OpenGL и Delphi на практике

Любая теория хороша, если она может быть реализована на Delphi :-). Поэтому предлагаю не откладывая в долгий ящик написать первую программу на OpenGL - а потом, окрылившись успехом, вернуться к теории и как следует проштудировать все книги и сайты по сабжу, чтобы уж стать настоящими монстрами трехмерного моделирования.

Для начала придется проделать подготовительную работу:

• настроить формат пикселей с учетом отображаемой информации;
• создать контекст OpenGL и подготовить сам движок OpenGL к работе.

Формат пикселей удобно вынести в отдельную процедуру, которую мы оформим следующим образом:

procedure SetDCPixelFormat (dc: HDC);
var pfd: TPixelFormatDescriptor;
nPixelFormat: Integer;
begin
FillChar (pfd, SizeOf (pfd),0);
with pfd do
begin
nSize:= sizeof (pfd);
nVersion:= 1;
dwFlags:= PFD_DRAW_TO_WINDOW or
PFD_SUPPORT_OPENGL or
PFD_DOUBLEBUFFER;
iPixelType:= PFD_TYPE_RGBA;
cColorBits:= 16;
cDepthBits:= 64;
iLayerType:= PFD_MAIN_PLANE;
end;
nPixelFormat:=ChoosePixelFormat (DC,@pfd);
SetPixelFormat (DC, nPixelFormat,@pfd);
end;

Здесь при заполнении структуры TPixelFormatDescriptor мы задаем параметры будущего графического отображения, в том числе количество цветовых бит, а также тип пикселей (iPixelType). Мы также задаем флаги, которые, как видно из названия, указывают, что наша программа будет поддерживать OpenGL, а также что мы будем рисовать в окне и использовать двойную буферизацию (параметр, необходимый для воспроизведения движущихся объектов).

Далее посредством вызова ChoosePixelFormat система выбирает подходящий формат пикселя - и мы присваиваем его (через SetPixelFormat) нашему окну.

Теперь нужно инициализировать контекст самого OpenGL посредством функций, содержащихся в модуле Windows, и произвести дополнительную настройку движка:

procedure TForm1.FormCreate (Sender: TObject);
begin
H:=Handle;
DC:=GetDC (H);
SetDCPixelFormat (DC);
RC:=wglCreateContext (DC);
wglMakeCurrent (DC, RC);
glClearColor (0.6,0.6,0.6,1.0);
glMatrixMode (GL_PROJECTION);
glLoadIdentity;
glFrustum (-1,1,-1,1,2,20);
glMatrixMode (GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity;
glTranslatef (0.0,-1.0,-6.0);
BeginPaint;
end;

Как видим, сначала мы задали для нашей графики необходимый формат пикселей. Теперь при помощи функции wglCreateContext создаем OpenGL-контекст, а впоследствии делаем его текущим контекстом. Далее, используя уже универсальные функции^**, произведем настройку "мира", который будем создавать. Для этого через glClearColor очистим контекст и заполним ее 60-процентным черным цветом. Далее выберем матрицу проекций, которая определяет, как будут проецироваться трехмерные объекты на плоскость экрана (в оконные координаты) и через glLoadIdentity установим единичную матрицу и зададим границы плана в "мировых координатах" при помощи вызова glFrustum. После чего загрузим модельно видовую матрицу и произведем ее смещение (glTranslatef).

Что будем рисовать

Конечно, можно было нарисовать простую пирамиду или же куб. Но мы сделаем большее - нарисуем "признание в любви"^** (рис. 1). Специально для этого методом "научного перебора" была разработана модель, описывающая соответствующую кривую:

Остается только перевести ее с языка математики на нормальный человеческий.

Прорисовка сцены

Подготовку сцены начнем с подключения разных дополнительных функций, без которых дальнейшая работа невозможна. Эти функции прописаны в методе BeginPaint, а также в методе FormResize (чтобы при изменении размера формы соответственно менялся размер объекта). Для этого используем функцию glEnable с соответствующими параметрами.

Далее в FormPaint используем подготовленные заранее методы DrawFace и DrawElement (см. листинг ниже) для отрисовки упомянутого объекта. А для придания ему еще большей "жары" используем возможности OpenGL по освещению сцены.

Итог

С точки зрения сложности освоения OpenGL сопоставим с другими подобными библиотеками. Так что с одной стороны нет разницы, в чем разбираться и что изучать. Но с точки зрения разумного подхода любой проект трехмерной графики должен как минимум поддерживать OpenGL в качестве одной из опций. Ведь серьезные вещи считаются и визуализируются, как правило, под Unix/IRIX/Linux/FreeBSD, и в то же время было бы неправильно игнорировать пользователей Windows. Так что OpenGL как раз и является тем универсальным языком и общим знаменателем, позволяющим вашим приложениям свободно мигрировать с одной платформы на другую.

Листинг 
========
unit MainForm;

interface

uses
  Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,
  Dialogs,OpenGL, StdCtrls, ExtCtrls;

type
  TForm1 = class(TForm)
    Timer1: TTimer;
    Label1: TLabel;
    Label2: TLabel;
    Label3: TLabel;
    Label4: TLabel;
    procedure FormCreate(Sender: TObject);
    procedure FormDestroy(Sender: TObject);
    procedure Timer1Timer(Sender: TObject);
    procedure FormPaint(Sender: TObject);
    procedure FormResize(Sender: TObject);
  private
   RC:HGLRC;
   DC:HDC;
   H:THandle;
   procedure BeginPaint;
    { Private declarations }
  public
    { Public declarations }
  end;

var
  Form1: TForm1;

const mat1_dif:Array[0..2] of Single = (0.8,0.8,0.0);
const mat1_amb:Array[0..2] of Single = (0.2,0.2,0.2);
const mat1_spec:Array[0..2] of Single = (0.6,0.6,0.6);
const mat1_shininess = 0.5*128;

procedure DrawElement(A,b,R0,r1:Single);
procedure DrawFace(A,R:Single;Normal:Boolean);
implementation
procedure SetDCPixelFormat(dc:HDC);
var pfd:TPixelFormatDescriptor;
    nPixelFormat:Integer;
begin
FillChar(pfd,SizeOf(pfd),0);
with pfd do
 begin
  nSize     := sizeof(pfd);
  nVersion  := 1;
  dwFlags   := PFD_DRAW_TO_WINDOW or
               PFD_SUPPORT_OPENGL or
               PFD_DOUBLEBUFFER;
  iPixelType:= PFD_TYPE_RGBA;
  cColorBits:= 16;
  cDepthBits:= 64;
  iLayerType:= PFD_MAIN_PLANE;
 end;

nPixelFormat:=ChoosePixelFormat(DC,@pfd);
SetPixelFormat(DC,nPixelFormat,@pfd);
end;

procedure TForm1.BeginPaint;
begin
glEnable(GL_LIGHTING);
glEnable(GL_LIGHT0);
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
glEnable(GL_NORMALIZE);
glEnable(GL_COLOR_MATERIAL);
timer1.enabled:=true;
end;
{$R *.dfm}
procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject);
begin
H:=Handle;
DC:=GetDC(H);
SetDCPixelFormat(DC);
RC:=wglCreateContext(DC);
wglMakeCurrent(DC,RC);
glClearColor(0.6,0.6,0.6,1.0);
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity;
glFrustum(-1,1,-1,1,2,20);
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity;
glTranslatef(0.0,-1.0,-6.0);
BeginPaint;
end;

procedure TForm1.FormDestroy(Sender: TObject);
begin
wglMakeCurrent(0,0);
wglDeleteContext(RC);
ReleaseDC(H,DC);
DeleteDC(DC);
end;

procedure TForm1.Timer1Timer(Sender: TObject);
begin
glRotatef(4.0,0.0,1.0,0.0);
SwapBuffers(DC);
InvalidateRect(H,nil,False);
end;

procedure DrawElement(a,b,r0,r1:Single);
var x1b,y1b:Single;
    x1e,y1e:Single;
    x0b,y0b:Single;
    x0e,y0e:Single;
    t0,t1:Single;
    dt:single;
begin
t0:=-3;t1:=3;
dt:=0.06;
while t0<=t1 do
 begin
  x0b:=a*sin(t0)*sin(t0)*sin(t0)*sin(t0)*cos(t0);
  y0b:=a*abs(sin(t0)*cos(t0));
  x0e:=a*sin(t0+dt)*sin(t0+dt)*sin(t0+dt)*sin(t0+dt)*cos(t0+dt);
  y0e:=a*abs(sin(t0+dt)*cos(t0+dt));
  x1b:=b*sin(t0)*sin(t0)*sin(t0)*sin(t0)*cos(t0);
  y1b:=b*abs(sin(t0)*cos(t0));
  x1e:=b*sin(t0+dt)*sin(t0+dt)*sin(t0+dt)*sin(t0+dt)*cos(t0+dt);
  y1e:=b*abs(sin(t0+dt)*cos(t0+dt));
  glBegin(GL_TRIANGLE_STRIP);
   glNormal((x0b+x1e)/2,(y0b+y1e)/2,(r1+r0)/2);
   glVertex3f(x0b,y0b,r0);
   glVertex3f(x0e,y0e,r0);
   glVertex3f(x1e,y1e,r1);
   glVertex3f(x1b,y1b,r1);
  glEnd;
  t0:=t0+dt;
 end;
end;

procedure DrawFace(A,R:Single;Normal:Boolean);
var x,y:single; t0,t1,dt:Single;
begin
t0:=-3;t1:=3;
dt:=0.06;
glBegin(GL_POLYGON);
while t0<=t1 do
 begin
  x:=a*sin(t0)*sin(t0)*sin(t0)*sin(t0)*cos(t0);
  y:=a*abs(sin(t0)*cos(t0));
  glVertex3F(x,y,r);
  t0:=t0+dt;
 end;
 t0:=0;
 x:=a*sin(t0)*sin(t0)*sin(t0)*sin(t0)*cos(t0);
 y:=a*abs(sin(t0)*cos(t0));
 if Normal then glNormal3f(x,y,-r) else glNormal3f(x,y,r);
glEnd;
end;

procedure TForm1.FormPaint(Sender: TObject);
var m,n:single;dm:Single;a:Single;df:Single;
begin
a:=25;
df:=10;
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT or GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
glColor(1.0,0.0,0.0,0.0);
glMaterialfv(GL_FRONT,GL_AMBIENT,@mat1_amb);
glMaterialfv(GL_FRONT,GL_DIFFUSE,@mat1_dif);
glMaterialfv(GL_FRONT,GL_SPECULAR,@mat1_spec);
glMaterialf(GL_FRONT,GL_SHININESS,mat1_shininess);
m:=-1;n:=1;dm:=0.5;
while m<=n do
   begin
    DrawElement(Sqrt(a-m*m),Sqrt(a-(m+dm)*(m+dm)),m/df,(m+dm)/df);
    m:=m+dm;
   end;
DrawFace(Sqrt(a-(m)*(m)),(m)/df,True);
m:=-1;
DrawFace(Sqrt(a-(m)*(m)),(m)/df,True);
end;

procedure TForm1.FormResize(Sender: TObject);
const lm:Array[0..3] of Single = (0.5,0.5,0.5,1.0);
const
   light_ambient:array[0..3] of glfloat = (0.0,0.0,0.0,1.0);
   light_diffuse:array[0..3] of glfloat = (1.0,1.0,1.0,1.0);
   light_specular:array[0..3] of glfloat = (2.0,2.0,2.0,1.0);
   light_position:array[0..3] of glfloat = (2.0,1.0,3.0,1.0);
   light_emission:array[0..3] of glfloat = (1.0,1.0,1.0,1.0);
   light_spotdirection:array[0..3] of glfloat = (1.0,1.0,1.0,1.0);
begin
wglMakeCurrent(0,0);
wglDeleteContext(RC);
ReleaseDC(H,DC);
DC:=GetDC(H);
SetDCPixelFormat(DC);
RC:=wglCreateContext(DC);
wglMakeCurrent(DC,RC);
glClearColor(0.6,0.6,0.6,0.0);
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity;
glFrustum(-1,1,-1,1,2,20);
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity;
glTranslatef(0.0,-1.0,-6.0);
glLightModel(GL_LIGHT_MODEL_LOCAL_VIEWER,Ord(True));
glLightModelfv(GL_LIGHT_MODEL_AMBIENT,@lm);
glLightfv(GL_LIGHT0,GL_AMBIENT,@light_ambient);
glLightfv(GL_LIGHT0,GL_DIFFUSE,@light_diffuse);
glLightfv(GL_LIGHT0,GL_SPECULAR,@light_specular);
glLightfv(GL_LIGHT0,GL_POSITION,@light_position);
glLightf(GL_LIGHT0,GL_SPOT_EXPONENT,8);
glLightf(GL_LIGHT0,GL_SPOT_CUTOFF,170);
glLightfv(GL_LIGHT0,GL_SPOT_DIRECTION,@light_spotdirection);
glEnable(GL_LIGHTING);
glEnable(GL_LIGHT0);
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
glEnable(GL_NORMALIZE);
glEnable(GL_COLOR_MATERIAL);
end;
end.

Издательский Дом "КОМИЗДАТ"