OSG中几何体的绘制（一）

        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();  
  5.   
  6.     // 创建一个几何体对象  
  7.     osg::ref_ptr<osg::Geometry> geom = new osg::Geometry();  
  8.   
  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));  
  15.   
  16.     // 设置顶点数据  
  17.     geom->setVertexArray(v.get());  
  18.   
  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));  
  25.   
  26.     // 设置纹理坐标  
  27.     geom->setTexCoordArray(0, vt.get());  
  28.   
  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  
  37.   
  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  
  41.   
  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  
  47.   
  48.     return geode.get();  
  49. }  
  50.   
  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;  
  64.   
  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());  
  73.   
  74.     osg::ref_ptr<osg::Group> root = new osg::Group();  
  75.   
  76.     // 添加到场景  
  77.     root->addChild(createQuad());  
  78.   
  79.     // 优化场景数据  
  80.     osgUtil::Optimizer optimizer;  
  81.     optimizer.optimize(root.get());  
  82.   
  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();  
  5.   
  6.     // 创建一个几何体对象  
  7.     osg::ref_ptr<deprecated_osg::Geometry> geom = new deprecated_osg::Geometry();  
  8.   
  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));  
  16.   
  17.     // 设置顶点数据  
  18.     geom->setVertexArray(v.get());  
  19.   
  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);  
  26.   
  27.     // 添加到几何体  
  28.     geom->addPrimitiveSet(quad.get());  
  29.   
  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);  
  35.   
  36.     // 添加到几何体  
  37.     geom->addPrimitiveSet(triangle.get());  
  38.   
  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));  
  45.   
  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);  
  53.       
  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  
  57.   
  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  
  61.       
  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  
  65.   
  66.     return geode.get();  
  67. }  
  68.   
  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;  
  81.   
  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();  
  91.   
  92.     // 添加到场景  
  93.     root->addChild(createQuad_Index());  
  94.   
  95.     // 优化场景数据  
  96.     osgUtil::Optimizer optimizer;  
  97.     optimizer.optimize(root.get());  
  98.   
  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();  
  6.   
  7.     // 设置半径和高度  
  8.     float radius = 0.8f;  
  9.     float height = 1.0f;  
  10.   
  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  
  19.   
  20.     return geode.get();  
  21. }  
  22.   
  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;  
  35.   
  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());  
  44.   
  45.     osg::ref_ptr<osg::Group> root = new osg::Group();   
  46.     root->addChild(createShape());// 添加到场景  
  47.   
  48.     // 优化场景数据  
  49.     osgUtil::Optimizer optimizer;  
  50.     optimizer.optimize(root.get());  
  51.   
  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();  
  4.   
  5.     osg::ref_ptr<osg::Geometry> geom = new osg::Geometry();  
  6.     geode->addDrawable(geom.get());  
  7.   
  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 } };  
  15.   
  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 } };  
  21.   
  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 } };  
  39.   
  40.     // 设置顶点数据  
  41.     osg::ref_ptr<osg::Vec3Array> coords = new osg::Vec3Array();  
  42.     geom->setVertexArray(coords.get());  
  43.   
  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);  
  49.   
  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]));  
  54.   
  55.     }  
  56.     geom->addPrimitiveSet(new osg::DrawArrays(osg::PrimitiveSet::POLYGON, 0, 5));  
  57.   
  58.   
  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.     }  
  64.   
  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));  
  71.   
  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  
  78.   
  79.     return geode.get();  
  80. }  
  81.   
  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;  
  93.   
  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());  
  102.   
  103.     osg::ref_ptr<osg::Group> root = new osg::Group();  
  104.   
  105.     // 添加绘制的多边形  
  106.     osg::ref_ptr<osg::Geode> geode = tesslatorGeometry();  
  107.     root->addChild(geode.get());  
  108.   
  109.     // 优化场景数据  
  110.     osgUtil::Optimizer optimizer;  
  111.     optimizer.optimize(root.get());  
  112.   
  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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