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OSG中几何体的绘制（一）

2023-12-17

本章主要介绍一些几何体的绘制方法。绘制几何体在场景中是非常常见的，也是最基本的。在很多应用程序中可以看到相当复杂的场景，但不管场景有多复杂，它们都是由少数几个基本的图形元素构建而成的。只要想想达芬奇那些伟大的作品也是由铅笔和画刷所完成的，读者就不会为此感到疑惑了。只要有耐心，读者也可以绘制同样复杂的场景。

1. 场景基本绘图类

在 OSG 中创建几何体的方法比较简单，通常有3种处几体的一是使用松散封装的OpenGL绘图基元;二是使用 OSG 中的基本几何体;三是从文件中导入场景模型。使用松散封装的OpenGL绘图基元绘制几何体具有很强的灵活性，但工作量通常非常大，当面对大型场景时，绘制几何体将是一项非常艰巨而富有挑战的工作，因此，通常还是采用读入外部模型的方法。读取外部模型的方法在后面会有专门的介绍。

  • 向量与数组类

在OSG中定义了大量的类来保存数据，数据通常是以向量的形式来表示的，向量数据主要包括顶点坐标、纹理坐标、颜色和法线等。例如，定义osg::Vec2来保存纹标;定义osg::Vec3 来保存点坐标和法线坐标:定义osg::Vec4 保存颜色的 RGBA 值。osg::Vec2、osg::Vec3 和osg::Vec4 是分别用来保存向量的二维数组、三维数组和四维数组，这些类不仅能够保存各种数据，还提供了向量的基本运算机制，如加、减、乘、除四则运算、点积和单位化等相关的操作。

在OSG中还定义了模板数组用来保存对象，例如可以用顶点索引对象(osg::DrawElementsUInt)来保存顶点索引，用颜色索引(osg::TemplatelndexeArray)来保存颜色。但最常用的还是保存向量数据如osg::Vec3Array 来保存众多顶点坐标、osg::Vec2Array 保存纹理标等，这些模板数组都继承自std::Vector，因此，它们具有向量的基本操作方法，例如，可以利用 push_back()添加一个元素，可以利用pop_back()删除一个元素，同样也可以使用 clear()删除所有的元素。

  • Drawable类

Drawable类是一个纯基类，无法实例化。作为可绘制对象基类的osg::Drawable类，它派生了很多它的继承关系图如图4-1 所示。

图4-1 osg::Drawable 的继承关系图

从图4-1可以看出，由osg::Drawable 派生的类有9个分别是 osg::DrawPixes、osg::Geomctry、osg::ShapeDrawable、osgParticle::ParticleSystem、osgParticle::PrecipitationEffect、osgParticle::PrecipitationDrawable、osgShadow::OccluderGeometry、osgShadow::ShadowVolumeGeometry、osgSim::ImpostorSprite 和 osgText::TextBase，其中，从0SG 核心库派生出了3个类分别是osg::DrawPiexels 类(主要封装了OpenGL中glDrawPixels()的功能)、oog::Geometry类(绘制几何体的类，应用比较灵活)和osg:: ShapeDrawable 类(主要封装了一些已经定义好的几何体，不需要设置坐标即可直接调用，如长方体、正方体、球体等)。其他的类中，有两个派生自粒子系统库，有两个派生自阴影，还有两个分别派生自 osgSim库和osgText 文字库，在后面的章节中都会对这些进行介绍。

  • PrimitiveSet类

osg::PrimitiveSet类继承自osg::Object虚基类，但它不具备一般场景中的特性osg::PrimitiveSet类的继承关系图如图4-2所示

图4-2bosg::PrimitiveSet 的继承关系图

该类主要松散封装了OpenGL的绘图基元，通过指定绘图基元来指定几何体顶点将采用哪一种或几种基元绘制。常用的绘图基元包括如下几种:

  1. POINTS =GL_POINTS // 绘制点
  2. LINES =GL_LINES // 绘制线
  3. LINE_STRIP=GL_LINE_STRIP // 绘制多段线
  4. LINE_LOOP=GL_LINE_LOOP // 绘制封闭线
  5. TRIANGLES=GL_TRIANGLES // 绘制一系列的三角形 ( 不共用顶点 )
  6. TRIANGLE_STRIP=GL_TRIANGLE_STRIP // 绘制一系列三角形 ( 共用后面的两个顶点 )
  7. TRIANGLE_FAN =GL_TRIANGLE_FAN // 绘制一系列三角形，顶点顺序与上一条语绘制的三角形不同
  8. QUADS = GL_QUADS/ 绘制四边形
  9. QUAD_STRIP=GL_QUAD_STRIP // 绘制一系列四边形
  10. POLYGON=GL_POLYGON // 绘制多边形

从osg::PrimitiveSet类的继承关系图可以看出，它的派生类主要有如下3个

  • osg::DrawArrays类。继承自osg::PrimitiveSet，它封装了glDrawArrays()顶点数组绘图命令用于指定顶点和绘图基元。
  • osg::DrawElements 类。它又派生出3个子类，分别是osg::DrawElementsUByte、osg::DrawElementsUShort和osg::DrawElementsUInt，封装了glDrawElements()的指令，可以起索引的作用，在后面的示例中会用到。
  • osg::DrawArrayLengths类。它的主要作用是多次绘制，即多次调用glDrawArrays()，且每次均使用不同的长度和索引范围，在绘制过程中用得不是很多。

DrawArrays的基本用法如下

  1. osg::DrawArrays::DrawArrays( GLenum mode, GLint first, GLsizei count );
  2. /* 参数说明 : 第一个参数是指定的绘图基元，即前面所列举的常见绘图元 : 第二个参数是指绘制几何体的第一个顶点数在指定顶点的位置数，第三个参数是使用的顶点的总数 */

还有一点值得注意的是，虽然osg::PrimitiveSet类提供与OpenGL一样的顶点机制，但是在内部渲染上还是有一定区别的。根据渲染环境的不同，渲染的方式也是不一样的，可能会采用顶点、顶点数组、显示列表或者 glBegin/glEnd()来渲染几何体，继承自 Drawable 类的对象(如Geometry)在默认条件下将使用显示列表。其中osg::Drawable:;setUseDisplayList(false)用于手动禁止使用显示列表。

还有一种比较特殊的情况如果设置BIND_PER_PRIMITIVE绑定方式那0SG将采用glBegin()/glEnd()函数进行渲染因为在设置使用绑定方式为 BIND_PER_PRIMITIVE 后它就为每个独立的几何图元设置一种绑定属性。

2.基本几何体的绘制

在前面我们介绍了OSG绘制的一些基础知识，这对以后理解程序有很大的帮助。本节的例子主要是基本图形的绘制，如线段、三角形、圆及四边形等。

我们知道任何复杂的东西都是由一些简单的部分组合构成的，对于 OSG 创建的场景和对象也同样如此，它们是由简单的图元(我们把构成3D 对象的构件称为图元)按照一定的方式排列和组合而成的，OSG中的所有图元都是一维或二维对象，包括单个的点、直线和复杂的多边形。

2.1 几何体类

在前面我们已经简单介绍了几何体(osg::Geometry)类它承自osg::Drawable类。它的继承关系图如图4-3所示。

图4-3 osg::Geomety 的继承关系图

如果读者是一个熟练的OpenGL程序员的话相信osg::Geomety类的定义和作用已经在读者心中有一个完美的定义。它的主要作用是对指定绘制几何体的顶点数及对数据的解析，主要提供了如下3大类方法:

(1) 指定向量数据。就是以前所涉及的点数据、纹理及颜等一系列向量数据，可以通过下面的几个函数来实现:

  1. void setVertexArray(Array *array) // 设置顶点数组
  2. void setVertexData( const AnrayData&arrayData) // 设置顶点数组数据
  3. void setVertexIndices(IndexArrayarray) // 设置顶点索引数组
  4. void setNormalArray(Array*array) // 设置法线数组
  5. void setNormalData( const ArrayData &arrayData) // 设置法线数组数据
  6. void setNormalIndices(IndexArray*array) // 设置法线索引数组
  7. void setColorArray(Array*array) // 设置颜色数组
  8. void setColorData( const ArrayData &arrayData) // 设置颜色数组数据
  9. void setColorIndices(IndexArray &array) // 设置颜色索引数组
  10. void setTexCoordArray(unsigned int unitArray*) // 设置纹理坐标数组，第一个参数是纹理单元，第二个是纹理坐标数组
  11. void setTexCoordData(unsigned int index, const ArrayData &arrayData) // 设置纹理坐标数组数据，第一个参数是纹理单元，第二个是纹理坐标数组数据
  12. void setTexCoordIndices(unsigned int unit, IndexArray *) // 设置纹理坐标索引数组，第一个参数是纹理单元，第二个是纹理索引坐标数组

(2)设置绑定方式。数据绑定主要有两项，即法线及颜色，可以通过下面的两个函数来实现:

  1. void setNormalBinding(AttributeBinding ab) // 设置法线绑定方式
  2. void setColorBinding(AttributeBinding ab) // 设置颜色绑定方式

绑定方式主要有下面几种

  1. BIND_OFF // 不启用绑定
  2. BIND_OVERALL // 绑定全部的顶点
  3. BIND_PER_PRIMITIVE_SET // 单个绘图基元绑定
  4. BIND_PER_PRIMITIVE // 单个独立的绘图基元绑定
  5. BIND_PER_VERTEX // 单个顶点绑定

(3)数据解析。当在指定了各种向量数据和绑定方式之后，采用何种方式来渲染几何体就是最为关键的。不同的方式下，渲染出来的图形是不一样的，即使效果一样，可能面数或内部机制等也是有区别的。数据解析主要通过如下函数来指定:

  1. bool addPrimitiveSet(PrmitiveSet *primitiveset)
  2. /* 参数说明 osg::PrimitiveSet 是无法初始化的虚基类，因此这里主要是调用它的子类来指定数据渲染，最常用的就是前面介绍的 osg:DrawArrays ，用法比较简单，初始化一个对象实例，参数说明见前面 osg;:DrawArrays 类 */

通过前面的讲述可知，绘制并渲染几何体主要有如下3大步骤:

(1)创建各种向量数据，如顶点、纹理坐标、颜色和法线等。需要注意的是，添加顶点数据时主要按照 逆时针顺序添加 ，以确保背面剔除 (backface culling)的正确(后面还会有介绍)。

(2)实例化一个几何体对 (osg::Gemetry)，设置点坐标数组、纹理坐标数组、颜色数组、法线数组、绑定方式及数据解析。

(3)加入叶节点绘制并渲染。

通过这么多的介绍，相信读者已经完全明白了。下面的小节中会提供例子来说明如何绘制基本的几何体对象，要仔细理解。

2.2 基本几何体绘制示例

基本几何体绘制(osg::Geometry)示例演示了创建一个几何体的过程示例中创建了最简单的四边形。通过该示例读者将学会如何创建简单的几何体。代码如程序清单4-1所示。

  1. osg::ref_ptr<osg::Node> createQuad() // 创建一个四边形节点
  2. {
  3. // 创建一个叶节点对象
  4. osg::ref_ptr<osg::Geode> geode = new osg::Geode();
  6. // 创建一个几何体对象
  7. osg::ref_ptr<osg::Geometry> geom = new osg::Geometry();
  9. // 创建顶点数组，注意顶点的添加顺序是逆时针的
  10. osg::ref_ptr<osg::Vec3Array> v = new osg::Vec3Array();
  11. v->push_back(osg::Vec3(0.0f, 0.0f, 0.0f)); // 添加数据
  12. v->push_back(osg::Vec3(1.0f, 0.0f, 0.0f));
  13. v->push_back(osg::Vec3(1.0f, 0.0f, 1.0f));
  14. v->push_back(osg::Vec3(0.0f, 0.0f, 1.0f));
  16. // 设置顶点数据
  17. geom->setVertexArray(v.get());
  19. // 创建纹理坐标
  20. osg::ref_ptr<osg::Vec2Array> vt = new osg::Vec2Array();
  21. vt->push_back(osg::Vec2(0.0f, 0.0f)); // 添加数据
  22. vt->push_back(osg::Vec2(1.0f, 0.0f));
  23. vt->push_back(osg::Vec2(1.0f, 1.0f));
  24. vt->push_back(osg::Vec2(0.0f, 1.0f));
  26. // 设置纹理坐标
  27. geom->setTexCoordArray(0, vt.get());
  29. // 创建颜色数组
  30. osg::ref_ptr<osg::Vec4Array> vc = new osg::Vec4Array();
  31. vc->push_back(osg::Vec4(1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f)); // 添加数据
  32. vc->push_back(osg::Vec4(0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f));
  33. vc->push_back(osg::Vec4(0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f));
  34. vc->push_back(osg::Vec4(1.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f));
  35. geom->setColorArray(vc.get()); // 设置颜色数组
  36. geom->setColorBinding(osg::Geometry::BIND_PER_VERTEX); // 设置颜色的绑定方式为单个顶点
  38. // 创建法线数组
  39. osg::ref_ptr<osg::Vec3Array> nc = new osg::Vec3Array();
  40. nc->push_back(osg::Vec3(0.0f, -1.0f, 0.0f)); // 添加法线
  42. // 设置法线数组
  43. geom->setNormalArray(nc.get());
  44. geom->setNormalBinding(osg::Geometry::BIND_OVERALL); // 设置法线的绑定方式为全部顶点
  45. geom->addPrimitiveSet( new osg::DrawArrays(osg::PrimitiveSet::QUADS, 0, 4)); // 添加图元，绘图基元为四边形
  46. geode->addDrawable(geom.get()); // 添加到叶节点
  48. return geode.get();
  49. }
  51. // 基本几何体绘制
  52. void baseGeometry_4_1()
  53. {
  54. // 创建 Viewer 对象，场景浏览器
  55. osg::ref_ptr<osgViewer::Viewer> viewer = new osgViewer::Viewer();
  56. osg::ref_ptr<osg::GraphicsContext::Traits> traits = new osg::GraphicsContext::Traits;
  57. traits->x = 40;
  58. traits->y = 40;
  59. traits->width = 600;
  60. traits->height = 480;
  61. traits->windowDecoration = true ;
  62. traits->doubleBuffer = true ;
  63. traits->sharedContext = 0;
  65. osg::ref_ptr<osg::GraphicsContext> gc = osg::GraphicsContext::createGraphicsContext(traits.get());
  66. osg::ref_ptr<osg::Camera> camera = new osg::Camera;
  67. camera->setGraphicsContext(gc.get());
  68. camera->setViewport( new osg::Viewport(0, 0, traits->width, traits->height));
  69. GLenum buffer = traits->doubleBuffer ? GL_BACK : GL_FRONT;
  70. camera->setDrawBuffer(buffer);
  71. camera->setReadBuffer(buffer);
  72. viewer->addSlave(camera.get());
  74. osg::ref_ptr<osg::Group> root = new osg::Group();
  76. // 添加到场景
  77. root->addChild(createQuad());
  79. // 优化场景数据
  80. osgUtil::Optimizer optimizer;
  81. optimizer.optimize(root.get());
  83. viewer->setSceneData(root.get());
  84. viewer->realize();
  85. viewer->run();
  86. }

运行程序，截图如图4-4 所示

图4-4基本几何体绘制示例截图

2.3 索引绑定几何体绘制示例

通过前面的示例，相信读者已经学会了如何创建简单的几何体。索引绑定几何体绘制(osg::Geometry)示例将向读者演示如何利用索引绑定几何体。代码如程序清单4-2所示。

  1. osg::ref_ptr<osg::Node> createQuad_Index() // 创建一个四边形节点
  2. {
  3. // 创建一个叶节点对象
  4. osg::ref_ptr<osg::Geode> geode = new osg::Geode();
  6. // 创建一个几何体对象
  7. osg::ref_ptr<deprecated_osg::Geometry> geom = new deprecated_osg::Geometry();
  9. // 创建顶点数组
  10. osg::ref_ptr<osg::Vec3Array> v = new osg::Vec3Array();
  11. v->push_back(osg::Vec3(0.0f, 0.0f, 0.0f)); // 添加数据
  12. v->push_back(osg::Vec3(1.0f, 0.0f, 0.0f));
  13. v->push_back(osg::Vec3(1.0f, 0.0f, 1.0f));
  14. v->push_back(osg::Vec3(0.0f, 0.0f, 1.0f));
  15. v->push_back(osg::Vec3(0.0f, -1.0f, 0.0f));
  17. // 设置顶点数据
  18. geom->setVertexArray(v.get());
  20. // 创建四边形顶点索引数组，指定绘图基元为四边形，注意添加顺序
  21. osg::ref_ptr<osg::DrawElementsUInt> quad = new osg::DrawElementsUInt(osg::PrimitiveSet::QUADS, 0);
  22. quad->push_back(0); // 添加数据
  23. quad->push_back(1);
  24. quad->push_back(2);
  25. quad->push_back(3);
  27. // 添加到几何体
  28. geom->addPrimitiveSet(quad.get());
  30. // 创建三角形顶点索引数组，指定绘图基元为三角形，注意添加顺序
  31. osg::ref_ptr<osg::DrawElementsUInt> triangle = new osg::DrawElementsUInt(osg::PrimitiveSet::TRIANGLES, 0);
  32. triangle->push_back(4); // 添加数据
  33. triangle->push_back(0);
  34. triangle->push_back(3);
  36. // 添加到几何体
  37. geom->addPrimitiveSet(triangle.get());
  39. // 创建颜色数组
  40. osg::ref_ptr<osg::Vec4Array> vc = new osg::Vec4Array();
  41. vc->push_back(osg::Vec4(1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f)); // 添加数据
  42. vc->push_back(osg::Vec4(0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f));
  43. vc->push_back(osg::Vec4(0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f));
  44. vc->push_back(osg::Vec4(1.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f));
  46. // 创建颜色索引数组
  47. osg::TemplateIndexArray<unsigned int , osg::Array::UIntArrayType, 4, 4>* colorIndex = new osg::TemplateIndexArray<unsigned int , osg::Array::UIntArrayType, 4, 4>();
  48. colorIndex->push_back(0); // 添加数据，注意添加数据顺序与顶点一一对应
  49. colorIndex->push_back(1);
  50. colorIndex->push_back(2);
  51. colorIndex->push_back(3);
  52. colorIndex->push_back(2);
  54. geom->setColorArray(vc.get()); // 设置颜色数组
  55. geom->setColorIndices(colorIndex); // 设置颜色索引数组
  56. geom->setColorBinding(deprecated_osg::Geometry::BIND_PER_VERTEX); // 设置颜色的绑定方式为单个顶点
  58. // 创建法线数组
  59. osg::ref_ptr<osg::Vec3Array> nc = new osg::Vec3Array();
  60. nc->push_back(osg::Vec3(0.0f, -1.0f, 0.0f)); // 添加法线
  62. geom->setNormalArray(nc.get()); // 设置法线数组
  63. geom->setNormalBinding(deprecated_osg::Geometry::BIND_OVERALL); // 设置法线的绑定方式为全部顶点
  64. geode->addDrawable(geom.get()); // 添加到叶节点
  66. return geode.get();
  67. }
  69. void indexGeometry_4_2()
  70. {
  71. // 创建 Viewer 对象，场景浏览器
  72. osg::ref_ptr<osgViewer::Viewer> viewer = new osgViewer::Viewer();
  73. osg::ref_ptr<osg::GraphicsContext::Traits> traits = new osg::GraphicsContext::Traits;
  74. traits->x = 40;
  75. traits->y = 40;
  76. traits->width = 600;
  77. traits->height = 480;
  78. traits->windowDecoration = true ;
  79. traits->doubleBuffer = true ;
  80. traits->sharedContext = 0;
  82. osg::ref_ptr<osg::GraphicsContext> gc = osg::GraphicsContext::createGraphicsContext(traits.get());
  83. osg::ref_ptr<osg::Camera> camera = new osg::Camera;
  84. camera->setGraphicsContext(gc.get());
  85. camera->setViewport( new osg::Viewport(0, 0, traits->width, traits->height));
  86. GLenum buffer = traits->doubleBuffer ? GL_BACK : GL_FRONT;
  87. camera->setDrawBuffer(buffer);
  88. camera->setReadBuffer(buffer);
  89. viewer->addSlave(camera.get());
  90. osg::ref_ptr<osg::Group> root = new osg::Group();
  92. // 添加到场景
  93. root->addChild(createQuad_Index());
  95. // 优化场景数据
  96. osgUtil::Optimizer optimizer;
  97. optimizer.optimize(root.get());
  99. viewer->setSceneData(root.get());
  100. viewer->realize();
  101. viewer->run();
  102. }

运行程序，截图如图 4-5 所示

图4-5索引绑定几何体绘制示例截图

3. 使用OSG中预定义的几何体

在OSG 中，为了简化场景的绘制，同时也为了方便开发者能够快速地构造一个场景，它本身预定义了一些常用的几何体。下面分别进行介绍。

3.1 osg::Shape类

osg::Shape 类直接继承自osg::Object 基类，承关系图如图4-6 所示。

图4-6 osg::Shape 的继承关系图

osg::Shape 类是各种内嵌几何体的基类，它不但可用于剔除和碰撞检测，还可用于生成预定义的几何体对象。

常用的内嵌几何体包括如下几种:

  1. osg::Box // 正方体
  2. osg::Capsule // 太空舱
  3. osg::Cone // 椎体
  4. osg::Cylinder // 柱体
  5. osg::HeightField // 高度图
  6. osg::InfinitePlane // 无限平面
  7. osg::Sphere // 球体
  8. osg::TriangleMesh // 三角片

3.2  osg::ShapeDrawable类

在第 4.3.1 节中，我们讲到了在 OSG 中内了很多预定义的几何体。如渲染这些内嵌的几何体就必须将其与osg::Drawable 关联。实际应用中可以使用osg::Drawable类的派生类osg::ShapeDrawable来完成这个功能。

osg::ShapeDrawable类在前面已经讲到，它派生自osg::Drawable类，关系继承图如图4-7所示。

图4-7 osg::ShapeDrawable的继承关系图

在osg::ShapeDrawable类的构造函数中提供了关联osg::Shape 的方法：

  1. ShapeDrawable(Shape*shape,TessellationHints *hints-0) // 第一个参数为 sape ，第二个参数默认下不细化

同时，由于它继承自osg::Drawable类，所以它的实例需要被添加到叶节点中才能被实例绘制。

3.3 网格化类

网格化类(osg::TessellationHints)直接继承自osg::Objcct 基类，继承关系图如图4-8 所示。

图4-8 osg::TessellationHints 的继承关系图

osg::TessellationHints类的主要作用是设置预定义几何体对象的精细程度，精细程度越高，表示其细分越详细，但对于不同的预定义几何体对象它的作用是不一样的，例如:

  1. Box( 四棱柱 ): 网格化类对于四棱柱没有意义。
  2. Capsule( 太空舱 ): 太空舱分 3 个部分，上下半球部分和圆侧面部分，默认侧面被细分
  3. Cone( 圆锥 ): 直接细分
  4. Cylinder( 柱体 ): 直接细分。
  5. Sphere( 球 ): 直接细分。

目前，osg::TessellationHints类并不完整，部分类成员函数还没有实现，具体可以参看源码。在内嵌几何体对象中，默认的情况下，网格化类的精细度为0，表示预定义的几何体此时按照原顶点默认绘制，不做任何细化处理。

3.4 预定义几何体示例

预定义几何体(osg::ShapeDrawable)示例的代码如程序清单4-3所示。

  1. // 4_3 预定义几何体
  2. osg::ref_ptr<osg::Geode> createShape() // 绘制多个预定义的几何体
  3. {
  4. // 创建一个叶节点
  5. osg::ref_ptr<osg::Geode> geode = new osg::Geode();
  7. // 设置半径和高度
  8. float radius = 0.8f;
  9. float height = 1.0f;
  11. // 创建精细度对象，精细度越高，细分就越多
  12. osg::ref_ptr<osg::TessellationHints> hints = new osg::TessellationHints;
  13. hints->setDetailRatio(0.5f); // 设置精细度为 0.5f
  14. geode->addDrawable( new osg::ShapeDrawable( new osg::Sphere(osg::Vec3(0.0f, 0.0f, 0.0f), radius), hints.get())); // 添加一个球体，第一个参数是预定义几何体对象，第二个是精细度，默认为 0
  15. geode->addDrawable( new osg::ShapeDrawable( new osg::Box(osg::Vec3(2.0f, 0.0f, 0.0f), 2 * radius), hints.get())); // 添加一个正方体
  16. geode->addDrawable( new osg::ShapeDrawable( new osg::Cone(osg::Vec3(4.0f, 0.0f, 0.0f), radius, height), hints.get())); // 添加一个圆锥
  17. geode->addDrawable( new osg::ShapeDrawable( new osg::Cylinder(osg::Vec3(6.0f, 0.0f, 0.0f), radius, height), hints.get())); // 添加一个圆柱体
  18. geode->addDrawable( new osg::ShapeDrawable( new osg::Capsule(osg::Vec3(8.0f, 0.0f, 0.0f), radius, height), hints.get())); // 添加一个太空舱
  20. return geode.get();
  21. }
  23. void shapeDrawable_4_3()
  24. {
  25. // 创建 Viewer 对象，场景浏览器
  26. osg::ref_ptr<osgViewer::Viewer> viewer = new osgViewer::Viewer();
  27. osg::ref_ptr<osg::GraphicsContext::Traits> traits = new osg::GraphicsContext::Traits;
  28. traits->x = 40;
  29. traits->y = 40;
  30. traits->width = 600;
  31. traits->height = 480;
  32. traits->windowDecoration = true ;
  33. traits->doubleBuffer = true ;
  34. traits->sharedContext = 0;
  36. osg::ref_ptr<osg::GraphicsContext> gc = osg::GraphicsContext::createGraphicsContext(traits.get());
  37. osg::ref_ptr<osg::Camera> camera = new osg::Camera;
  38. camera->setGraphicsContext(gc.get());
  39. camera->setViewport( new osg::Viewport(0, 0, traits->width, traits->height));
  40. GLenum buffer = traits->doubleBuffer ? GL_BACK : GL_FRONT;
  41. camera->setDrawBuffer(buffer);
  42. camera->setReadBuffer(buffer);
  43. viewer->addSlave(camera.get());
  45. osg::ref_ptr<osg::Group> root = new osg::Group();
  46. root->addChild(createShape()); // 添加到场景
  48. // 优化场景数据
  49. osgUtil::Optimizer optimizer;
  50. optimizer.optimize(root.get());
  52. viewer->setSceneData(root.get());
  53. viewer->realize();
  54. viewer->run();
  55. }

运行程序，截图如图4-9 所示。

图4-9 预定义几何体示例截图

4. 多边形分格化

如果读者对OpenGL有一定了解的话，应该知道OpenGL为了快速渲染多边形，只能直接显示简单的 凸多边形 。所谓简单的凸多边形，就是多边形上任意两点的连线上的点依属于该多边形。对凹多边形或者自交叉多边形的渲染结果将不确定。下面列举一些需要分格化的多边形，如图 4-10 所示。

为了正确显示凹多边形或者自交叉多边形，就必须把它们分解为简单的凸多边形，这种做法就称为多边形的分格化。 OSG是对底层OpenGL API的封装，所以它同样只能直接显示简单的凸多边形，对于凹多边形或者自交叉多边形，渲染也是不确定的。

在OSG中提供了一个多边形分格化的类osgUtil::Tessellator，它继承自osg::Referenced类继承关系图如图4-11所示

在OSG中进行多边形分格化渲染需要如下3个步骤：

(1)创建多边形分格化对象。

(2)设置分格化对象的类型，通常有下面3种类型。

  1. TESS_TYPE_GEOMETRY, // 分格化几何体
  2. TESS_TYPE_DRAWABLE, // 分格化几何体中的 Drawable( 如多边形三形四边形等 )
  3. TESS_TYPE_POLYGONS, // 只分格化几何体中的多边形

(3)根据计算的环绕数指定相应的环绕规则。

1.环绕数

在《OpenGL编程指南》第5版中曾指出“对于一条简单的轮廓线，每个点的环绕数就是环绕这个点的所有轮廓线的代数和(用一个有符号的整数表示，求和规则是: 逆时针环绕的轮廓线为正，顺时针环绕的轮廓线为负 )。这个过程把一个有符号的整数数值与平面上的每个顶点相关联。注意，对于区域中的所有点，它们的环绕数都是相同的。

图4-12为轮廓线与环绕数的计算方法，读者可以通过此图理解环绕数及如何计算环绕数。

图4-12 轮廓线与环绕数的计算方法

2环绕规则

如果一个区域的环绕数属于环绕规则所选择的类型，那么它就是它的内部区域。通常，环绕规则把具有奇数和非零环绕数的区域定义为内部区域。环绕规则主要是针对环绕数来确定的。

几种常用的环绕规则如下:

  1. TESS_WINDING_ODD=GLU_TESS_WINDING_ODD // 环绕数为奇数
  2. TESS_WINDING_NONZERO=GLU_TESS_WINDING_NONZERO // 环绕数为非零数
  3. TESS_WINDING_POSITIVE=GLU_TESS_WINDING_POSITIVE // 环绕数为正数
  4. TESS_WINDING_NEGATIVE=GLU_TESS_WINDING_NEGATIVE // 环绕数为负数
  5. TESS_WINDING_ABS_GEQ_TWO=GLU_TESS_WINDING_ABS_GEQ_TWO // 环绕数为绝对值大于或等于 2

多边形分格化(osgUtil::Tessellator)示例的代码如程序清单4-4所示

  1. osg::ref_ptr<osg::Geode> tesslatorGeometry() // 使用分格化绘制凹多边形
  2. {
  3. osg::ref_ptr<osg::Geode> geode = new osg::Geode();
  5. osg::ref_ptr<osg::Geometry> geom = new osg::Geometry();
  6. geode->addDrawable(geom.get());
  8. // 以下是一些顶点数据
  9. const float wall[5][3] = // 墙
  10. { { 2200.0f, 0.0f, 1130.0f },
  11. { 2600.0f, 0.0f, 1130.0f },
  12. { 2600.0f, 0.0f, 1340.0f },
  13. { 2400.0f, 0.0f, 1440.0f },
  14. { 2200.0f, 0.0f, 1340.0f } };
  16. const float door[4][3] = // 门
  17. { { 2360.0f, 0.0f, 1130.0f },
  18. { 2440.0f, 0.0f, 1130.0f },
  19. { 2440.0f, 0.0f, 1230.0f },
  20. { 2360.0f, 0.0f, 1230.0f } };
  22. const float windows[16][3] = // 四扇窗户
  23. { { 2240.0f, 0.0f, 1180.0f },
  24. { 2330.0f, 0.0f, 1180.0f },
  25. { 2330.0f, 0.0f, 1220.0f },
  26. { 2240.0f, 0.0f, 1220.0f },
  27. { 2460.0f, 0.0f, 1180.0f },
  28. { 2560.0f, 0.0f, 1180.0f },
  29. { 2560.0f, 0.0f, 1220.0f },
  30. { 2460.0f, 0.0f, 1220.0f },
  31. { 2240.0f, 0.0f, 1280.0f },
  32. { 2330.0f, 0.0f, 1280.0f },
  33. { 2330.0f, 0.0f, 1320.0f },
  34. { 2240.0f, 0.0f, 1320.0f },
  35. { 2460.0f, 0.0f, 1280.0f },
  36. { 2560.0f, 0.0f, 1280.0f },
  37. { 2560.0f, 0.0f, 1320.0f },
  38. { 2460.0f, 0.0f, 1320.0f } };
  40. // 设置顶点数据
  41. osg::ref_ptr<osg::Vec3Array> coords = new osg::Vec3Array();
  42. geom->setVertexArray(coords.get());
  44. // 设置法线
  45. osg::ref_ptr<osg::Vec3Array> normal = new osg::Vec3Array();
  46. normal->push_back(osg::Vec3(0.0f, -1.0f, 0.0f));
  47. geom->setNormalArray(normal.get());
  48. geom->setNormalBinding(osg::Geometry::BIND_OVERALL);
  50. // 添加墙
  51. for ( int i = 0; i < 5; i++)
  52. {
  53. coords->push_back(osg::Vec3(wall[i][0], wall[i][1], wall[i][2]));
  55. }
  56. geom->addPrimitiveSet( new osg::DrawArrays(osg::PrimitiveSet::POLYGON, 0, 5));
  59. // 添加门
  60. for ( int i = 0; i < 4; i++)
  61. {
  62. coords->push_back(osg::Vec3(door[i][0], door[i][1], door[i][2]));
  63. }
  65. // 添加窗
  66. for ( int i = 0; i < 16; i++)
  67. {
  68. coords->push_back(osg::Vec3(windows[i][0], windows[i][1], windows[i][2]));
  69. }
  70. geom->addPrimitiveSet( new osg::DrawArrays(osg::PrimitiveSet::QUADS, 5, 20));
  72. // 创建分格化对象
  73. osg::ref_ptr<osgUtil::Tessellator> tscx = new osgUtil::Tessellator();
  74. tscx->setTessellationType(osgUtil::Tessellator::TESS_TYPE_GEOMETRY); // 设置分格类型为几何体
  75. tscx->setBoundaryOnly( false ); // 设置只显示轮廓线为 false ，这里还需要填充
  76. tscx->setWindingType(osgUtil::Tessellator::TESS_WINDING_ODD); // 设置环绕规则
  77. tscx->retessellatePolygons(*(geom.get())); // 使用分格化
  79. return geode.get();
  80. }
  82. void Tessellator_4_4()
  83. {
  84. osg::ref_ptr<osgViewer::Viewer> viewer = new osgViewer::Viewer();
  85. osg::ref_ptr<osg::GraphicsContext::Traits> traits = new osg::GraphicsContext::Traits;
  86. traits->x = 40;
  87. traits->y = 40;
  88. traits->width = 600;
  89. traits->height = 480;
  90. traits->windowDecoration = true ;
  91. traits->doubleBuffer = true ;
  92. traits->sharedContext = 0;
  94. osg::ref_ptr<osg::GraphicsContext> gc = osg::GraphicsContext::createGraphicsContext(traits.get());
  95. osg::ref_ptr<osg::Camera> camera = new osg::Camera;
  96. camera->setGraphicsContext(gc.get());
  97. camera->setViewport( new osg::Viewport(0, 0, traits->width, traits->height));
  98. GLenum buffer = traits->doubleBuffer ? GL_BACK : GL_FRONT;
  99. camera->setDrawBuffer(buffer);
  100. camera->setReadBuffer(buffer);
  101. viewer->addSlave(camera.get());
  103. osg::ref_ptr<osg::Group> root = new osg::Group();
  105. // 添加绘制的多边形
  106. osg::ref_ptr<osg::Geode> geode = tesslatorGeometry();
  107. root->addChild(geode.get());
  109. // 优化场景数据
  110. osgUtil::Optimizer optimizer;
  111. optimizer.optimize(root.get());
  113. viewer->setSceneData(root.get());
  114. viewer->realize();
  115. viewer->run();
  116. }

运行程序，截图如图4-13所示

图4-13多边形分格化示例截图

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osg

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c

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