圖形編程網(wǎng)格化曲線曲面與實體造型陳永強市公開課特等獎市賽課微課一等獎課件

1OpenGL圖形編程武漢紡織大學數(shù)學與計算機學院講課教師：陳永強教授第1頁4.網(wǎng)格化曲線曲面與實體造型4.1網(wǎng)格化4.2曲線曲面4.3實體第2頁4.1網(wǎng)格化OpenGL只能直接顯示簡單凸多邊形。簡單凸多邊形就是多邊形邊只在頂點處相交，沒有重復頂點，而且任何頂點都只有兩條邊相遇。假如需要顯示凹多邊形、中間有洞多邊形或者含有相交邊多邊形，就必須分解為簡單凸多邊形，即網(wǎng)格化。第3頁4.1網(wǎng)格化復雜多邊形網(wǎng)格化步驟：創(chuàng)建一個網(wǎng)格化對象注冊在網(wǎng)格化期間執(zhí)行操作回調(diào)函數(shù)指定網(wǎng)格化屬性指定一個或多個封閉多邊形組成輪廓，以創(chuàng)建并渲染分割后多邊形刪除網(wǎng)格化對象第4頁4.1網(wǎng)格化創(chuàng)建網(wǎng)格化對象GLUtesselator*gluNewTess(void);函數(shù)創(chuàng)建一個網(wǎng)格化對象，并返回一個指向該對象指針，假如創(chuàng)建失敗則返回NULL指針。第5頁4.1網(wǎng)格化網(wǎng)格化回調(diào)函數(shù)voidglTessCallback(GLUtesselator*tessobj,GLenumtype,void(*fn)());函數(shù)將回調(diào)函數(shù)fn與網(wǎng)格化對象tessobj關聯(lián)起來，類型由參數(shù)type指定。第6頁4.1網(wǎng)格化網(wǎng)格化屬性voidgluTessProperty(GLUtesselator*tessobj,GLenumproperty,GLdoublevalue);函數(shù)設置網(wǎng)格化對象tessobjproperty屬性，其值設為value。最主要最復雜是圍繞規(guī)則，決定了多邊形“內(nèi)部”和“外部”。第7頁4.1網(wǎng)格化定義多邊形voidglTessBeginPolygon(GLUtesselator*tessobj,void*user_data);voidglTessEndPolygon(GLUtesselator*tessobj);

此對函數(shù)將多邊形同網(wǎng)格對象tessobj關聯(lián)起來，參數(shù)user_data指向用戶定義數(shù)據(jù)。能夠定義一條或多條輪廓線。voidglTessBeginContour(GLUtesselator*tessobj);voidglTessEndContour(GLUtesselator*tessobj);此對函數(shù)指定一條封閉輪廓線，默認將輪廓線中最終一個頂點和第一頂點相連。voidgluTessVertex(GLUtesselator*tessobj,GLdoublecoords[3],void*vertex_data);函數(shù)指定輪廓線一個頂點。第8頁4.1網(wǎng)格化刪去網(wǎng)格化對象voidgluDeleteTess(GLUtesselator*tessobj);刪去網(wǎng)格化對象tessobj,并釋放其占用內(nèi)存。第9頁4.1網(wǎng)格化例子紅皮書tess.c第10頁114.2曲線曲面4.2.1Bezier曲線曲面4.2.2B樣條曲線曲面第11頁124.2.1Bezier曲線曲面Bezier曲線Bezier曲線求值函數(shù)：voidglMap1{fd}(GLenumtarget,TYPEt1,TYPEt2,GLintstride,GLintorder,constTYPE*points);參數(shù)target給出控制點數(shù)組表示內(nèi)容，普通取GL_MAP1_VERTEX_3,表示控制點數(shù)組存放控制點三維點坐標。參數(shù)t1,t2表示Bezier曲線參數(shù)t最小和最大值，普通為0.0和1.0。參數(shù)stride表數(shù)組points中一個坐標位置到另一個坐標位置偏移量，對三維坐標數(shù)組，stride=3。參數(shù)order指定Bezier曲線階數(shù)。參數(shù)points為指向控制點數(shù)組指針。第12頁134.2.1Bezier曲線曲面Bezier曲線生成步驟1.指定控制點坐標；2.設定求值函數(shù)；3.激活求值函數(shù)glEnable(GL_MAP1_VERTEX_3)4.計算沿樣條路徑位置并顯示曲線voidglEvalCoord1{fd}(TYPEt);第13頁144.2.1Bezier曲線曲面Bezier曲線生成步驟第4步還能夠用以下函數(shù)來生成一組均勻分布參數(shù)值，顯示曲線//指定曲線參數(shù)t從t1開始經(jīng)過n步均勻地變?yōu)閠2。glMapGrid1{fd}(GLintn,TYPEt1,TYPEt2);

//指定從第n1個到第n2個參數(shù)（由glMapGrid1算出）繪制glEvalMesh1(GLenummode,GLintn1,GLintn2);參數(shù)mode取值為GL_POINT或GL_LINE,表示以點或折線形式顯示曲線第14頁154.2.1Bezier曲線曲面Bezier曲面Bezier曲面求值函數(shù)：

voidglMap2{fd}(GLenumtarget,TYPEu1,TYPEu2,GLintustride,GLintuorder,TYPEv1,TYPEv2,GLintvstride,GLintvorder,constTYPE*points);參數(shù)u1,u2,v1,v2分別表示Bezier曲面參數(shù)u和v最大最小值。參數(shù)ustride和vstride分別表示數(shù)組points中相鄰控制點偏移量。參數(shù)uorder和vorder指定Bezier曲面階數(shù)。參數(shù)points為指向控制點坐標數(shù)組指針。第15頁164.2.1Bezier曲線曲面Bezier曲面生成步驟1.指定控制點坐標；2.設定求值函數(shù)；3.激活求值函數(shù)glEnable(GL_MAP2_VERTEX_3)4.計算沿樣條路徑位置并顯示曲面glEvalCoord2{fd}(TYPEu,TYPEv)；第16頁174.2.1Bezier曲線曲面Bezier曲面生成步驟第4步還能夠用以下函數(shù)來生成一組均勻分布參數(shù)值，顯示曲面glMapGrid2{fd}(GLintnu,TYPEu1,TYPEu2,GLintnv,TYPEv1,TYPEv2);glEvalMesh2(GLenummode,GLintnu1,GLintnu2,GLintnv1,GLintnv2);參數(shù)mode取值為GL_POINT、GL_LINE和GL_FILL,表示以點、折線或填充面形式顯示曲面第17頁4.2.1Bezier曲線曲面例子教材【程序8-2】紅皮書bezcurve.cbezsurf.cbezmesh.ctexturesurf.c第18頁194.2.2B樣條曲線曲面在GLU庫中，提供B樣條曲線曲面接口程序稱為“NURBS”函數(shù)，但能夠用來生成既不是非均勻也不是有理B樣條?！癗URBS”函數(shù)能夠顯示含有均勻結(jié)點間隔多項式B樣條，還能夠用來生成Bezier樣條、有理或非有理樣條等。第19頁204.2.2B樣條曲線曲面NURBS曲線曲面繪制步驟：1.光照；2.指定NURBS對象；3.設置NURBS對象屬性；4.錯誤通知；5.創(chuàng)建NURBS曲線曲面。第20頁214.2.2B樣條曲線曲面1.光照假如要對NURBS曲面應用光照，能夠調(diào)用函數(shù)使曲面自動生成面法線。

glEnable(GL_AUTO_NORMAL);也能夠自己計算面法線。第21頁224.2.2B樣條曲線曲面2.指定NURBS對象指定一個NURBS對象，這個對象既能夠是曲線也能夠是曲面，然后使用函數(shù)GLUnurbsObj*

gluNewNurbsRenderer(void);創(chuàng)建一個指向該對象指針，方便在創(chuàng)建時使用。第22頁234.2.2B樣條曲線曲面2.指定NURBS對象詳細程序：

GLUnurbsObj*curveName;curveName=gluNewNurbsRenderer();假如系統(tǒng)沒有足夠存放容量來存放NURBS對象，gluNewNurbsRenderer函數(shù)會返回0值。第23頁244.2.2B樣條曲線曲面2.指定NURBS對象當NURBS對象不需要再使用時，能夠使用函數(shù)刪除NURBS對象。gluDeleteNurbsRenderer(curveName);刪除名為curveNameNURBS對象。第24頁254.2.2B樣條曲線曲面3.設置NURBS對象屬性設置NURBS對象屬性，包含用于渲染多邊形最大尺寸或線段最大長度。

voidgluNurbsProperty(GLUnurbsObj*nobj,GLenumproperty,GLfloatvalue);參數(shù)nobj指定需要設置屬性對象。參數(shù)property指定設置屬性名稱。參數(shù)value指定屬性值。第25頁264.2.2B樣條曲線曲面3.設置NURBS對象屬性Property屬性名稱與參數(shù)value取值以下屬性名稱為GLU_DISPLAY_MODE，指定顯示模式時：value默認值為GLU_FILL，表已填充方式顯示曲面對象；Value值為GLU_OUTLINE_POLYGON，表以網(wǎng)格多邊形輪廓方式顯示曲面；Value值為GLU_OUTLINE_PATCH，不顯示網(wǎng)格多邊形，僅顯示曲面輪廓，包含指定修剪曲線。第26頁274.2.2B樣條曲線曲面3.設置NURBS對象屬性Property屬性名稱與參數(shù)value取值以下屬性名稱為GLU_NURBS_MODE，指定NURBS曲線曲面模式時：value默認值為GLU_NURBS_RENDERER，表只對曲面進行繪制而不在回調(diào)中產(chǎn)生網(wǎng)格數(shù)據(jù)；Value值為GLU_NURBS_TESSELLATOR，表返回經(jīng)過網(wǎng)格化處理得到數(shù)據(jù)。第27頁284.2.2B樣條曲線曲面3.設置NURBS對象屬性Property屬性名稱與參數(shù)value取值以下屬性名稱為GLU_CULLING，用于確定是否剔除操作：value為GLU_TRUE，啟用剔除功效，使得曲面對象假如在觀察空間之外將不執(zhí)行網(wǎng)格化，以提升性能；Value為GLU_FALSE，不啟用剔除功效。第28頁294.2.2B樣條曲線曲面3.設置NURBS對象屬性Property屬性名稱與參數(shù)value取值以下屬性名稱為GLU_SAMPLING_METHOD，指定NURBS對象怎樣網(wǎng)格化：Value默認值為GLU_PATH_LENGTH，指定網(wǎng)格化得到多邊形最大邊長（單位為象素）不能超出屬性GLU_SAMPLING_TOLERANCE值；Value為GLU_PARAMETRIC_ERROR，指定網(wǎng)格化得到多邊形與原來曲線曲面距離（單位為象素）不能超出GLU_PARAMETRIC_TOLERANCE值；Value為GLU_OBJECT_PATH_LENGTH和GLU_OBJECT_PARAMETRIC_ERROR時，與前類似，只是距離單位不是象素，而是物體空間坐標單位長度；Value為GLU_DOMAIN_DISTANCE，在u和v方向上分別依據(jù)屬性GLU_U_STEP和GLU_V_STEP值決定每個單位長度內(nèi)有多少個樣本點。第29頁304.2.2B樣條曲線曲面3.設置NURBS對象屬性Property屬性名稱與參數(shù)value取值以下屬性名稱為GLU_SAMPLING_TOLERENCE，參數(shù)value指定經(jīng)網(wǎng)格化處理得到多邊形最大邊長；屬性名稱為GLU_PARAMETRIC_TOLERENCE，參數(shù)value指定經(jīng)網(wǎng)格化處理得到多邊形與原來曲線之間最大距離；以上兩個屬性將依據(jù)屬性GLU_SAMPLING_METHOD確定邊長單位是象素還是物體空間坐標長度。第30頁314.2.2B樣條曲線曲面3.設置NURBS對象屬性Property屬性名稱與參數(shù)value取值以下屬性名稱為GLU_U_STEP和GLU_V_STEP，參數(shù)value指定在u或v方向上每單位長度內(nèi)有多少采樣點，其默認值為100。注意是，采樣方式應該置為GLU_DOMAIN_DISTANCE。第31頁324.2.2B樣條曲線曲面3.設置NURBS對象屬性Property屬性名稱與參數(shù)value取值以下屬性名稱為GLU_AUTO_LOAD_MATRIX，參數(shù)value值為GL_TRUE時從OpenGL服務器上下載用于觀察、投影和視區(qū)變換矩陣；不然，假如該值為GL_FALSE，則必須使用函數(shù)gluLoadSamplingMatrices（）來提供這些矩陣。函數(shù)gluLoadSamplingMatrices()原型為VoidgluLoadSamplingMatrices(GLUnurbsObj*nobj,constGLfloatmodelMatrix[16],constGLfloatprojMatrix[16],constGlintviewport[4]);第32頁334.2.2B樣條曲線曲面3.設置NURBS對象屬性取得NURBS屬性值，使用函數(shù)voidgluGetNurbsProperty(GLUnurbsObj*nobj,GLenumproperty,GLfloat*value);經(jīng)過參數(shù)value返回NURBS對象nobjproperty屬性值。第33頁344.2.2B樣條曲線曲面4.錯誤通知調(diào)用函數(shù)voidgluNurbsCallback(GLUnurbsObj*nobj,GLenumwhich,void(*fn)(GLenumerrorCode));將函數(shù)fn注冊為錯誤回調(diào)函數(shù)。參數(shù)which指定回調(diào)函數(shù)類型，對于錯誤檢驗，其取值為GLU_ERROR。當NURBS函數(shù)檢測到錯誤時，將使用錯誤代碼作為唯一參數(shù)調(diào)用函數(shù)fn。errorCode取值為37種錯誤條件，能夠使用函數(shù)gluErrorString(errorCode)取得錯誤代碼含義。第34頁354.2.2B樣條曲線曲面5.創(chuàng)建NURBS曲線曲面

曲線在

voidgluBeginCurve(GLUnurbsObj*nobj); voidgluEndCurve(GLUnurbsObj*nobj);之間一次或?qū)掖握{(diào)用函數(shù)gluNurbsCurve()：第35頁4.2.2B樣條曲線曲面5.創(chuàng)建NURBS曲線曲面曲線voidgluNurbsCurve(GLUnurbsObj*nobj,GLintuknot_count,GLfloat*ukont,GLintu_stride,GLfloat*ctlarray,GLintuorder,GLenumtype);第36頁374.2.2B樣條曲線曲面5.創(chuàng)建NURBS曲線曲面

曲面：在

voidgluBeginSurface(GLUnurbsObj*nobj);voidgluEndSurface(GLUnurbsObj*nobj);之間調(diào)用gluNurbsSurface()

：第37頁4.2.2B樣條曲線曲面5.創(chuàng)建NURBS曲線曲面

曲面：voidgluNurbsSurface(GLUnurbsObj*nobj,GLintuknot_count,GLfloat*ukont,GLintvknot_count,GLfloat*vkont,GLintu_stride,GLintv_stride,GLfloat*ctlarray,GLintuorder,GLintvorder,GLenumtype);第38頁4.2.2B樣條曲線曲面例子教材【程序8-4】紅皮書surface.c第39頁401.GLUT庫中多面體函數(shù)4.3實體函數(shù)說明glutSolidTetrahedron()glutWireTetrahedron()繪制中心位于世界坐標系原點實心四面體和線框四面體，四面體半徑為。glutSolidCube(size)glutWireCube(size)繪制中心位于世界坐標系原點實心立方體和線框立方體，立方體半徑為size，size是一個雙精度浮點值。glutSolidOctahedron()glutWireOctahedron()繪制中心位于世界坐標系原點實心八面體和線框八面體，八面體半徑為1.0。glutSolidDodecahedron()glutWireDodecahedron()繪制中心位于世界坐標系原點實心12面體和線框12面體，12面體半徑為。glutSolidIcosahedron()glutWireIcosahedron()繪制中心位于世界坐標系原點實心20面體和線框20面體，20面體半徑為1.0。表4.1GLUT生成規(guī)則多面體函數(shù)第40頁412.GLUT庫中二、三次曲面繪制實體或線框球面voidglutSolidSphere/glutWireSphere(GLdoubleradius,GLintslices,GLintstacks);繪制實體或線框圓錐面voidglutSolidCone/glutWireCone(GLdoubleradius,GLdoubleheight,GLintslices,GLintstacks);4.3實體第41頁422.GLUT庫中二、三次曲面繪制實體或線框圓環(huán)voidglutSolidTorus/glutWireTorus(GLdoubleinnerRadius,GLdoubleouterRadius