用PyOpenGL叩开3D的心扉——OpenGL全解析(4)

By | 2011/11/06

图元

上一次,我们有了一个足够3D的程序了,虽然很漂亮,但是那个茶壶并不是我们画出来的,glut带给我们的便利而已。从现在开始我们就得自己动手丰衣足食了,为了达到这一点,我们得再了解一些OpenGL的一些知识。

如右图所示,你必须知道构成我们3D图像的最小单位,它们往往被称为图元

  • ,在OpenGL中,这是最基本的图元,比如说图中红色的那个点。
  • 线,比如左图中粉色的那根。我们可以看到,两个点定一条线,不过从一个点上可以发射出任意多的线,所以点和线的数量关系并不是确定的。
  • 多边形是最为复杂的图元,比如左图的黄色梯形。和数学中的多边形含义是一样的。

在标准OpenGL中,既然称为多边形,自然不一定是四个边,可以是任意,标准OpenGL中还有一个专门的矩形绘图函数glRect*,不过在OpenGL ES中,多边形就是指三角形,出于各种考虑,不支持更复杂的多边形。

观察左边的图像,这是一个球形,不过每一个小多边形都是平面,这么一个个的小平面,最终组成了球面。这是一个非常重要的概念,在计算机图像中,曲线和曲面是非常难表示的,真正的数学概念上的“圆”,相邻的三个点不在一条直线上,球也类似。但是如果在计算机上这么处理的话,代价太大了,所以我们总是把一个光滑的线和面分解成多个断线或小平面,就好像一个看台,远看是圆形的,但是实际上是由一块块的砖拼成的。当然这是比较一般的做法,OpenGL也有真正意义上的曲线曲面的表示方法,比如如雷贯耳的“贝塞尔曲线/面”,这个是比较高级的话题,再议。

如上图,一个球形由不同数量的平面组成时的状况,下面的数字标示围绕一周的多边形的数量,也就是上面和下面顶点发散出三角形的数量,如果给个名词的话,我们可以叫它“段”。我们可以看到,当段数为32的时候,很漂亮的球形;16的时候,还行,能分辨出这是球形;8的时候就有些丢人了;而没人会把段数为4的那个物体叫球体,叫水晶体才能接受。

绘制图元

因为点是最为基础的图元,我们得首先了解它:

我们最多可以使用4个参数,一般2D的用两个,形式为glVertex2f(x, y);3D的用三个,自然就是glVertex3f(x, y, z);w在我们用到的时候再说。

那么画点是不是就调用这个函数就可以了呢?虽然差不多但可惜实际不完全是,这里有一个初学者感到很困惑的东西再里头,OpenGL所有的绘图指令,都必须包含在glBegin()glEnd()之间!为什么要这样?glBegin()的参数告诉OpenGL这些点最终的绘制方法,如果单纯是画点GL_POINTS,这画三个点就是孤立的画出来,如果是其他的比如多边形GL_POLYGON,那么画三个点结果就是组成一个三角形。虽然绘制点的方法完全一样,因为给的参数不同而导致了不同的结果。glBegin()提供的图元绘图方式如下:

参数 含义
单个顶点集
线段
不闭合的连续线段
闭合的线段
多边形
独立三角形
三角形串,线性连续
三角形串,扇状连续
独立四边形
四边形串

很明显,这样说,原来理解的人都要迷糊半天,所以“一图胜千言”来了,请参考下图理解,

如果还有有些疑惑,可以使用下面的程序,修改加深理解。

运行结果如右图:

分割线

由12~17行绘制的,这里我们没有指定颜色,所以使用OpenGL默认的颜色系统,即前景白色,背景黑色。

右上区域

由19~27绘制,glPointSize(5.0)指明每个点的大小为5个像素(否则默认是一个像素看不清楚,当然不是必要的)。而glColor3f(R, G, B)指定了绘制的颜色,这里的RGB都是0~1之间的浮点数,注意这里的排布,glColorx是可以放在glBegin()和glEnd()里面的,而glPointSize()则不是。这里简单画了三个不同颜色的点。

左上区域

我们使用GL_QUADS画了一个黄色的矩形,很简单,看起来没有什么特别要说明的。真的如此么?我们画了几个点,指定矩形,但是注意到了么,这个矩形是填充的。也就是说,OpenGL在默认情况下,会填充我们画出来的图形。如何不填充?

下区域

下面两个图案请合起来看,这两个图形是完全一样的,代码分别为左(37~47)和右(49~58),坐标就是一个正一个负而已,唯一不同的是这里

glPolygonMode(GL_FRONT, GL_LINE)
glPolygonMode(GL_BACK, GL_FILL)

glPolygonMode(GL_FRONT, GL_FILL)
glPolygonMode(GL_BACK, GL_LINE)

这个是什么意思呢?

看看上面解释各种参数的图,我们可以看到这里面的箭头都是逆时针绘制的,这里面是有原因的——“这个世界上没有偶然,有的只有必然”,OpenGL中,每一个面都有正面和反面,这很容易理解,就好像硬币的两面一样。默认情况下,顶点逆时针的那一面,在OpenGL中为正面,当然我们可以更改这种设置,不过何必呢?

glPolygonMode()指定了如何绘制面的方式,GL_LINE为只画线,GL_FILL则是默认的填充。观察一下代码和结果,是否很不错呢?

不过这不是我想说的重点,我们把渲染理解成在面上涂油漆,那么,如果六个面组成了一个盒子,我们给这个盒子上色的时候,一般就是把外面涂一遍就好了,里面都刷岂不是浪费油漆浪费时间?这样一个朴素的道理,在OpenGL里也是适用的,立体的物体都是由面组成的,很多情况下是封闭的,小到球、盒子,大到人体,就是由面组成的闭合物体。

我们可以告诉OpenGL,反面就不要渲染了 ,这叫“剔除(Cull)”使用glCullFace()可以做到这一点,接受的参数为GL_FRONT, GL_BACK, GL_FRONT_AND_BACK,意义的话,一目了然。这里先建立一个概念,具体不过必须要先启用glEnable(GL_CULL_FACE),我们会在用到的时候再详细说明。

PyOpenGL的安装

这里才讲述PyOpenGL的安装有些不应该了,我原以为使用这个东西的人应该会很容易装上,不过既然是“入门教程”,应该想到还是有不少刚刚入门的朋友在,讲一下比较好。

首先PyOpenGL的官方网站,是依附于sourceforge的(好穷啊),网址是http://pyopengl.sourceforge.net/,上面有最新的下载的地址,举个例子http://pypi.python.org/pypi/PyOpenGL/3.0.1,这里面有三个文件PyOpenGL-3.0.1.tar.gz和PyOpenGL-3.0.1.zip是一回事,都是源码,如果你不是Windows,那么就需要下载这个编译安装,如果是的话,就下载PyOpenGL-3.0.1.win32.exe安装,注意这个是32位的。

虽然我的Windows是64位的,Python也有64位的版本,但是Python很多库都是32位的,所以我安装的Python也是32位的,减少了很多麻烦,否则很多时候就是装上能用,也会出现莫名其妙的问题。

至于Linux等,easy_install是个安装Python库很不错的选择,当然直接下载源代码python setup.py也很简单有效,这些通用的方法,我就不多讲了,不明白的请自己google一下。


有19人评论 用PyOpenGL叩开3D的心扉——OpenGL全解析(4)

  1. zengxg

    这里的init()函数是干什么的, 我看里面有个glClearColor,为什么它不是在glutDisplayFunc(drawFunc)之前调用,而是在之后调用。

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    1. xishui 作者

      看来我说明的还是不够清楚,init()是做一些初始化工作,这里就是定义清除色和视界范围(以后可能会更多),因为是定义而不是具体操作,所以不在乎次序,你把init()放到glutDisplayFunc()之前也是可以的。

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  2. XXX007

    我刚开始安装pythongl的时候,安装了最新版本PyOpenGL 3.0.2a1,结果运行上面的代码出现错误,于是我装了PyOpenGL 3.0.1这个老的版本,呵呵,就可以了。
    博主的教程写的真好,强烈期待后续作品。

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  3. ZHG

    版主最近很忙么? 怎么一直不更新了?? 难道是个很大的例子,不能短时间完成??
    很是期待新的讲解,尤其是3D作图 ^_^

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    1. xishui 作者

      最近真有些忙了,一个月都没更新,罪过啊…… 不过一旦习惯了这样的节奏,一定会加油补上的,谢谢您的支持!

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  4. ZHG

    版主什么时候能给详细介绍下如何给一个物体产生正确的阴影啊,最近对这个很感兴趣但是因为是初学,所以不是很明吧,希望版主能有机会给讲解讲解,这里先谢谢了 ^_^

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  5. ZHG

    圣诞节了,版主圣诞快乐 ^_^

    希望能再接再厉,继续更新 ^o^

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  6. ZHG

    好长时间没更新了,继续努力更新啊
    期待中。。。。。。。。。。。。。 ^_^

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  7. 布布在线

    pyOpenGL画出的图片,怎么结合网站,放上去呢?我知道用iis上增加.py网页。但是,py里能调用C++ DLL吗?怎么调用?

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  8. Pingback: 用PyOpenGL叩开3D的心扉——OpenGL全解析 | 移动开发(database.riaos.com)

  9. 刘晓欢

    有没有通过读取obj文件来实现三维点云数据显示的例子啊?

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