. . . . . . .. . . .
第
3
章
OpenGL
の基礎
畔上 秀幸 名古屋大学 情報科学研究科 複雑系科学専攻 April 20, 2012 1 / 23. . . .
§3.1
はじめに
(目標)
. . . .
§3.2 OpenGL
とは
. OpenGLとは . . . .. . . .OpenGL (Open Graphics Library)は Silicon Graphics, Inc. が中心となっ て 2 次元，3 次元図形の描画のために開発した API (Application Program Interface)である [4]．
特徴
• UNIX系 OS と Windows と Macintosh のいずれでも動く．
• リアルタイムでインタラクティブに表示を変えることができる．
主な用途
• CAD，CG モデラーで使われている．
. . . .
§3.3 OpenGL
の構成
GLUT(OpenGL Utility Toolkit)と OpenGL本体で構成される．
GLUT
OpenGL GLU GL
描画ハードウェア OpenGL アプリケーションプログラム
ウィンドウシステム
GLUTは GUI Toolkit の一つである．
• ウィンドウのオープン
• マウス，キーボードの入力などのイベント処理
. . . .
§3.4
空のウィンドウ
空のウィンドウを開く． . program3 1.c . . . .. . . . #include <GL/glut.h> static void display(void); int main(int argc,char *argv[]) { glutInit(&argc, argv); glutCreateWindow(argv[0]); glutDisplayFunc(display); glutMainLoop(); return 0; } . . .. . . .
static void display(void) {
}
. . . .
§3.4
空のウィンドウ
(cnt.)
. glutInit() . . . .. . . . #include <GL/glut.h>void glutInit(int *argc, char **argv);
• GLUTを初期化する． • 引数には main の引数を渡す. . glutCreateWindow() . . . .. . . . #include <GL/glut.h>
int glutCreateWindow(char *name);
• ウィンドウを開く.
• 引数name はそのウィンドウのタイトルバーに表示される．
. . . .
§3.4
空のウィンドウ
(cnt.)
. glutDisplayFunc() . . . .. . . . #include <GL/glut.h>void glutDisplayFunc(void (*func)(void));
• ウィンドウの再描画が必要なときに，関数のポインタfuncで指定 した関数が実行される. . glutMainLoop() . . . .. . . . #include <GL/glut.h> void glutMainLoop(void); • ループ処理に入り，イベントの待ち受け状態になる. 7 / 23
. . . .
§3.5
矩形を描く
. program3 2.c . . . .. . . .int main(int argc, char *argv[]) { ... /* Windowの設定*/ glutInitDisplayMode(GLUT_RGBA); glutInitWindowSize(250, 250); glutInitWindowPosition(100, 200); glutCreateWindow(argv[0]); /* 背景色*/ glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 0.0); /* 画面にモノを描画*/ glutDisplayFunc(display); ... }
. . . .
§3.5
矩形を描く
(cnt.)
. . .. . . .static void display(void) { glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); glColor3f(1.0, 1.0, 1.0); glBegin(GL_POLYGON); glVertex2f(0.5, 0.5); glVertex2f(-0.5, 0.5); glVertex2f(-0.5, -0.5); glVertex2f(0.5, -0.5); glEnd(); glFlush(); } 9 / 23
. . . .
§3.5
矩形を描く
(cnt.)
. glutInitDisplayMode() . . . .. . . .void glutInitDisplayMode(unsigned int mode);
• ディスプレイの表示モードを設定する．
• modeにGLUT RGBAを指定することで RGBA (赤, 緑, 青, 透明度)
の色指定，GLUT INDEX を指定することでインデックスカラー モードとなる． . glutInitWindowSize() . . . .. . . .
void glutInitWindowSize(int w, int h);
• 新たに開くウィンドウの幅と高さを指定する．開いた後のウィンド
. . . .
§3.5
矩形を描く
(cnt.)
. glutInitWindowPosition() . . . .. . . .void glutInitWindowPosition(int x, int y);
• 新たに開くウィンドウの位置を指定する． . glClearColor() . . . .. . . .
void glClearColor(GLclampf R, GLclampf G, GLclampf B, GLclampf A); • 背景色を設定する． • R，G，B，Aは赤, 緑, 青, 不透明度（α 値）の強さを示す GLclampf型 (float型と等価) 0∼ 1 の値とする．(0, 0, 0) は 黒色， (1, 1, 1) は白色を表す． 11 / 23
. . . .
§3.5
矩形を描く
(cnt.)
. glClear() . . . .. . . .void glClear(GLbitfield mask);
• maskには消去するバッファ(メモリ) を指定する．
• GL COLOR BUFFER BITで描画エリアの消去
• GL DEPTH BUFFER BIT で隠面消去処理用奥行情報の消去
• このほかに，ステンシルバッファ, オーバーレイバッファなどの消 去がある． . glFlush() . . . .. . . . void glFlush(void); • 実行されていない OpenGL の命令を全部実行する．
. . . .
§3.5
矩形を描く
(cnt.)
. glBegin() ... glEnd . . . .. . . .void glBegin(GLnum mode); ...
void glEnd(void);
• 図形の関数を置く環境を用意する．
• mode には描画する図形のタイプを指定する．
. . . .
§3.5
矩形を描く
(cnt.)
. . .. . . . • mode に指定できる図形のタイプ • GL POINTS:点を打つ． • GL LINES:２点を直線で結ぶ． • GL LINE STRIP:折れ線を描く． • GL LINE LOOP:折れ線を描き，始点と終点の間も結ぶ． v0 v1 v2 v3 v0 v1 v2 v3 v0 v1 v2 v3. . . .
§3.5
矩形を描く
(cnt.)
. . .. . . . • GL TRIANGLES / GL QUADS: 3あるいは4点を組にして，三角形 あるいは四角形を描く．• GL TRIANGLE STRIP / GL QUAD STRIP:一辺を共有しながら帯 状に三角形あるいは四角形を描く． • GL TRIANGLE FAN:一辺を共有しながら扇状に三角形を描く． • GL POLYGON:凸多角形を描く． v0 v1 v2 v3 v5 v4 v0 v1 v2 v3 v4
GL TRIANGLES GL TRIANGLE STRIP
v0 v1 v2 v3 v4 v0 v1 v2 v3 v4
GL TRIANGLE FAN GL POLYGON
. . . .
§3.5
矩形を描く
(cnt.)
. . .. . . .• voidglVertex2f(GLfloat x, GLfloat y)
• 頂点の座標値を設定
• 引数の型はGLfloat (floatと等価)
• 3, 4次元(x,y,z), (x,y,z,w)のときはglVertex3f (), glVertex4f ()
• 引数がdouble型のときはglVertex?d(), int型のときはglVertex?i()
• 引数がポインタのときはvoid glVertex??v()
• voidglColor3f(GLfloat r, GLfloat g, GLfloat b)
• 描画色を指定
• r,g,bには赤,緑,青の強さを0∼1の範囲で指定 • r,g,b,aのときはvoid glColor4f( )
. . . .
§3.6
星を描く
. program3 3.c . . . .. . . . void display(void) { ...for(i=0; i<STAR_NUM; i++){
/* 位置，輝度，大きさを乱数で決める */ x = 2.0*random_num()-1.0; y = 2.0*random_num()-1.0; brightness = random_num(); size = STAR_SIZE*random_num(); /* 0.0∼STAR_SIZEの大きさにする */ /* 星をひとつ描画 */
draw_point(x, y, brightness, size); }
glFlush(); }
. . . .
§3.6
星を描く
(cnt.)
. rand . . . .. . . . int rand(void); • 0∼RAND MAX の間の擬似乱数を返す． • 通常，乱数の種を設定する関数 srand()に時間などの値を入れて初 期化する．• rand() の返り値と RAND MAX は int 型であるため，1.0 をかけて 浮動小数型に変換しなければ，常に 0 になる．
. . . .
§3.6
星を描く
(cnt.)
ギザギザを目立たなくするために，境界線の周囲のピクセルに中間色 の点を配置する手法をアンチエイリアシング(anti-aliasing)と呼ぶ． . アンチエイリアス処理 . . . .. . . . /* 混合処理の設定 */ glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA); glEnable(GL_BLEND); /* 混合処理を ON */ /* アンチエイリアス処理 */ glEnable(GL_POINT_SMOOTH); glHint(GL_POINT_SMOOTH_HINT, GL_NICEST); 19 / 23. . . .
§3.6
星を描く
(cnt.)
. . .. . . . • アンチエイリアシングの対象設定• glEnable(GL POINT SMOOTH)： 点 • glEnable(GL LINE SMOOTH)： 線 • glEnable(GL POLYGON SMOOTH)： 面
• 描画は速いがギザギザ（デフォルト設定）
• glHint(GL POINT SMOOTH HINT, GL FASTEST);
• glHint(GL LINE SMOOTH HINT, GL FASTEST);
• glHint(GL POLYGON SMOOTH HINT, GL FASTEST);
• 綺麗だが遅い
• glHint(GL POINT SMOOTH HINT, GL NICEST);
• glHint(GL LINE SMOOTH HINT, GL NICEST);
. . . .
§3.7
シルピンスキーのギャスケット
シルピンスキーのギャスケットを描く． . program3 4.c . . . .. . . . length /= 2.0; /* 再帰関数 */ if(length > 0.01){draw_gasket(x0, y0, length);
draw_gasket(mid_point(x0, x1), mid_point(y0, y1), length);
draw_gasket(mid_point(x2, x0), mid_point(y2, y0), length);
}
. . . .
§3.8
まとめ
OpenGLとは何か，OpenGL の構成，基本的な機能をみてきた． . . 1 OpenGLとは，2 次元，3 次元形状の描画のために開発された API である． . .2 OpenGLは GLUT と OpenGL 本体で構成される．GLUT はウィン
ドウを開く機能をもつ． .
.
3 基本的なプログラムにより 2 次元図形を描けることを確認した．ア
. . . .
参考文献
[1] Mark J. Kilgard.
The OpenGL Utility Toolkit (GLUT) programming interface API version 3(日本語翻訳版). http://opengl.jp/glut/index.html. [2] 林武文,加藤清敬. OpenGLによる3次元CGプログラミング. コロナ社, 2003. [3] 床井浩平. GLUTによる「手抜き」OpenGL入門. http://www.wakayama-u.ac.jp/˜tokoi/opengl/libglut.html. [4] OpenGL公式サイト. http://www.opengl.org/. 23 / 23
