Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Примітиви OPENGL, основні прийоми побудови двовимірних об'єктів.
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2024
Тип роботи:
Лабораторна робота
Предмет:
Інші
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Лабораторна робота № 2. Примітиви OPENGL|, основні прийоми побудови|шикування| двовимірних об'єктів.
Мета|ціль| роботи.
Знайомство з|із| примітивами OPENGL|, призначеними для виведення крапок|точок|, ліній і багатокутників. Визначення кольору|цвіту| об'єктів. Різні способи замальовування|зафарбовувати| об'єктів.
Необхідні теоретичні відомості.
Для виконання роботи необхідно мати уявлення про основні принципи формування зображення на екрані ([7] – лекція 17), про моделювання об'єктів на плоскості|площині| ([7] – лекції 7, 8, 10); знати особливості представлення кольору|цвіту| в колірній моделі RGB| ([7] – лекція 4); розуміти сенс|зміст| терміну «антиелайзінг|» ([7] – лекція 6).
Область виводу|висновку| в OPENGL| задається командою
glViewPort|(0, 0, ClientWidth|, ClientHeight|)
де перші два параметри задають положення лівого верхнього кута вікна виводу, параметри ClientWidth, ClientHeight визначають розмір вікна в екранних координатах. Центр отриманої області виводу має координати (0, 0). Координати змінюються в діапазоні [-1; 1] по кожній осі.
Якщо при установці формату піксела був встановлений режим подвійної буферизації (прапор PFD_DOUBLEBUFFER), то зображення готується у позаекранному буфері, і необхідно забезпечити перезапис вмісту позаекранного буфера в основний. Зробити це можна командою
BOOL| SwapBuffers|(HDC| hdc|);
Всі зображення будуються з окремих примітивів, які описуються за допомогою набору вершин (Vertex). Примітивами OpenGl є крапки (одиночні вершини), лінії (пари вершин), трикутники (три вершини), чотирикутники (чотири вершини) і полігони (3 і більш за вершини).
Командні дужки. Використання функцій glBegin| і glEnd|.
Команди малювання полягають між командними дужками glBegin і glEnd. Командними дужками бібліотеки OpenGl є спеціальні функції (що не мають ніякого відношення до операторних дужок мов програмування). Помилка при використанні командних дужок не розпізнається компілятором, але може привести до непередбачуваних результатів роботи програми.
Усередині командних дужок можуть знаходитися будь-які оператори мови і багато функцій OPENGL. Головне призначення командних дужок – завдання режиму (примітиву) для команд glVertex (вершина), що визначають координати вершин для малювання примітивів OPENGL.
Команди, що встановлюють розмір крапки|точки|, товщину і типа|тип| лінії, включення|приєднання| і відключення режиму згладжування (антиелайзінг|) повинні стояти поза|зовні| командними дужками.
Колір|цвіт| окремих вершин або примітивів може встановлюватися як поза|зовні| командними дужками, так і усередині|всередині| них. Для установки кольору|цвіту| використовується команда
glColor3f|(0.3f, 0.5f, 0.1f)
де колір|цвіт| формується як сума компонент червоного, зеленого і синього кольорів|цвіту| у вказаній пропорції. Значення компонент задаються у вигляді дійсних чисел в інтервалі [0; 1].
Компоненти кольору|цвіту| можуть бути задані і в цілочисельній формі, граничним значенням в цьому випадку буде|з'являтиметься| максимальне 8-бітове ціле без знаку, наприклад, білий колір|цвіт| буде записаний таким чином:
glColor3i|(214748647, 214748647, 214748647).
Проте|однак| переважно використовувати команду в речовій формі, оскільки OPENGL| зберігає дані саме в речовому форматі.
Цифра 3 в назві команди означає число аргументів команди.
Аргументи функції glBegin|.
Аргументами функції glBegin можуть бути стандартні константи OpenGl, що визначають примітиви бібліотеки: GL_POINTS, GL_LINES, GL_LINE_STRIP, GL_LINE_LOOP, GL_TRIANGLES, GL_TRIANGLE_STRIP, GL_TRIANGLE_FAN, GL_QUADS, GL_QUAD_STRIP, GL_POLYGON. У програмі імена констант мають бути записані саме так як це зроблено тут (все у верхньому регістрі).
Включення|приєднання| і відключення режиму згладжування (антиелайзінг|).
Для установки режиму згладжування перед командними дужками повинна стояти команда glEnable() з відповідною константою як аргумент, а після командних дужок – команда glDisable() також з відповідною константою. Вибір константи визначається примітивом, згладжування якого має бути включене (або відключено): GL_POINT_SMOOTH (згладжування для крапок), GL_LINE_SMOOTH (згладжування ліній), GL_POLYGON_SMOOTH (згладжування для полігонів).
Виведення крапок|точок| в OPENGL|.
Розгледимо малювання крапок. Крапками є одиночні вершини. Для малювання вершини використовується команда glVertex. Якщо крапка має бути змальована на плоскості, то для визначення її положення необхідно дві координати. В цьому випадку використовується функція з двома аргументами: glVertex2f(0, 0). Буква f в назві функції визначає типа аргументів – дійсні числа (float). Крапка в просторі визначається трьома координатами, отже повинна використовуватися команда з трьома аргументами: glVertex3f(0.5, 0.3,-0.7).
Команди glVertex повинні розміщуватися між командними дужками. При цьому кількість крапок може бути будь-яким.
Аргументом функції glBegin для малювання крапок є константа GL_POINTS.
Аргументом команд glEnable() і glDisable() для включення/відключення режиму згладжування є константа GL_POINT_SMOOTH.
Для завдання розміру крапки використовується команда glPointSize(). Аргументом є натуральне число, що визначає розмір крапки в пікселах. У режимі згладжування існує обмеження на розмір крапок. Визначите експериментально максимальний розмір крапки, що виводиться в режимі згладжування.
Приклад|зразок|:
glColor3f|(1.0, 0.0, 0.0); // Встановили червоний колір|цвіт|
glEnable|(GL_POINT_SMOOTH|); // Включення|приєднання| режиму згладжування для
// крапок|точок|
glPointSize|(3); // Встановили розмір крапки|точки| 3 піксели
glBegin|(GL_POINTS|); // Режим малювання - крапки|точки|
glVertex2f|(-0.5, -0.7);
glVertex2f|(0.0, 0.0);
glVertex2f|(0.1, 0.9);
glVertex2f|(0.3, -0.5);
glEnd|(); // Кінець малювання
glDisable|(GL_POINT_SMOOTH|); // Відключення режиму згладжування для
// крапок|точок|
Лінії: одиночні, ламані, замкнуті ламані.
Для малювання ліній існує три режими: одиночні лінії, ламана, замкнута ламана.
Одиночна лінія визначається двома вершинами. Якщо потрібно намалювати декілька одиночних ліній, то між командними дужками мають бути описані координати пар вершин, тобто кількість команд glVertex між командними дужками має бути парною. У випадку, якщо кількість вершин непарно – остання вершина ігнорується.
Аргументом функції glBegin для малювання одиночних ліній є константа GL_LINES.
Аргументом команд glEnable() і glDisable() для включення/відключення режиму згладжування є константа GL_LINE_SMOOTH.
Для завдання товщини лінії використовується команда glLineWidth(). Аргументом є натуральне число, що визначає товщину в пікселах. Так само як і при установці розміру крапки команду установки товщини лінії записують за межами командних дужок.
Для зміни типа лінії використовується команда glLineStipple(), що має два аргументи. Перший аргумент – масштабний множник, а другий є шістнадцятковою константою В Delphi шаблон запишется в виде, например $F0F0.
, що визначає шаблон штрихування (побітовим способом). Ця команда повинна стояти поза операторними дужками.
ПРИКЛАД|зразок|:
glColor3f|(1.0, 0.0, 0.0); // Встановили червоний колір|цвіт|
glEnable|(GL_LINE_SMOOTH|); // Включення|приєднання| режиму згладжування для
// ліній
glLineWidth|(3); // Встановили товщину лінії 3 піксели
glLineStipple|(1, 0xF0F0); // Тип лінії – пунктирна
glEnable|(GL_LINE_STIPPLE|); // Вирішити зміну типа|типу| лінії
glBegin|(GL_LINES|); // Режим малювання – одиночні лінії
glVertex2f|(-0.5, -0.7); // Початок першої лінії
glVertex2f|(0.0, 0.0); // Кінець першої лінії
glVertex2f|(0.1, 0.9); // Початок другої лінії
glVertex2f|(0.3, -0.5); // Кінець другої лінії
glEnd|(); // Кінець малювання
glDisable|(GL_LINE_SMOOTH|); // Відключення режиму згладжування для
// ліній
Якщо потрібно намалювати ламану лінію, то в командних дужках використовують константу GL_LINE_STRIP. Вершини, перераховані між командними дужками, інтерпретуються таким чином: кінцева точка першої лінії є початковою точкою наступної ланки ламаної і так далі Кількість вершин може бути як парною, так і непарною. Ширина і тип ламаної лінії задаються так само як і для одиночних ліній.
Для малювання замкнутої ламаної аргументом функції glBegin має бути встановлена константа GL_LINE_LOOP. Останній відрізок замкнутою ламаною як початок має останню вершину списку, а як кінець – першу вершину.
Виведення трикутників: одиночні трикутники, стрічки трикутників, віяла трикутників.
Для малювання окремих трикутників константа командних дужок: GL_TRIANGLES. Кількість вершин, перерахованих між командними дужками має бути кратне трем. Кожні три вершини визначають трикутник.
Стрічка трикутників використовується, якщо зображення може бути побудоване|спорудити| за допомогою декількох трикутників, що мають суміжні сторони
a1
a2
a3
a4
a5
a6
Рисунок 1. Лента треугольников.
(Малюнок 1. Стрічка трикутників).
Тут сторона a2a3 є загальною стороною для першого і другого трикутників, сторона a3a4 – загальною стороною другого і третього трикутників і так далі Якщо таку фігуру описувати за допомогою одиночних трикутників, то необхідно задавати координати всіх вершин всіх трикутників: a1, a2, a3, a2, a3, a4, a3, a4, a5, a4, a5, a6 – всього 12 вершин. Використання стрічки трикутників дозволяє не дублювати вершини при описі їх координат. Змальована на малюнку фігура може бути представлена стрічкою трикутників, координати вершин перераховуються в наступному порядку: a1, a2, a3, a4, a5, a6 – достатні 6 вершин.
a1
a2
a3
a4
a5
a6
a7
Рисунок 2. Віяло трикутників.
Константа командних дужок для примітиву «стрічка трикутників»: GL_TRIANGLE_STRIP.
Інша можливість малювання за допомогою трикутників – використання «віяла трикутників» в тих випадках, коли декілька трикутників мають загальну вершину
(Малюнок 2. Віяло трикутників). При описі вершин першою в списку повинна стояти загальна вершина. Т.ч. в списку з декількох вершин перші три вершини визначають перший трикутник; перша, третя і четверта – другий; перша, четверта і п'ята – третій; і так далі Якщо в списку є N вершин, то буде змальовано N-2 трикутника.
Константа командних дужок для віяла трикутників: GL_TRIANGLE_FAN.
Виведення чотирикутників.
Константа командних дужок для малювання окремих чотирикутників: GL_QUADS.
Чотирикутник визначається групою з|із| 4-х вершин, отже, кількість вершин, записаних між командними дужками, має бути кратне 4. Зайві вершини ігноруються. Кожна четвірка вершин визначає окремий чотирикутник.
Якщо зображення створюється із зв'язаних чотирикутників (кожна пара чотирикутників має загальну сторону), то використовується примітив «стрічка чотирикутників». Константа командних дужок: GL_QUAD_STRIP.
Малювання полігонів, передні і задні грані полігонів.
Для малювання багатокутників в командних дужках використовується константа GL_POLIGON. При цьому вершини, вказані між командними дужками визначають опуклий багатокутник. Багатокутник будується із зв'язаних трикутників із загальною вершиною, як загальна вершина береться перша вершина списку (малюнок 2. Віяло трикутників).
Список вершин для даного багатокутника: a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7.
При малюванні багатокутників слід мати на увазі наявність лицьових (передніх) і зворотних (задніх) граней. Може виникнути питання, навіщо при побудові|шикуванні| плоского зображення розрізняти лицьові і зворотні грані? Проте|однак| цю відмінність слід мати на увазі при виведенні закрашених|зафарбовувати| полігонів і тим більше при тривимірних|трьохмірних| побудовах|шикуваннях|.
Грань вважається за лицевою|, якщо вершини перераховуються в напрямі|направленні| проти|супроти| годинникової стрілки, і зворотною, якщо обхід вершин проводиться|виробляє| за годинниковою стрілкою (у негативному|заперечному| напрямі|направленні|).
Побудова|шикування| неопуклих|випуклих| полігонів.
Якщо необхідно змалювати|зображати| неопуклий|випуклий| багатокутник, то він має бути представлений|уявляти| як набір опуклих|випуклих| багатокутників, кожен з яких описується в своїх командних дужках
a1
a2
a3
a4
a5
a6
a7
Рисунок 3. Представлення неопуклого|випуклого| полігону за допомогою набору опуклих|випуклих| полігонів.
(Малюнок 3. Представлення неопуклого|випуклого| полігону за допомогою набору опуклих|випуклих| полігонів).
Дану фігуру можна розбити на 3 опуклих багатокутника: a1a2a3a4, a1a4a6a7 і a4a5a6. Отже фігура може бути описана як 3 примітиви типа GL_POLIGON. Проте відмітимо, що перша і друга фігури – суміжні чотирикутники, а третя фігура – трикутник. Для відтворення трикутників і чотирикутників бажано використовувати «рідні» примітиви, причому, якщо це можливо – зв'язані. Тобто для побудови змальованої фігури перші два чотирикутники ми опишемо в одних командних дужках як зв'язані чотирикутники із загальною стороною a1a4 (послідовність перерахування вершин: a2, a3, a4, a1, a7, a6) – використовуємо константу командних дужок GL_QUAD_STRIP. Трикутник a4a5a6 опишемо в своїх командних дужках з константою GL_TRIANGLES.
Можна вирішити це завдання|задачу| і іншими способами. Взагалі оптимальним буде розбиття неопуклої|випуклої| фігури на трикутники, оскільки побудова|шикування| трикутників, як правило, реалізована на апаратному рівні.
Для згладжування (антиэлайзинга) багатокутників використовується константа GL_POLYGON_SMOOTH. Команда використовується так само, як для крапок і ліній. Оскільки трикутники і чотирикутники є багатокутниками, те згладжування для них здійснюється як для багатокутників.
Особливості режимів замалювання|зафарбовувати| для багатокутників.
До цих пір ви змальовували багатокутники з використанням заливки, причому, якщо для різних вершин примітивів були задані різні кольори, то фігури забарвлювалися градієнтний, з плавним переходом квітів від вершини до вершини. Це відбувається через те, що за умовчанням спосіб тонування заданий плавним. Щоб змінити спосіб тонування, необхідно перед командними дужками викликати функцію glShadeModel(GL_FLAT). В цьому випадку зв'язані фігури забарвлюються за правилом старшинства кольору другого примітиву.
Для завдання режиму виведення багатокутників: у контурному вигляді (без заливки), із заливкою, - використовується команда glPolygonMode. Другий параметр команди указує спосіб зображення грані фігури за допомогою наступних констант: GL_FILL – виведення граней із заливкою; GL_LINE – каркасний вивід (тільки контури); GL_POINT - виводяться тільки вершини. Перший параметр визначає для яких граней встановлений режим: лицевые – GL_FRONT; зворотні – GL_BACK; лицевые і зворотні – GL_FRONT_AND_BACK. Описана команда поміщається перед командними дужками.
Завдання до лабораторної роботи.
Використовуючи програму-шаблон, створену при виконанні попередньої лабораторної роботи виконаєте наступні|такі| завдання|задавання|.
Завдання|задавання| 1. Побудувати|спорудити| крапки|точки| розташовані|схильні| у вершинах правильного n-кутника|. Встановити режим згладжування для крапок|точок|. Експериментально|експериментальний| визначити максимальний розмір крапки|точки|, при якому можливе згладжування.
Завдання|задавання| 2. Використовуючи примітив для виведення ліній намалювати правильний n-кутник|.
Змінити|зраджувати| типа|тип| і ширину ліній.
Завдання|задавання| 3. Використовуючи примітив для виведення ламаної лінії намалювати фігуру, змальовану|зображати| на рис.1.
Завдання|задавання| 4. Використовуючи примітив для виводу|висновку| замкнутою ламаною намалювати фігуру, змальовану|зображати| на рис.2
Завдання|задавання| 5. Побудувати|спорудити| фігуру, змальовану|зображати| на рис.2, розбивши її на трикутники (кожен трикутник забарвлений|пофарбований| випадковим кольором|цвітом|). Виконаєте три варіанти побудов|шикувань| з використанням примітивів:
А) трикутник;
Б) стрічка трикутників;
В) віяло трикутників.
Чим відрізняються результати при зміні способу тонування?
Завдання|задавання| 6. Використовуючи примітив для виведення багатокутників побудувати|спорудити| правильний
n-кутник|.
Завдання|задавання| 7. Побудувати|спорудити| неопуклий|випуклий| багатокутник, змальований|зображати| на рис.3, представивши|уявляти| його у вигляді сукупності окремих багатокутників, призначивши кожному багатокутнику свій колір|цвіт|. Подивитися|поглянути| результат роботи програми для різних способів тонування.
Завдання|задавання| 8. Змінити|зраджувати| програму попереднього завдання|задачі| так, щоб
А) лицьові грані змальовувалися|зображали| тільки|лише| вершинами;
Б) лицьові грані змальовувалися|зображали| зафарбованими|зафарбовувати|, а зворотні – лініями;
В) лицьові і зворотні грані змальовувалися|зображали| лініями (каркасне зображення).
Варіанти до завдання|задавання|.
Додаткові завдання|задавання|.
У встановленому|установленому| графічному вікні побудувати|спорудити| N крапок|точок|, забарвлених|пофарбованих| випадковим чином і розподілених випадковим чином за всією площею вікна.
Фонтан. У деякій околиці заданої точки з'являються|появляються| і пропадають дана кількість точок різного розміру і кольору|цвіту|.
При натисненні клавіш управління курсором (при русі миші) з'являються|появляються| і гаснуть деяка дана кількість точок випадкового розміру і кольору|цвіту|.
Для області розміром N*N| крапок|точок| (розмір крапки|точки| заданий) реалізувати алгоритм дизерингу| з використанням трьох заданих квітів.
Бенгальський вогонь. У деякій околиці даної крапки|точки| малюються лінії випадкового розміру, кольору|цвіту| і напряму|направлення| (довжина ліній обмежена).
Бенгальський вогонь в русі. Картинка, побудована|спорудити| в результаті|унаслідок| попереднього завдання|задачі|, змінюється при натисненні клавіш управління курсором.
Контрольні питання.
Що таке командні дужки, яке їх призначення?
Які константи бібліотеки OPENGL| можуть бути параметрами функції glBegin|?
Що таке антиелайзінг|, для чого він служить?
Які режими існують для малювання ліній?
Які режими існують для зображення трикутників, чим вони розрізняються?
Що таке опуклі|випуклі| і неопуклі|випуклі| багатокутники?
Яким чином можна побудувати|спорудити| неопуклий|випуклий| багатокутник?
Чим відрізняються лицьові і зворотні грані?
Яка команда змінює|зраджує| спосіб тонування?
Які режими виведення багатокутників вам відомі? У якому місці|місце-милі| програми має бути записана команда, що змінює|зраджує| режим виведення багатокутників?
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора