利用OpenGL实现三维绘图的研究

科技信息　０科教视　｝０　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＩＮＦＯ￣ＡＴＩＯＮ　２００６年第ｌＯ期　

利用ＯｐｅｎＧＬ实现三维绘图的研究　

杨光伟李鹏房志栋　

（陕西省广电网络渭南分公司　陕西渭南７１４０００）　

摘要：本文主要介绍ＯｐｅｎＧＬ编程的基奉概念、步骤，以厦如何利用ＯｐｅｎＧＬ函数库实现三雏绘图。　

关键词：ＯｐｅｎＧＬ：三雏绘图　

ＯｐｅｎＧＬ是个专业的３Ｄ程序接口，是一个功能强大，调用方便的　

底层３Ｄ图形库。ＯｐｅｎＧＬ的前身是ＳＧＩ公司为其图形工作站开发的　

ＩＲＩＳ　ＧＬ。ＩＲＩＳ　ＧＬ是一个工业标准的３Ｄ图形软件接口，功能虽然强火　

但是移植性不好，于是ＳＧＩ公司便在ＩＲＩＳ　ＧＬ的基础上开发了　

ＯｐｅｎＧＬ。ＯｐｅｎＧＬ的英文全称是“Ｏｐｅｎ　Ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ｌｉｂｒａｒｙ”，顾名思义．　

ＯｐｅｎＧＬ便是“开放的图形程序接口”。虽然ＤｉｒｅｃｔＸ在家用市场全面领　

先，但在专业高端绘图领域，ＯｐｅｎＧＬ是不能被取代的主角。　

ＯｐｅｎＧＬ是个与．硬件无关的软件接口，可以在不同的平台如　

Ｗｉｎｄｏｗｓ　９５、Ｗｉｎｄｏｗｓ　ＮＴ、Ｕｎｉｘ、Ｌｉｎｕｘ、ＭａｃＯＳ、０Ｓ／２之间进行移植。因　

此，支持ＯｐｅｎＧＬ的软件具有很好的移植性，可以获得非常广泛的应　

用　由于ＯｐｅｎＧＬ是３Ｄ图形的底层图形库，没有提供几何实体图元．　

不能直接用以描述场景。但是，通过一些转换程序，可以很方便地将　

ＡｕｔｏＣＡＤ、３ＤＳ等３Ｄ图形设计软件制作的ＤＦＸ和３ＤＳ模型文件转换　

成ＯｐｅｎＧＬ的顶点数组　

在ＯｐｅｎＧＬ的基础上还有Ｏｐｅｎ　Ｉｎｖｅｎｔｏｒ、Ｃｏｓｍｏ３Ｄ、Ｏｐｔｉｍｉｚｅｒ等多　

种高级图形库，适应不同应用　其中．Ｏｐｅｎ　Ｉｎｖｅｎｔｏｒ应用最为广泛。该　

软件是基于ＯｐｅｎＧＬ面向对象的工具包，提供创建交互式３Ｄ图形应　

用程序的对象和方法。提供了预定义的对象和用于交互的事件处理模　

块，创建和编辑３Ｄ场景的高级应用程序单元，有打印对象和用其它图　

形格式交换数据的能力。　

ＯｐｅｎＧＬ的发展…直处于－种较为迟缓的态势，每次版本的提高　

新增的技术很少．人多只是对其中部分做出修改和完善。１９９２年７　

月，ＳＧＩ公司发布了ＯｐｅｎＧＬ的１　０版本．随后叉与微软公司共间开发　

了Ｗｉｎｄｏｗｓ　ＮＴ版本的ＯｐｅｎＧＬ，从而使一些原来必颁在高档图形工　

作站ｌ　运行的大型３Ｄ图形处理软件也可以在微机上运用。１９９５年　

ＯｐｅｎＧＬ的１．１版本叫市，该版本比ｌ　０的性能有许多提高，并加入了　

一些新的功能。其中包括改进打印机支持，在增强元文件中包含　

ＯｐｅｎＧＩ　的调用。顶点数组的新特性，提高顶点位置、法线、颜色、色彩　

指数、纹理坐标、多边形边缘标识的传输速度，引入了新的纹理特性等　

等。ＯｐｅｎＧＬ　１，５叉新增了“ＯｐｅｎＧＩ　Ｓｈａｄｉｎｇ　Ｌａｌ１ｇｕ　ｅ”，该语言是　

“ＯｐｅｎＧＬ　２　０　的底核，用于着色对象、顶点着色以及片断着色技术的　

扩展功能　

ＯｐｅｎＧＬ　２．０标准的主要制订者并非原来的ＳＧＩ。而是逐渐在ＡＲＢ　

中占据主动地位的３Ｄｌａｂｓ。２．０版本首先要做的是与旧版本之间的完　

整兼容性，同时在顶点与像素及内存管理上与ＤｉｒｅｃｔＸ共同合作以维　持均势。ＯｐｅｎＧＬ　２．０将由ＯｐｅｎＧＬ　１．３的现有功能加上与之完全兼容　

的新功能所组成。借此可以对在ＡＲＢ停滞不前时代各家推出的各种　

纠缠不清的扩展指令集做…次彻底的精简。此外，硬件可编程能力的　

实现也提供了一个更好的方法以整合现有的扩展指令。　

目前，随着ＤｉｒｅｃｔＸ的不断发展和完善，ＯｐｅｎＧＬ的优势逐渐艇失，　

至今虽然已有３ＤＩａｂｓ提倡开发的２．０版本面世，在其中加入了很多类　

似于ＤｉｒｅｃｔＸ中可编程单元的设计，但厂商的用户的认知程度并不高，　

束来的ＯｐｅｎＧｌ　发展前景迷茫在三维绘图蓬勃发展的过程中，计算机　

公司推出＿＝ｒ大量的三维绘图软件包。其中ＳＧＩ公司推出的ＯｐｅｎＧＬ。作　

为一个性能优越的图形应用程序设计界面（ＡＰＩ）异军突起．取得了很　

大的成就。它以高性能的交互式三维图形建模能力和易于编程开发．　

得到ｒ　Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ、ＩＢＭ、ＤＥＣ、Ｓｕｎ、ＨＰ等太公司的认同。因此，　

ＯｐｅｎＧＬ已经成为一种三维图形开发标准，是从事三维图形开发工作　的必要工具。　

１．初始化ＯｐｅｎＧＬ绘图环境　

１．１定义颜色格式和缓冲模式ＯｐｅｎＧＬ提供两种颜色模式：ＲＧＢ　

（ＲＧＢＡ）模式和颜色索引模式。在ＲＧＢＡ模式下所有颜色的定义用　

ＲＧＢ三个值来表示，有时也加上Ａｌｐｈａ值（表示透明度）。ＲＧＢ三个分　

量值的范围都在０和１之间。它们在最终颜色中所占的比例与它们的　值成正比。如；（１。１，０）表示黄色。（０，０，Ｉ）表示蓝色。颜色索引模式下　

６　每个象索的颜色是用颜色索引表中的某个颜色索引值表示（类似于从　调色板中选取颜色）。由于三维图形处理中要求颜色灵活，而且在阴　

影，光照，雾化，融合等效果处理中ＲＧＢＡ的效果要比颜色索引模式　

好，所以，在编程时太多采用ＲＧＢＡ模式。　

ＯｐｅｎＧＬ提供了双缓存来绘制图像。即在显示前台缓存中的图像　

同时，后台缓存绘制第二幅图像。当后台绘制完成后，后台缓存中的图　

像就显示出来，此时原来的前台缓存开始绘制第三幅图像。如此循环　

往复，以增加图像的输出速度。　

设置窗ｕ显示模式函数：　

ｖｏｉｄ　ａｕｘＩｎｉｔＤｉｓｐｌ　ｙＭｏｄｅ（　

ＡＵＸ—Ｄ０ＵＢＬＥ／／双缓存方式　

ＩＡＵＸ—ＲＧＢＡ）；／／ＲＧＢＡ颜色模式　

１．２设置光源　ＯｐｅｎＧＬ的光源大体分为三种：环境光（Ａｍｂｉｅｎｔ　

ｌｉｇｈｔ）．即来自十周围环境没有固定方向的光。漫射￣（Ｄｉｆｕｓｅ　ｌｉｇｈ０来　自同一个方向．照射到物体表面时在物体的各个方向上均匀发散。镜　面光（Ｓｐｅｃｕｌａｒ　ｌｉｇｈｔ１则是来自于同一方向，也沿同一个方向反射。全局　

环境光是一种特殊的环境光。它不来自特于某种定光源。通常做为场　

景的自然光源。　

指定光源函数：　

Ｖｏｉｄ　ｂｇｈｔｒｙ（Ｇ１ｅｎｕｍ　ｌｉｇｈｔ，／／光源号　Ｇｌｅｎｕｍ　ｐｎａｍｅ．／／指明光源种类　

／／ＧＬ＿ＤＩＦＦＵＳＥ光源为漫射光光源　

／／ＧＩ　ＡＭＢＩＥＮＴ光源为环境光光源　

／／ＧＩ　ＰＥＣＵＩＡＲ光源为镜面光光源　

ｃｏｎｓｔ　Ｇｌｆｌｏａｔ＊ｐａｒａｍｓ）＂ｄ／指向颜色向量的指针　

设蔑全局环境光函数：　

ｖｏｉｄ　ｇｌＩ　ｉｇｈｔＭｏｄｅｌｆｖｆ　ＧＬ＿ＬＩＧＨＴ￣ＭＯＤＥＬ　

ＡＭＢＩＥＮＴ，ｃｏｎｓｔ　Ｇｌｆｌｏａｔ　ｐａｒａｍ）；　／／ｐａｒａｍ指向颜色向量的指针　

起用光源函数：　

ｖｏｉｄ　ｇｌＥｎａｂｌｅ（ＧＬＬＩＧＨＴＩＮＧ）；　ｖｏｉｄ　ｇｌＥｎａｂｌｅ（ＧＬ＿ｅｎｕｍ　ｃａｐ）：／／ｃａｐ：指明光源号　

１．３设置材质在ＯｐｅｎＧＬ中，用材料对光的三原色（红绿蓝）的反　

射率大小来定义材料的颜色。与光源相对应，材料的颜色。也分为环境　

色，漫反射色和镜面反射色。由此决定该材料对应不同的光呈现出不　

同的反射率。由于人所看到物体的颜色是光源发出的光经物体反射后　

进入眼睛的颜色。所以，物体的颜色是光源的环境光，漫反射光和镜面　

反射光与材料的环境色，漫反射色和镜面反射色的综合。例如：　

ＯｐｅｎＧ１　的光源色是（ＬＲ，ＬＧ，ＬＢ），材质色为（ＭＲ，ＭＧ，ＭＢ），那么，在　

忽略其他反射效果的情况下，最终进入眼睛的颜色是（ＬＲ＊ＭＲ，　

ＬＧ　ＭＧ．ＬＢ＊ＭＢ）。　材质定义函数：　ｖ０ｉｄ　ｇｌＭａｔｅｒｉａｌｆｖ（ＧＬｅｎｕ１３＇１　ｆａｃｅ。『／指明在设置材质的哪个表面的　

颜色。可以是ＧＬ　ＦＲＯＮＴ，ＧＩ￣ＢＡＣＫ。或ＧＬ＿ＦＲＯＮ　ｒ－ＡＮＤ＿ＢＡＣＫ　ＧＬｅｌｌｕｍ　ｐｎａｍｅ，／／与光源的ｐｎａｍｅ参数相似ｅｏｌ＇ｔｓｔ　ｆｌｏａｔ＊ｐａｒａｍ￣）；／／指向　

材质的颜色向量。　

１．４定义投影方式也即选择观察物体的角度和范围。由于我们　

是三维绘图．所以采用不同的视点和观察范围。就会产生不同的观察　

效果　由于计算机只能显示二维图形，所以在表示真实世界中的三维　

图形时．需将三维视景转换成＝维视景。这是产生三维立体效果的关　

键。ＯｐｅｎＧＬ提供了两种将３Ｄ图形转换成２Ｄ图形的方式。正投影　

（Ｏｒｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ　Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）和透视投影（Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ　Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）。其中。正　投影指投影后物体的大小与视点的远近无关，通常用于ＣＡＤ设计；而　

透视投影则符合人的心理习惯。离视点近的物体大。离视点远的物体　

小。此外，在ＯｐｅｎＧＬ中还要定义投影范围。只有在该范围中的物体才　维普资讯 http://www.cqvip.com 科技信息　０科毂视野０　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　２００６年第１Ｏ期　

会被投射到计算机屏幕上，投影范围外的物体将被裁减掉。　定义投影范围（不同的投影方式对应不同函数）：　

ｖｏｉｄ　ｇｌＯｒｔｈｏｆ　ＧＬｄｏｕｂｌｅ　ｌｅｆｔ，ＧＬｄｏｕｂｌｅ　ｒｉｇｈｔ，　

ＧＬｄｏｕｂｌｅ　ｂｏｔｔｏｍ，ＧＩＡｏｕｂｌｅ　ｔｏｐ。　

ＧＬｄｏｕｂｌｅ　Ｎｅａｒ，ＧＬｄｏｕｂｌｅ　：　／／（１ｅｆｔ，ｂｏｔｔｏｍ，ｎｅａｒ）和（ｆｉｇｈｔ，ｔｏｐ＇ｆａｒ）分别给出正射投影投影范围的左　

下角和右上角的坐标。　

２．定义与Ｗｉｎｄｏｗｓ接口的系统函数　

２．１定义绘图窗口的位置：　

ｖｏｉｄ　ａｕｘｌｎｉｔＰｏｓｉｔｉｏｎ（ＧＬｉｎｔ　ｘ，ＧＬｉｎｔ　ｙ，Ｇｋ￣ｉｚｅｉ　ｗｉｄｔｈ，ＧＩ　ｓｉｚｅ／ｈｅｉｇｈ）；／／　

ｆｘ’ｖ）给出窗口左上角坐标　

／／ｗｉｄｔｈ和ｈｅｉｇｈ给出窗口的宽高　

２．２定义绘图窗口的标题：｝　

ｖｏｉｄ　ａｕｘＩｎｉｔＷｉｎｄｏｗ（ＧＬｂｙｔｅ＊窗口标题字串）；　

２．３定义绘图窗口改变时的窗口刷新函数：　

ｖｏｉｄ　ａｕｘＲｅｓｈａｐｅＦｕｎｃ（回调函数名称）；　

／／当窗口改变形状时调指定的回调函数　

２－４定义空闲状态的空闲状态函数以实现动画：　

ｖｏｉｄ　ａｕｘｌｄｌｅＦｕｎｃ（１￣调函数名称）；　

／，当系统空闲时调用指定的回调函数　

２．５定义场景绘制函数（当窗口更新或场景改变时调用）：　

ｖｏｉｄ　ａｕｘＭａｉｎＬｏｏｐ（１￣调函数名称）；　

／／当窗口需要更新或场景变化时调用　

３．ＶＣ下实现　

在ＶＣ编辑器下键人下述代码后，保存为后缀是ｃｐｐ的Ｃ＋＋文　

件。开始编译。在Ｔｈｅ　ｂｕｉｌｄ　ｃｏｍｍａｎｄ　ｒｅｑｕｉｒｅｓ　ａｎ　ａｃｔｉｖｅ　ｐｍｉｅｃｔ　

ＷＯｒｋｓｐａｃｅ。Ｗｏｕｌｄ　ｙｏｕ　ｌｉｋｅ　ｔｏ　ｃｒｅａｔｅ　ａ　ｄｅｆａｕｈ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｗｏｒｋｓｐａｃｅ？的　

提示后，选择“是（Ｙ）”。进入Ｐｒｏｉｅｅｔ菜单，选择Ｓｅｔｔｉｎｇ项，弹出Ｐｒｏｊｅｃｔ　

Ｓｅｔｔｉｎｇ对话框，选择Ｌｉｎｋ项．在Ｌｉｂａｒａｙ栏目中加入ＯｐｅｎＧＬ提供的　

函数库：“ｏｐｅｎｇｌ３２．１ｉｂ　ｇｌｕ３２．１ｉｂ　ｇｌａｕｘ．１ｉｂ”。（注：在执行时，Ｗｉｎｄｏｗｓ的　

ｓｙｓｔｅｍ目录下要包含ｏｐｅｎｇｌ３２．ｄｌｌ和ｇｌｕ３２．ｄｌｌ两个动态连接库）。　

４．结束语　

科学计算可视化，计算机动画和虚拟现实是现在计算机图形学的　

三个热点。而这三个热点的核心都是三维真实感图形的绘制．．由于