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OpenGL超级宝典学习笔记——贝塞尔曲线和曲面
2015-02-25 22:43:00 来源: 作者: 【 】 浏览:24
Tags:OpenGL 超级 宝典 学习 笔记 塞尔 曲线 曲面

在中学的时候,我们都学习过直线的参数方程:y = kx + b;其中k表示斜率,b表示截距(即与y轴的交点坐标)。类似地,我们也可以用一个参数方程来表示一条曲线。1962年,法国工程师贝塞尔发明了贝塞尔曲线方程。关于贝塞尔曲线的详细介绍可以参考(维基贝塞尔)。这里只介绍OpenGL实现贝塞尔的函数。


OpenGl定义一条曲线时,也把它定义为一个曲线方程。我们把这条曲线的参数成为u,它的值域就是曲线的定义域。曲面则需要u和v两个参数来描述。注意,u和v参数只表示了描述曲线的参数方程的范围,它们并没有反映实际的坐标值。其坐标可以表示为:


x = f(u); y = g(u); z = h(u);


如下图:


image


贝塞尔曲线的形状由控制点来控制。贝塞尔曲线的控制点个数为曲线的阶。根据控制点的个数,贝塞尔曲线又分为二次贝塞尔曲线,三次贝塞尔曲线,高阶贝塞尔曲线。


image


Image(1)


线性贝塞尔曲线演示动画,t in [0,1]


为建构二次贝塞尔曲线,可以中介点Q0Q1作为由0至1的t


Image(1)
Image(2)


二次贝塞尔曲线的结构
二次贝塞尔曲线演示动画,t in [0,1]


为建构高阶曲线,便需要相应更多的中介点。对于三次曲线,可由线性贝塞尔曲线描述的中介点Q0Q1Q2,和由二次曲线描述的点R0R1所建构:


Image(2)
Image(3)


三次贝塞尔曲线的结构
三次贝塞尔曲线演示动画,t in [0,1]


两段曲线是否相连接,代表这两段曲线是否连续的。曲线的连续性分为4种,无连续,点连续,正切连续,曲率连续。下图分别表示了这几种情况:


image


其中曲率连续的曲线过渡的更平滑。我们可以通过参数来设置曲线的连续性。


OpenGL提供了一些函数来绘制贝塞尔曲线和曲面。我们只需要提供控制点和u,v作为参数,然后调用求值函数来绘制曲线。


2D曲线的例子:


?


image


在RenderScene函数中调用glMap1f来为曲线创建映射。第一个参数为GL_MAP1_VERTEX3,设置求值器产生顶点为三元组(x,y,z).还可以设置为产生纹理坐标和颜色信息。参考glMap1.后面的两个参数设定了u的取值范围[0,100],第四个参数指定了顶点在数组中的间隔,由于顶点是由3个浮点数组成,所以间隔是3.第五个参数指定了控制点的个数,最后一个参数是控制点数组。然后我们需要启用求值器,调用如下:


glEnable(GL_MAP1_VERTEX3);


gleva lCoord1f函数,接受一个参数为曲线的参数值。调用这个函数会通过求值函数求出顶点坐标值,然后内部调用了glVertex。这里使用连线的方式来连接这些顶点:


glBegin(GL_LINE_STRIP);


glEnd();


OpenGl还提供了更简单的方式来完成上面的任务。我们可以通过glMapGrid函数来设置一个网格,来告诉OpenGL在u的值域的范围内创建一个包含各个点的空间对称的网格。然后,我们调用gleva lMesh,使用指定的图元(GL_LINE或GL_POINTS)来链接各个点。


我们用下面的两个函数调用


?


可以替换下面的代码


?


使用这种方式更为紧凑。


创建一个贝塞尔曲面与创建一个贝塞尔曲线类似。除了给出u的定义域之外,还要给出v的定义域。下面的例子是创建一个贝塞尔曲面。与之前不同的是,我们沿着v的定义域定义了3组控制点。为了保持曲面的简单,这几组控制点只是z值不同。用这种方式画的曲面,看起来像是曲线沿z轴的扩展。


?


在这里我们用glMap2f替换了之前的glMap1f, 这个函数指定了u和v两个域上的点。除??指定u的上界和下界之外,还要指定v的上界和下界。v定义域内点的距离是9,因为这里使用了3维数组,包含了3个u值,每个u值又包含了3个点,3x3=9。然后指定v方向上的阶,即每个u分支上v方向有多少个点。最后一个参数是指向控制点的指针。


然后我们设置求值器.


//启用求值器


glEnable(GL_MAP2_VERTEX_3);
//从0到10映射一个包含10个点的网格


glMapGrid2f(10,0.0f,10.0f,10,0.0f,10.0f);


计算网格网格表面,用线的方式表示。


// 计算网格
? gleva lMesh2(GL_LINE,0,10,0,10);


image


求值器还可以帮我们生成表面的法线,只需简单的修改一些代码:


把gleva lMesh2(GL_LINE, 0, 10, 0, 10);替换为gleva lMesh2(GL_FILL, 0, 10, 0, 10);然后在初始化时 SetupRC中调用glEnable(GL_AUTO_NORMAL);就可以得到一个收到光照的曲面了。


image


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