OpenGL for Windows NT及其程序設(shè)計(jì)

OpenGLforWindowsNT及其程序設(shè)計(jì)

OpenGL是在SGI、Microsoft、DEC、IBM和Intel等多家世界著名計(jì)算機(jī)公司的倡導(dǎo)下，基于SGI的GL標(biāo)準(zhǔn)，制定的一個(gè)通用共享的開放式三維圖形標(biāo)準(zhǔn)。前幾年，OpenGL雖然是開放式的標(biāo)準(zhǔn)，但是只能在具有UNIX操作系統(tǒng)的各種昂貴的工作站之間通用;盡管工作站上的OpenGL性能優(yōu)越、編程方便、生成圖形精美逼真，但是只有少數(shù)人能體會(huì)其中樂趣，而令大多數(shù)PC機(jī)用戶望塵莫及。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，工作站與PC機(jī)的性能日趨接近。Microsoft公司首先將OpenGL圖形庫鏈接到WindowsNT中，目前又將OpenGL動(dòng)態(tài)庫掛到最新Windows95上，這樣，廣大PC機(jī)用戶就可充分享受OpenGL的樂趣了。更令人高興的是，目前國內(nèi)外出現(xiàn)了專門對(duì)OpenGL進(jìn)行硬件加速的三維圖形加速卡。這樣，普通用戶只要擁有一臺(tái)Pentium90以上、16MBRAM、520MB以上硬盤容量的PC機(jī)以及一臺(tái)43cm以上的大屏幕監(jiān)視器和一塊OpenGL三維圖形加速卡組成的系統(tǒng)，就能與圖形工作站相媲美，但價(jià)格卻便宜數(shù)十倍。本文作者一直從事計(jì)算機(jī)圖形應(yīng)用開發(fā)工作。原來是在SGI工作站上利用OpenGL開發(fā)圖形程序，后來又首先在國內(nèi)第一塊三維圖形加速卡AGC-3D上基于WindowsNT的VisualC++2.0環(huán)境下繼續(xù)進(jìn)行開發(fā)。在開發(fā)過程中，同一OpenGL程序幾乎不用修改就能在兩個(gè)平臺(tái)間來回移植，效果甚好。一、OpenGL特點(diǎn)及功能OpenGL是一個(gè)開放的三維圖形軟件包，它獨(dú)立于窗口系統(tǒng)和操作系統(tǒng)，能十分方便地在各平臺(tái)間移植。OpenGL具有七大功能。(1)建模OpenGL圖形庫除了提供基本的點(diǎn)、線、多邊形的繪制函數(shù)外，還提供了復(fù)雜的三維物體(如球、錐、多面體、茶壺等)以及復(fù)雜曲線和曲面(如Bezier、Nurbs等曲線或曲面)繪制函數(shù)。(2)變換OpenGL圖形庫的變換包括基本變換和投影變換。基本變換有平移、旋轉(zhuǎn)、變比和鏡像四種變換，投影變換有平行投影(又稱正射投影)和透視投影兩種變換。(3)顏色模式設(shè)置OpenGL顏色模式有兩種，即RGBA模式和顏色索引(ColorIndex)。(4)光照和材質(zhì)設(shè)置OpenGL光有輻射光(EmittedLight)、環(huán)境光(AmbientLight)、漫反射光(DiffuseLight)和鏡面光(SpecularLight)。材質(zhì)是用光反射率來表示。場景(Scene)中物體最終反映到人眼的顏色是光的紅綠藍(lán)分量與材質(zhì)紅綠藍(lán)分量的反射率相乘后形成的顏色。(5)紋理映射(TexureMapping)利用OpenGL紋理映射功能可以十分逼真地表達(dá)物體表面細(xì)節(jié)。(6)位圖顯示和圖像增強(qiáng)圖像功能除了基本的拷貝和像素讀寫外，還提供了融合(Blending)、反走樣(Antialiasing)和霧(fog)的特殊圖像效果處理。(7)雙緩存(DoubleBuffering)動(dòng)畫雙緩存即前臺(tái)緩存和后臺(tái)緩存，簡而言之，后臺(tái)緩存計(jì)算場景、生成畫面，前臺(tái)緩存顯示后臺(tái)緩存已畫好的畫面。此外，利用OpenGL還能實(shí)現(xiàn)深度暗示(DepthCue)、運(yùn)動(dòng)模糊(MotionBlur)等特殊效果。二、OpenGLforWindowsNT圖形庫OpenGL圖形庫一共有100多個(gè)函數(shù)。其中核心函數(shù)有115個(gè)，它們是最基本的函數(shù)，其前綴是gl;OpenGL實(shí)用庫(OpenGLutilitylibrary，GLU)的函數(shù)功能更高一些，如繪制復(fù)雜的曲線曲面、高級(jí)坐標(biāo)變換、多邊形分割等，共有43個(gè)，前綴為glu;OpenGL輔助庫(OpenGLauxiliarylibrary，GLAUX)的函數(shù)是一些特殊的函數(shù)，包括簡單的窗口管理、輸入事件處理、某些復(fù)雜三維物體繪制等函數(shù)，共有31個(gè)，前綴為aux。此外，還有六個(gè)WGL函數(shù)非常重要，專用于OpenGL和WindowsNT窗口系統(tǒng)的連接，其前綴為wgl，主要用于創(chuàng)建和選擇圖形操作描述表(renderingcontexts)以及在窗口內(nèi)任一位置顯示字符位圖。這些功能是WindowsNT對(duì)OpenGL的唯一補(bǔ)充，見表1所示。表1管理圖形操作描述表的WGL函數(shù)另外，還有五個(gè)Win32函數(shù)用來處理像素格式(pixelformats)和雙緩存。由于它們是對(duì)Win32系統(tǒng)的擴(kuò)展，因此不能應(yīng)用在其他OpenGL平臺(tái)上，見表2所示。表2管理像素格式Win32函數(shù)三、OpenGLforWindowsNT程序設(shè)計(jì)OpenGLforWindowsNT的程序設(shè)計(jì)與OpenGLforUNIX的程序設(shè)計(jì)有一點(diǎn)小區(qū)別，關(guān)鍵就在于如何將OpenGL與不同操作系統(tǒng)下的窗口系統(tǒng)連接起來。如果調(diào)用OpenGL輔助庫窗口管理函數(shù)，則不用考慮這些問題。下面將主要介紹在WindowsNT下OpenGL的程序設(shè)計(jì)關(guān)鍵。1.圖形操作描述表在WindowsNT下窗口程序必須首先處理設(shè)備描述表(DeviceContexts，DC)，DC包含許多如何在窗口上顯示圖形的信息，即指定畫筆和刷子的顏色，設(shè)置繪圖模式、調(diào)色板、映射模式以及其他圖形屬性。同樣，OpenGLforWindowsNT的程序也必須使用DC，這與其他Windows程序類似。但是，OpenGLforWindowsNT必須處理特殊的DC圖形操作描述表，這是DC中專為OpenGL使用的一種。一個(gè)OpenGL應(yīng)用圖形操作描述表內(nèi)有OpenGL與WindowsNT窗口系統(tǒng)相關(guān)的各種信息。一個(gè)OpenGL應(yīng)用首先必須創(chuàng)建一個(gè)圖形操作描述表，然后再啟動(dòng)它，最后在所定義的窗口內(nèi)按常規(guī)方式調(diào)用OpenGL函數(shù)繪制圖形。一個(gè)圖形操作描述表不同于其他DC，它們調(diào)用每個(gè)GDI函數(shù)都需要一個(gè)句柄，而圖形操作描述表方式下只需一個(gè)句柄就可任意調(diào)用OpenGL函數(shù)。也就是說，只要當(dāng)前啟用了某個(gè)圖形操作描述表，那么在未刪除圖形操作描述表之前可以調(diào)用任何OpenGL函數(shù)，進(jìn)行各種操作。2.像素格式在創(chuàng)建一個(gè)圖形操作描述表之前，首先必須設(shè)置像素格式。像素格式含有設(shè)備繪圖界面的屬性，這些屬性包括繪圖界面是用RGBA模式還是顏色表模式，像系緩存是用單緩存還是雙緩存，以及顏色位數(shù)、深度緩存和模板緩存所用的位數(shù)，還有其他一些屬性信息。(1)像素格式結(jié)構(gòu)每個(gè)OpenGL顯示設(shè)備都支持一種指定的像素格式號(hào)。一般用一個(gè)名為PIXELFORMATDESCRIPTOR的結(jié)構(gòu)來表示某個(gè)特殊的像素格式，這個(gè)結(jié)構(gòu)包含26個(gè)屬性信息。Win32定義的PIXELFORMATDESCRIPTOR如下所示:typedefstructtagPIXELFORMATDESCRIPTOR{WORDnSize;WORDnVersion;DWORDdwFlags;BYTEiPixelType;BYTEcColorBits;BYTEcRedBits;BYTEcRedShift;BYTEcGreenBits;BYTEcGreenShift;BYTEcBlueBits;BYTEcBlueShift;BYTEcAlphaBits;BYTEcAlphaShift;BYTEcAccumBits;BYTEcAccumRedBits;BYTEcAccumGreenBits;BYTEcAccumBlueBits;BYTEcAccumAlphaBits;BYTEcDepthBits;BYTEcStencilBits;BYTEcAuxBuffers;BYTEilayerType;BYTEbReserved;DWORDdwLayerMask;DWORDdwVisibleMask;DWORDdwDamageMask;}3.創(chuàng)建圖形操作描述表正如前所述，必須創(chuàng)建圖形操作描述表并啟用它后，才能調(diào)用OpenGL函數(shù)在窗口內(nèi)進(jìn)行各種圖形操作。一般說來，利用MFC中增補(bǔ)的管理圖形操作描述表方法來編程比較方便。下面舉一例:intCopenglView::OnCreate(LPCREATESTRUCTlpCreateStruct){if(CView::OnCreate(lpCreateStruct)==-1)return-1;//TODO:AddyourspecializedcreationcodeherePIXELFORMATDESCRIPTORpfd={sizeof(PIXELFORMATDESCRIPTIOR)，//structuresizel，//structureversionnumberPFD-DRAW-TO-WINDOWS|PFD-SUPPORT-OPENGL，//propertyflagsPFD-TYPE-RGBA，//RGBAmode24，//24bitcolor0，0，0，0，0，0，//notconcernedwiththese0，0，0，0，0，0，0，//noalphaoraccumbuffer32，//32bitdepthbuffer0，0，//nostencilorauxbufferPFD-MAIN-PLANE，//mainlayertype0，//reserved0，0，0//unsupported};CClientDCclientDC(this);intpixelFormat=ChoosePixelFormat(clientDC.m-hDC，&pfd);BOOLresult=SetPixelFormat(clientDC.m-hDC，pixelFormat，&pfd);m-hRC=wglCreateContext(clientDC.m-hRC);return0;}voidCOpenglView::onDraw(CDC*pDC){COpenglDoc*pDoc=GetDocument();ASSERT-VAILD(pDoc);//TODO:adddrawcodefornativedataherewglMakeCurrent(pDC->m-hDC，m-hDC);DrawMyOpenGL();wglMakeCurrent(pDC->m-hDC，NULL);}voidCOpenglView::OnDestroy(){CView::OnDestroy();//TODO:AddyourmessagehandlercodeherewglDeleteContext(m-hRC);}在程序中，響應(yīng)WM-CREATE消息的函數(shù)OnCreate()僅僅只創(chuàng)建一個(gè)臨時(shí)的DC，當(dāng)函數(shù)返回時(shí)，它自動(dòng)刪除。因此，在這里不可能啟用圖形操作描述表。當(dāng)應(yīng)用程序的窗口內(nèi)容得到更新后，MFC就調(diào)用OnDraw()函數(shù)，在此啟用圖形操作描述表wglMakeCurrent()有效。然后，再調(diào)用自己用OpenGL寫的繪圖函數(shù)DrawMyOpenGL()，則程序就可進(jìn)行任意的OpenGL圖形操作了。當(dāng)繪圖結(jié)束后，再調(diào)用一次wglMakeCurrent()，但第二個(gè)參數(shù)設(shè)為NULL，意思是啟用圖形操作描述表無效，關(guān)閉圖形操作描述表。最后，當(dāng)應(yīng)用程序結(jié)束時(shí)，MFC就調(diào)用OnDestroy()函數(shù)來響應(yīng)WM-DESTROY消息，