы определить объекты и операции, необходимые для создания интерактивных трехмерных прикладных программ.
• Библиотека OpenGL разработана в качестве низкоуровневого, аппаратно-независимого интерфейса, допускающего реализацию на множестве различных аппаратных платформ. Для того чтобы достичь этих качеств, в состав библиотеки OpenGL не включены никакие команды для выполнения задач работы с окнами или для получения пользовательского ввода; вместо этого вы должны работать через любую систему управления окнами, которая работает с конкретными аппаратными средствами. Точно так же библиотека OpenGL не предоставляет команды высокого уровня для описания моделей трехмерных объектов. Такие команды могли бы позволить определять относительно сложные формы, например, автомобили, части тела, самолеты или молекулы. При использовании библиотеки OpenGL вы должны создавать нужную модель из ограниченного набора геометрических примитивов -- точек, линий и многоугольников.
• Более сложная библиотека, которая обеспечивает эти функциональные возможности, конечно, могла бы быть создана поверх библиотеки OpenGL. Библиотека утилит OpenGL (GLU -- OpenGL Utility Library) предоставляет множество возможностей моделирования, таких как поверхности второго порядка и NURBS-кривых и поверхностей (NURBS -- Non-Uniform, Rational B-Spline -- неравномерный рациональный В-сплайн). Библиотека GLU представляет собой стандартную часть каждой реализации OpenGL. Существуют также наборы инструментов более высокого уровня, такие как FSG (Fahrenheit Scene Graph), которые являются надстройкой библиотеки OpenGL, и самостоятельно доступны для множества реализаций библиотеки OpenGL.

Прежде чем приступить к анализу некоторого программного кода OpenGL, давайте познакомимся с несколькими терминами. Визуализация, с ее использованием вы уже сталкивались, представляет собой процесс, посредством которого компьютер создает изображения из моделей. Эти модели, или объекты, создаются из геометрических примитивов, -- точек, линий и многоугольников, -- которые определяются их вершинами.

Конечное визуализированное изображение состоит из пикселей, выводимых на экран; пиксель представляет собой наименьший видимый элемент, который аппаратные средства отображения могут поместить на экран.

Информация о пикселях (например, какой цвет предполагается для этих пикселей) организована в памяти в виде битовых плоскостей. Битовая плоскость представляет собой область памяти, которая содержит один бит информации для каждого пикселя на экране; этот бит мог бы указывать, например, на то, что конкретный пиксель, как предполагается, является красным. Битовые плоскости, в свою очередь, организованы в буфер кадра, который содержит всю информацию, необходимую графическому дисплею для того, чтобы управлять цветом и яркостью всех пикселей на экране.

Пример 1. демонстрирует визуализацию белого прямоугольника на черном фоне, как это показано на рисунке 1.

Пример 1. Фрагмент программного кода OpenGL

finclude <whateverYouNeed.h> ,

main () {

InitializeAWindowPlease();

glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 0.0); glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); glColor3f(1.0, 1.0, 1.0);

glOrtho(0.0, 1.0, 0.0, 1.0, -1.0, 1.0); glBegin(GL_POLYGON);

glVertex3f(0.25, 0.25, 0.0);

glVertex3f (0.75, 0.25, 0.0);

glVertex3f(0.75, 0.75, 0.0);

glVertex3f(0.25, 0.75, 0.0); glEnd() ; glFlush () ;

UpdateTheWindowAndCheckForEvents(); }

Первая строка функции main() инициализирует определенное окно на экране: функция InitializeAWindowPlease() используется в данном случае в качестве метки-"заполнителя" для подпрограмм специфических оконных систем, которые в общем случае не являются вызовами OpenGL. Следующие две строки содержат команды OpenGL, которые устанавливают черный цвет фона для окна: функция glCIearCoIor() определяет то, какой цвет фона будет установлен для окна, а функция glClear() фактически устанавливает цвет окна. Как только цвет фона установлен, окно заливается этим цветом всякий раз, когда вызывается функция glClear(). Этот цвет фона может быть изменен с помощью второго вызова функции glClearColor(). Точно так же функция glColor3f() устанавливает то, какой цвет следует использовать для прорисовки объектов на экране -- в данном случае этот цвет является белым. Все объекты, выводимые на экран после этого момента, используют данный цвет до тех пор, пока он не будет изменен с помощью следующего вызова команды установки цвета.

Следующая функция OpenGL, используемая в рассматриваемой программе, glOrtho(), определяет систему координат, которую OpenGL принимает для прорисовки окончательного изображения, и то, как это изображение отображается на экране. Вызовы, заключенные между функциями glBegin() и glЈnd(), определяют объект, который будет выведен на экран, в рассматриваемом примере это многоугольник с четырьмя вершинами. "Углы" многоугольника определяются с помощью функции glVertex3f(). Как вы, наверное, уже догадались, исходя из значений параметров этой функции, которые представляют собой координаты (х, у, z), данный многоугольник является прямоугольником, расположенным на плоскости z(z -- 0).

Наконец, функция gIFlush() гарантирует, что команды прорисовки фактически выполняются, а не просто сохраняются в некотором буфере, ожидая дополнительных команд OpenGL. Подпрограмма-"заполнитель" UpdateTheWindowAndCheckForEvents() управляет содержимым окна и начинает обработку событий.

Таблица 1.1 Суффиксы наименований команд и типы данных параметров

Таким образом, две команды

glVertex2i (1,3); glVertex2f (1.0, 3.0);

являются эквивалентными, за исключением того, что первая из них определяет координаты вершины как 32-разрядные целые числа, а вторая определяют их как числа с плавающей точкой с одинарной точностью.

Наименования некоторых команд библиотеки OpenGL могут иметь заключительный символ v, который указывает на то, что данная команда принимает указатель на вектор (или массив) значений, а не набор индивидуальных параметров. Много команд имеют как векторные, так и невекторные версии, но некоторые команды принимают только индивидуальные параметры, тогда как другие команды требуют, чтобы, по крайней мере, некоторые из их параметров были определены как векторы. Следующие строки показывают, как можно было бы использовать векторную и невекторную версию команды, которая устанавливает текущий цвет:

glColor3f (1.0, 0.0, 0.0);

gLfloat color_array [] = {1.0, 0.0, 0.0); glColor3fv (color_array);

Наконец, библиотека OpenGL определяет тип данных GLvoid. Этот тип данных наиболее часто используется для тех команд библиотеки OpenGL, которые принимают в качестве параметров указатели на массивы значений.

Каждая переменная состояния или режим имеют значение по умолчанию, и в любой момент времени можно запросить у системы текущие значения каждой из этих переменных. Как правило, для этого используется одна из шести команд, которые перечислены далее: glGetBooleanv(), glGetDoubIev(), glGetFloatv(), glGetlntegerv(), glGetPointerv() или gIIsEnabled(). To, какую из этих команд следует выбрать, зависит от того, в виде какого типа данных вы хотите получить ответ. Для некоторых переменных состояния используются более конкретные команды запроса (такие как glGetLight*(), glGetError() или glGetPolygonStipple()). Кроме этого, можно сохранить набор переменных состояний в стеке атрибутов с помощью команд glPushAttrib() или gIPushCIientAttrib(), временно изменить их, а затем восстановить значения этих переменных с помощью команд glPopAttrib() или glPopClienlAttrib(). Для временных изменений состояния необходимо использовать именно эти команды, а не любые из команд запроса, так как они более эффективны.

Следующая диаграмма демонстрирует концепцию сборочного конвейера Генри Форда, которую библиотека OpenGL использует для обработки данных. Геометрические данные (вершины, прямые и многоугольники) проходят через последовательность блоков, в число которых входят вычислители и операции обработки вершин, в то время как пиксельные данные (пиксели, изображения и растровые образы) для определенной части процесса визуализации обрабатываются по-другому. Оба типа данных подвергаются одним и тем же заключительным операциям (операции растеризации и пофрагментной обработки), прежде чем итоговые пиксельные данные записываются в буфер кадра.

Рис. 1.2 Конвейер визуализации

Все данные, вне зависимости от того, описывают ли они геометрию или пиксели, могут быть сохранены в списке вывода для текущего или более позднего использования. (Альтернативой сохранению данных в списке вывода является немедленная обработка данных, она также известна под названием непосредственный режим работы.) После того как список вывода был создан, сохраненные данные посылаются из этого списка вывода точно так же, как если бы они были посланы прикладной программой в непосредственном режиме работы.

Операция отсечения, основная часть сборки примитивов, представляет собой удаление частей геометрии, которые выходят за пределы полупространства, определенного некоторой плоскостью. При отсечении точек просто пропускаются или отбрасываются вершины; при отсечении линий или многоугольников могут добавляться дополнительные вершины в зависимости от того, как отсекается линия или многоугольник.

В некоторых случаях этот процесс сопровождается перспективным делением, которое заставляет удаленные геометрические объекты казаться меньше, чем более близкие объекты. После этого применяются операции получения окна просмотра (Viewport) и глубины (г-координата). Если отбраковка разрешена, и данный примитив представляет собой многоугольник, тогда он может быть отброшен в процессе выполнения теста на отбраковку. В зависимости от способа построения многоугольник может быть выведен на экран в виде точек или в виде линий.

Результатом выполнения этой стадии являются законченные геометрические примитивы, которые представляют собой преобразованные и отсеченные вершины и связанные с ними значения цвета, глубины и иногда координаты текстур, а также указания для выполнения стадии растеризации.

В то время как геометрические данные следуют одним путем по конвейеру визуализации OpenGL, пиксельные данные следуют другим маршрутом. Пиксели из определенного массива в системной памяти сначала распаковываются из какого-либо одного из множества форматов в надлежащее количество компонентов. Затем эти данные масштабируются, смещаются и обрабатываются посредством карты элементов отображения. После этого результаты фиксируются и либо записываются в область памяти, выделенную под текстуры, либо передаются на стадию растеризации. (См. раздел "Конвейер отображения" в Главе 8.)

Если пиксельные данные считываются из буфера кадра, то выполняются операции по передаче пикселя (масштабирование, смещение, отображение и фиксация). Затем полученные результаты упаковываются в соответствующий формат и возвращаются в некоторый массив системной памяти.

Существуют специальные операции копирования пикселей для копирования данных из буфера кадра в другие части буфера кадра или в область памяти, выделенную для текстур. Выполняется однопроходная реализация операций при передаче пикселя, а затем данные записываются в область памяти, выделенную для текстур или обратно в буфер кадра.

Для операционной системы OS/2 корпорации IBM используются PGL --интерфейс Администратора представлений (Presentation Manager) к библиотеке OpenGL, и его подпрограммы используют префикс pgl. Для компьютеров фирмы Apple интерфейсом для графических систем, поддерживающих библиотеку OpenGL, является AGL, и подпрограммы AGL используют префикс agl.

Все эти библиотеки расширения оконных систем более подробно описываются в Приложении С. Кроме этого, подпрограммы GLX также описываются в Справочнике по OpenGL.

Инструментарий утилит библиотеки OpenGL (GLUT -- Graphics Library UtilityToolkit) представляет собой независимый от оконной системы инструментарий, написанный Марком Килгардом (Mark Kilgard) для того, чтобы скрыть сложность программного интерфейса прикладных программ (API -- ApplicationProgramming Interface) различных оконных систем. Инструментарий GLUT является предметом следующего раздела, но более подробно он описывается в книге Марка Килгарда OpenGL Programming for the X Window System (ISBN 0-201-48359-9). Подпрограммы GLUT используют префикс glut

FSG (Fahrenheit Scene Graph) представляет собой объектно-ориентированный набор инструментальных средств, основанный на библиотеке OpenGL и предоставляющий объекты и методы для создания интерактивных трехмерных графических прикладных программ. FSG написан на языке программирования C++,содержит предварительно подготовленные объекты и встроенную модель обработки событий при взаимодействии с пользователем, компоненты прикладных программ высокого уровня для создания и редактирования трехмерных сцен и возможности для обмена данными в других графических форматах. FSG не зависим от OpenGL.

#include <gi/gl.h> «include <gl/glu.h>

Операционная система Microsoft Windows требует, чтобы заголовочный файл windows.h был включен до подключения заголовочных файлов gl.h или glu.h, поскольку некоторые макрокоманды, определенные в Microsoft Windows-версиях заголовочных файлов gl.h и glu.h, определяются в заголовочном файле windows.h.

Если вы обращаетесь непосредственно к библиотеке оконного интерфейса, которая обеспечивает поддержку OpenGL, например, к библиотеке GLX, AGL, PGL или WGL, то необходимо включить дополнительные заголовочные файлы. Например, если вы вызываете библиотеку GLX, то, возможно, потребуется добавить к вашему программному коду строки, приведенные ниже:

«include <X11/Xlib.h> «include <GL/glx.h>

В операционной системе Microsoft Windows для подключения подпрограмм WGL следует добавить к вашему программному коду следующую строку:

«include <windows.h>

(и строку

#include <GL/glaux.h>

если вам нужны расширенные возможности OpenGL. Примечание научн. редактора.)

Если вы используете библиотеку GLUT для управления задачами оконного менеджера, то необходимо будет включить следующую строку:

#include <GL/glut.h>

Большинство OpenGL-приложений также используют системные вызовы для стандартной библиотеки языка программирования С, поэтому обычно следует включать заголовочные файлы, не связанные с обработкой графики (если вы программируете консольное \Ут32-приложение на языке программирования С/С-н-- прим. научн. ред.), такие как:

#include <stdlib.h> #include <stdio.h>

Пример 2 Простая программа OpenGL, использующая инструментарий GLUT: hello.c

#include <GL/glut.h> #include <stdlib.h>

void display(void)

/* Очистить все пиксели */

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

/* нарисовать белый многоугольник (прямоугольник) с углами,

расположенными в точках с координатами (0.25, 0.25, 0.0)

и (0.75, 0.75, 0.0)*/

glColor3f(1.0, 1.0, 1.0); glBegin(GL_POLYGON);

glVertex3f(0.25, 0.25, 0.0);

glVertex3f(0.75, 0.25, 0.0);

glVertex3f(0.75, 0.75, 0.0);

glVertex3f(0.25, 0.75, 0.0);glEnd() ;

/* He ждать! Запустить обработку буферизированных

* подпрограмм OpenGL*/

glFlushO ; }

void init(void) {

/* Выбрать цвет очистки (цвет фона) */

glClearColor (0.0, 0.0, 0.0, 0.0);

/* Инициализировать просматриваемые значения */

glMatrixMode(GL_PROJECTION);

glLoadldentity();

glOrtho(0.0, 1.0, 0.0, 1.0, -1.0, 1.0); } /*

Объявить начальный размер окна, его положение на экране и режим отображения (одинарная буферизация и режим RGBA).

Открыть окно со словом "hello" в строке заголовка. Вызвать подпрограммы инициализации. Зарегистрировать функцию обратного вызова для отображения графики. Войти в основной цикл и обрабатывать события.*/

int main(int argc, char** argv) GLUT_RGB);

glutInitWindowSize(250, 250);

glutInitWindowPosition(100, 100);

glutCreateWindow("hello");

init();

glutDisplayFunc(display);

glutMainLoop();

return 0; /* Язык программирования С, согласно ISO, требует, чтобы функция main возвращала значение типа int. */

Вы можете нарисовать эти объекты в виде каркасных моделей или в виде сплошных закрашенных объектов с определенными нормалями к поверхностям. Например, подпрограммы для куба и сферы имеют следующий синтаксис:

void glutWireCube(GLdouble size);

void glutSolidCube(GLdouble size);

void glutWireSphere(GLdouble radius, GLint slices, GLint stacks);

void glutSolidSphere(GLdouble radius, GLint slices, GLint stacks);

Все эти модели рисуются центрированными относительно начала мировой системы координат.

Одна из наиболее захватывающих вещей, которую вы можете сделать в области компьютерной графики, -- это рисование движущихся изображений. Вне зависимости от того, являетесь ли вы инженером, пытающимся увидеть все стороны разрабатываемого механического узла, пилотом, изучающим с использованием моделирования процесс пилотирования самолета, или же просто страстным любителем компьютерных игр, очевидно, что анимация является важной составной частью компьютерной графики.

В кинотеатре иллюзия движения достигается за счет использования последовательности изображений и проецирования их на экран с частотой 24 кадра в секунду. Каждый кадр последовательно перемещается в положение позади объектива, затвор открывается, и данный кадр отображается на экране. Затвор на мгновение закрывается, в то время как пленка протягивается к следующему кадру, затем на экране отображается этот следующий кадр, и так далее. Хотя каждую секунду вы наблюдаете на экране 24 различные кадра, ваш мозг смешивает все эти кадры в "непрерывную" анимацию. (Старые фильмы Чарли Чаплина снимались с частотой 16 кадров в секунду и при воспроизведении фигуры двигались заметными резкими толчками.) Экран в компьютерной графике обычно обновляется (перерисовывает изображение) приблизительно от 60 до 76 раз в секунду, а иногда прикладные программы обеспечивают даже приблизительно 120 обновлений в секунду. Очевидно, что анимация с частотой 60 кадров в секунду выглядит более "гладкой", чем при частоте 30 кадров в секунду, а 120

кадров в секунду заметно лучше, чем 60 кадров в секунду. Однако частоты регенерации, превышающие 120 кадров в секунду, могут быть за пределами точки уменьшения повторного появления, в зависимости от пределов восприятия.

Основная причина того, что технология проецирования кинофильма работает, заключается в том, что каждый кадр является законченным в момент его отображения на экране. Предположим, что вы пытаетесь сделать компьютерную анимацию из своего кинофильма, состоящего из одного миллиона кадров, с помощью программы, подобной приведенному ниже фрагменту псевдокода:

открыть окно();

for (i = 0; i < 1000000; i++) {

очистить окно();

нарисовать_кадр (i) ;

подождать_пока_не_закончится_интервал_в_1_24__долю_секунды(); )

Если вы добавите время, которое требуется вашей вычислительной системе для того, чтобы очистить экран и нарисовать типичный кадр, то приведенная выше программа показывает все более тревожащие результаты в зависимости от того, насколько близко подходит время, требуемое ей для очистки экрана и прорисовки кадра к 1/ 24 доле секунды. Предположим, что процедура рисования в этой программе почти полностью занимает 1/24 долю секунды. Элементы, нарисованные в самом начале, видимы в течение полной 1/24 доли секунды и представляют сплошное изображение на экране; элементы, нарисованные в конце рассматриваемого интервала, немедленно очищаются, как только программа запускается для рисования следующего кадра. Они представляют собой в лучшем случае некое подобие призрачного изображения, поскольку большую часть интервала в 1/24 секунды ваш глаз рассматривает очищенный фон вместо тех элементов, которые, к несчастью для них, были нарисованы последними. Проблема в данном случае заключается в том, что приведенная выше программа не отображает полностью нарисованные кадры; вместо этого вы наблюдаете процесс рисования в его развитии.

Большинство реализаций библиотеки OpenGL обеспечивает двойную буферизацию -- аппаратную или программную, которая предоставляет два готовых буфера с цветными изображениями. Изображение из одного буфера отображается на экране, в то время как в другом буфере рисуется новое изображение. Когда рисование очередного кадра завершается, эти два буфера меняются местами, и тот буфер, что содержал отображаемое изображение, теперь используется для рисования, и наоборот. Это похоже на работу кинопроектора, пленка в котором содержит всего два кадра и склеена в петлю; в то время как один проецируется на экран, киномеханик отчаянно стирает и перерисовывает невидимый зрителю кадр. Если киномеханик работает достаточно быстро, то зритель не замечает различий между таким "кинопроектором" и реальной системой, в которой все кадры уже нарисованы, и кинопроектор просто отображает их один за другим. При использовании двойной буферизации каждый кадр отображается только тогда, когда его рисование завершено; зритель никогда не увидит частично нарисованного кадра.

Псевдокод измененной версии приведенной выше программы, которая отображает плавно анимированную графику, используя при этом двойную буферизацию, мог бы выглядеть следующим образом:

открыть_окно_в_режиме_двойной_буфериэации(); for (i = 0; i < 1000000; i++) {

очис1ить_окно();

нарисовать_кадр(i);

поменять_буферы_местами() ; }

Для некоторых реализаций библиотеки OpenGL в дополнение к простой перемене мест отображаемого и рисуемого буферов, подпрограмма поменять_буферы_местами() ожидает, пока не закончится текущий период обновления отображаемой информации для того, чтобы информация из предыдущего буфера был отображена полностью. Эта подпрограмма также позволяет новому буферу быть полностью отображенным, начиная с начала. Принимая, что ваша вычислительная система обеспечивает обновление отображения 60 раз в секунду, получим, что максимальная скорость передачи кадров, которой можно достичь -- 60 кадров в секунду (fps -- frames per second). Это означает, что, если все кадры могут быть очищены и нарисованы в течение 1/60 доли секунды, то ваша анимация при данной скорости будет воспроизводиться плавно.

В подобных системах часто бывает так, что кадр оказывается слишком сложным для того, чтобы быть нарисованным в течение 1/60 доли секунды, и, таким образом, каждый кадр отображается более одного раза. Если, например, требуется 1/45 доля секунды для того, чтобы нарисовать некоторый кадр, вы задаете скорость передачи кадров равной 30 fps, и тогда графическое изображение "простаивает" в течение 1/30 -- 1/45 = 1/90 доли секунды на каждый кадр, или треть всего времени отображения.

Кроме того, частота обновления отображаемой видеоинформации является постоянной величиной, которая может иметь некоторые неожиданные последствия с точки зрения производительности. Например, при периоде обновления информации, отображаемой на мониторе, равной 1/60 доли секунды и при постоянной скорости передачи кадров вы можете работать со скоростями 60 fps, 30 fps, 20 fps, 15 fps, 12 fps и т. д. (60/1, 60/2, 60/3, 60/4, 60/5, и т. д.). Это означает, что если вы пишете прикладную программу и постепенно добавляете к ней новые функциональные возможности (предположим, что эта программа -- имитатор полета, и вы добавляете наземный пейзаж), то сначала каждая новая добавляемая деталь не будет оказывать никакого эффекта на суммарную производительность -- вы все равно получаете скорость передачи кадров, равную 60 fps. Затем, когда вы добавляете еще одну новую деталь, система уже не может нарисовать все это в течение 1/60 доли секунды, и анимация резко замедляется -- с 60 fps до 30 fps, поскольку она пропускает первый возможный момент смены буферов. Аналогичная ситуация происходит, когда время рисования одного кадра становится больше, чем 1/30 доля секунды -- скорость передачи кадров анимации скачком уменьшается от 30 fps до 20 fps.

Если сложность сцены такова, что время ее рисования оказывается близко к любому из этих "волшебных" интервалов времени (1/60 доля секунды, 2/60 доли секунды, 3/60 доли секунды и т. д. в рассматриваемом примере), то из-за наличия случайного изменения некоторые кадры будут идти немного быстрее, а некоторые -- немного медленнее. В результате скорость передачи кадров становится непостоянной, что визуально может быть неприятно. В этом случае, если вы не можете упростить сцену так,

чтобы все кадры рисовались достаточно быстро, возможно, лучше было бы преднамеренно добавить крошечную задержку для того, чтобы иметь уверенность, что все кадры пропущены, задавая при этом постоянную, более медленную скорость передачи кадров. Если же кадры имеют существенно отличающуюся степень сложности, тогда, возможно, вам потребуется более сложный подход к решению этой проблемы.

Движение = Перерисовка изображения + Перестановка буферов

Структура реальных программ анимации не слишком отличается от приведенного описания. Обычно проще перерисовать буфер целиком с чистого листа для каждого кадра, чем выяснять, какие части кадра требуют изменения. Это положение особенно справедливо для таких прикладных программ, как трехмерные имитаторы полета, где самое малое изменение ориентации самолета изменяет позицию всего вида из окна пилотской кабины.

В большинстве видов анимации объекты на сцене просто перерисовываются с различными преобразованиями: перемещается точка наблюдения зрителя или автомобиль немного проезжает по дороге, или какой-нибудь объект поворачивается на небольшой угол. Если для операций, не связанных с рисованием, требуется существенный объем повторных вычислений, то достижимая скорость передачи кадров часто замедляется. Следует иметь в виду, однако, что для выполнения таких вычислений после выполнения подпрограммы поменять_буферы_местами() часто может использоваться время простоя.

Библиотека OpenGL не имеет в своем составе команды типа "поменять_буферы_-местами()", поскольку такая функциональная возможность могла бы быть доступна не для всех аппаратных средств и, в любом случае, ее реализация существенно зависит от используемой оконной системы. Например, если вы используете оболочку X Window System и обращаетесь к ней непосредственно, то можно было бы воспользоваться следующей подпрограммой из библиотеки GLX:

void glXSwapBuffers(Display *dpy, Window window);

(Эквивалентные подпрограммы для других оконных систем приведены в Приложении С.)

Если вы используете библиотеку GLUT, то вы, возможно, захотите вызвать следующую подпрограмму:

void glutSwapBuffers(void);

Пример 3 иллюстрирует использование подпрограммы glutSwapBuffers() для рисования вращающегося квадрата, как это показано на рисунке 3. Этот пример также демонстрирует то, как следует использовать библиотеку GLUT для контроля состояния устройства ввода данных, а также для включения и выключения функции простоя. В приведенном примере кнопки мыши включают и отключают вращение квадрата.

Пример 3 Программа с использованием двойной буферизации: double.c

#include <stdlib.h> #include <GL/glut.h>

static GLfloat spin = 0.0;

void init(void)

{

glClearColor (0.0, 0.0, 0.0, 0.0);

glShadeModel(GL_FLAT); } void display(void)

{

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

glPushMatrix();

glRotatef(spin, 0.0, 0.0, 1.0);

glColor3f(1.0, 1.0, 1.0);

glRectf(-25.0, -25.0, 25.0, 25.0);

glPopMatrix () ;

glutSwapBuffers () ; )

void spinDisplay(void)

{

spin = spin +2.0;

if (spin > 360.0)

spin = spin - 360.0;

glutPostRedisplay(); }

void reshape (int w, int h)

{

glViewport(0, 0, (GLsizei) w, (GLsizei) h) ;

glMatrixMode(GL_PROJECTION);

glLoadldentity();

glOrtho(-50.0, 50.0, -50.0, 50.0, -1.0, 1.0);

glMatrixMode(GL_MODELVIEW);

glLoadldentity();

void mouse(int button, int state, int x, int y) {

switch (button) {

case GLUT_LEFT_BUTTON:

if (state == GLUT_DOWN)

glutldleFunc(spinDisplay); break; case GLUT_MIDDLE_BUTTON:

if (state == GLUT_DOWN)

glutldleFunc(NULL); break; default:

break; } }

/*

Запросить режим отображения с двойной буферизацией.

Зарегистрировать функции обратного вызова по вводу данных от мыши*/

int main(int argc, char** argv)

glutlnit(Sargc, argv);

glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE

Пример программы, написанной на C, с применением OpenGL.

Программа визуализирует вращающийся куб. На куб наложены текстуры, возможно включение альфа-прозрачности во время визуализации.

#include <GL/glut.h>

#include <GL/glaux.h>

#include <GL/glu.h>

int tex[1];

float xtr,ytr,ztr;

float rotx,roty,rotz;

float LightAmbient[]= { 0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f };

float LightPosition[]= { 0.0f, 0.0f, 5.0f, 1.0f };//позиция освещения

float LightDiffuse[]= { 1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f }; //рассеивание

void LoadTexs()//инициализация и загрузка текстур

{

AUX_RGBImageRec *tex1;

tex1 = auxDIBImageLoad("droy.bmp");

glGenTextures(1, &tex[0]);

glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, tex[0]);

glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GL_LINEAR);

glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GL_LINEAR);

glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, 3, tex1->sizeX, tex1->sizeY, 0,

GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, tex1->data);

}

void init()

{

LoadTexs();//процедура загрузки текстуры

glColor4f(1.0f,1.0f,1.0f,0.5f);

glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA,GL_ONE); // параметры смешивания

glEnable(GL_TEXTURE_2D);

glClearColor (0.0, 0.0, 0.0, 0.0);// цвет фона

glClearDepth(1.0);

glDepthFunc(GL_LESS);

glEnable(GL_DEPTH_TEST); //тест глубины

glShadeModel (GL_SMOOTH);

glTranslatef(0.0f,0.0f,-5.0f);

glLightfv(GL_LIGHT1,GL_AMBIENT,LightAmbient); //параметры освещения

glLightfv(GL_LIGHT1,GL_POSITION,LightPosition);

glLightfv(GL_LIGHT1,GL_DIFFUSE,LightDiffuse);

glEnable(GL_LIGHT1);//освещения

glEnable(GL_LIGHTING);

glEnable (GL_COLOR_MATERIAL);

glColorMaterial (GL_FRONT,GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE);

}

void display(void)

GL_DEPTH_BUFFER_BIT);//очистка буфера глубины

glPushMatrix();//сохранение матрицы

glTranslatef(xtr,ytr,ztr);

glRotatef(rotx,1.0,0.0,0.0);

glRotatef(roty,0.0,1.0,0.0);

glRotatef(rotz,0.0,0.0,1.0);

glBegin(GL_QUADS);

glNormal3f( 0.0f, 0.0f, 1.0f);// Передняя грань

glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f(-1.0f, -1.0f, 1.0f); // Низ лево

glTexCoord2f(1.0f, 0.0f); glVertex3f( 1.0f, -1.0f, 1.0f); // Низ право

glTexCoord2f(1.0f, 1.0f); glVertex3f( 1.0f, 1.0f, 1.0f); // Верх право

glTexCoord2f(0.0f, 1.0f); glVertex3f(-1.0f, 1.0f, 1.0f); // Верх лево

glNormal3f( 0.0f, 0.0f,-1.0f);// Задняя грань

glTexCoord2f(1.0f, 0.0f); glVertex3f(-1.0f, -1.0f, -1.0f); // Низ право

glTexCoord2f(1.0f, 1.0f); glVertex3f(-1.0f, 1.0f, -1.0f); // Верх право

glTexCoord2f(0.0f, 1.0f); glVertex3f( 1.0f, 1.0f, -1.0f); // Верх лево

glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f( 1.0f, -1.0f, -1.0f); // Низ лево

glNormal3f( 0.0f, 1.0f, 0.0f);// Верхняя грань

glTexCoord2f(0.0f, 1.0f); glVertex3f(-1.0f, 1.0f, -1.0f); // Верх лево

glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f(-1.0f, 1.0f, 1.0f); // Низ лево

glTexCoord2f(1.0f, 0.0f); glVertex3f( 1.0f, 1.0f, 1.0f); // Низ право

glTexCoord2f(1.0f, 1.0f); glVertex3f( 1.0f, 1.0f, -1.0f); // Верх право

glNormal3f( 0.0f,-1.0f, 0.0f);// Нижняя грань

glTexCoord2f(1.0f, 1.0f); glVertex3f(-1.0f, -1.0f, -1.0f); // Верх право

glTexCoord2f(0.0f, 1.0f); glVertex3f( 1.0f, -1.0f, -1.0f); // Верх лево

glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f( 1.0f, -1.0f, 1.0f); // Низ лево

glTexCoord2f(1.0f, 0.0f); glVertex3f(-1.0f, -1.0f, 1.0f); // Низ право

glNormal3f( 1.0f, 0.0f, 0.0f);// Правая грань

glTexCoord2f(1.0f, 0.0f); glVertex3f( 1.0f, -1.0f, -1.0f); // Низ право

glTexCoord2f(1.0f, 1.0f); glVertex3f( 1.0f, 1.0f, -1.0f); // Верх право

glTexCoord2f(0.0f, 1.0f); glVertex3f( 1.0f, 1.0f, 1.0f); // Верх лево

glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f( 1.0f, -1.0f, 1.0f); // Низ лево

glNormal3f(-1.0f, 0.0f, 0.0f);// Левая грань

glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f(-1.0f, -1.0f, -1.0f); // Низ лево

glTexCoord2f(1.0f, 0.0f); glVertex3f(-1.0f, -1.0f, 1.0f); // Низ право

glTexCoord2f(1.0f, 1.0f); glVertex3f(-1.0f, 1.0f, 1.0f); // Верх право

glTexCoord2f(0.0f, 1.0f); glVertex3f(-1.0f, 1.0f, -1.0f); // Верх лево

glEnd();

glPopMatrix();// вызов матрицы

rotx+=0.2;//вращение по оси Х

roty+=0.1;//вращение по оси Y

rotz+=0.3;//вращение по оси Z

glutSwapBuffers();

void reshape (int w, int h)

{

glViewport (0, 0, (GLsizei) w, (GLsizei) h);

glMatrixMode (GL_PROJECTION);

glLoadIdentity ();

gluPerspective(60.0, (GLfloat) w/(GLfloat) h, 1.0, 20.0);// параметры перспективы

glMatrixMode(GL_MODELVIEW);

glLoadIdentity();

gluLookAt (0.0, 1.5, 3.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0);// точка камеры

}

void keyboard (unsigned char key, int x, int y)//обработчик клавиатуры

{

switch (key) {

case 27:

exit(0);

break;

case 'e':

glEnable(GL_BLEND);//применение альфа-смешивания

break;

case 'd':

glDisable(GL_BLEND);//отключение альфасмешивания

break;

}

}

int main(int argc, char** argv)

GLUT_RGB