osg 入門知識點

• • osg第一天 -- 認識osg
  • • • osg 坐標系
      • osg點和向量
      • 向量的基本接口功能（點乘、叉乘、求模）
      • osg矩陣
      • 四元數(shù)
  • osg第二天 -- osg場景圖
  • • • 智能指針（osg::ref_ptr）
      • 觀察指針（osg::observer_ptr）
      • 智能指針和觀察指針的用處
      • 常用的osg節(jié)點類
  • osg第三天 -- 圖元
  • • • 頂點屬性
      • 圖元類型
      • 圖元組
  • osg第四天 -- 圖元紋理、屬性
  • • • StateSet 狀態(tài)集
      • 紋理貼圖
  • osg第五天 -- 時間響應(yīng)和碰撞檢測
  • • • 事件適配器 GUIEventAdapter
      • 動作適配器 GUIActionAdapter
      • 碰撞檢測實戰(zhàn)（類似于點擊事件）
  • osg第六天 -- 遍歷
  • • • NodeVisitor 類
      • osg遍歷實例
  • osg第七天 -- 回調(diào)
  • • • 使用回調(diào)實現(xiàn)地球的公轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)效果
      • 使用粒子效果繪制行星尾跡
  • osg第八天 -- 相機及其應(yīng)用
  • • • HUD相機
      • HUD相機實例
      • 注意
  • osg第九天 -- 漫游
  • • • 漫游的使用

osg第一天 – 認識osg

osg 坐標系

osg 坐標系運用的時 右手坐標系

osg坐標系系統(tǒng)分為三種：

• 世界坐標
  世界坐標系為所有對象的位置提供一個絕對的參考標準；
  世界坐標系也被廣泛地成為全局坐標系或宇宙坐標系；
  一般用于：繪制體、幾何體
• 局部坐標
  物體坐標系是針對某一特定的物體而建立的獨立坐標系；
  每一個物體都有自己的坐標系；
  物體坐標系對于描述特定的物體非常方便；
  一般用于：頂點、法線等
• 相機坐標
  攝像機坐標系可以被看作是一種特殊的物體坐標系，該物體坐標系就定義在攝像機的屏幕可視區(qū)域。

osg點和向量

概念：
向量一般是指，一個帶有方向和大小的量；
一般有二維向量、三維向量、三維向量等等， n維向量；
在osg中分別用 vec2、vec3、 vec4 來表示；

點：
在三維中，點一般用vec3(x, y, z) 來表示；

向量的基本接口功能（點乘、叉乘、求模）

點乘： n1·n2

點乘 又名 “ 內(nèi)積 ” 和 “ 數(shù)量積 ”；
用法：n1^n2

公式： n1[0] * n2[0] + n1[1] * n2[1] + n1[2] * n2[2]
( n1、n2 代表三維向量，下標123 分別代表 osg坐標的 x y z )

作用：一般用來計算兩個向量的夾角

叉乘： n1^n2

叉乘 又名 “ 向量積 ” 、“ 外積 ” 和 “ 叉積 ”；

公式：
x = ay * bz - az * by
y = -( ax*bz - az * bx )
z = ax * by - ay * bx
( a、b 代表三維向量，x y z 分別代表 osg坐標的 x y z )

作用：
在三維幾何中，向量a和向量b的叉乘結(jié)果是一個向量，更為熟知的叫法是法向量，該向量垂直于a和b向量構(gòu)成的平面。
在3D圖像學(xué)中，叉乘的概念非常有用，可以通過兩個向量的叉乘，生成第三個垂直于a，b的法向量，從而構(gòu)建X、Y、Z坐標系。
在二維空間中，叉乘還有另外一個幾何意義就是：aXb等于由向量a和向量b構(gòu)成的平行四邊形的面積。

求模：

公式： n[0] * n[0] + n[1] * n[1] + n[2] * n[2] 的平方根
( n代表三維向量）

作用：
求距離

osg矩陣

左乘和右乘

（ 左乘 ）點和向量在左邊，向右乘
（ 右乘 ）點和向量在右邊，向左乘
Matrix 采用了左乘操作
OpenGL 采用了右乘操作

矩陣變換中的級聯(lián)順序

矩陣變換順序執(zhí)行 SRT 原則
（一般先縮小和旋轉(zhuǎn)，最后平移）

四元數(shù)

四元數(shù)是通過使用四個數(shù)來表達方位，其目的是避免旋轉(zhuǎn)過程中的萬向鎖問題。所以在3D中，四元數(shù)的主要用途即是用于旋轉(zhuǎn)。

四元數(shù)轉(zhuǎn)矩陣

osg::Matrix mat; osg::Quat qat; qat.get(mat);

歐拉角轉(zhuǎn)四元數(shù)

osg::Quat HPRToQuat(double heading, double pitch, double roll) {osg::Quat q(roll, osg::Vec3d(0.0, 1.0, 0.0), pitch, osg::Vec3d(1.0, 0.0, 0.0),heading, osg::Vec3d(0.0, 0.0, 1.0));return q; }

osg第二天 – osg場景圖

智能指針（osg::ref_ptr）

為 osg 執(zhí)行內(nèi)存管理
通過智能指針的方式讓osg自己處理對象的銷毀操作

get() 和 release() 的區(qū)別

get()

• 獲取原始指針

release()

• 獲取原始指針后，并釋放智能指針

觀察指針（osg::observer_ptr）

觀察指針也屬于智能指針；

osg::ref_ptr 是強指針類型
osg::observer_ptr 是弱指針類型

觀察指針沒有引用計數(shù)功能，僅僅記錄該對象的地址

智能指針和觀察指針的用處

在接收別人的指針時，用普通指針，避免智能指針給析構(gòu)掉
如果接受的指針暫時不用，就用觀察者指針接收
自己管理的指針一般用智能指針

常用的osg節(jié)點類

Referenced

通用的基類，所有節(jié)點均繼承于Referenced, 它包含了一個整形的引用計數(shù)器；

Node

節(jié)點

Group

• 組節(jié)點，可以添加任意數(shù)量的子節(jié)點，子節(jié)點本身也可以繼續(xù)分發(fā)子節(jié)點
• 根節(jié)點一般也用Group, 一個場景一般只有一個根節(jié)點

Geode

• 葉子節(jié)點，用來保存幾何信息以便渲染
• geode不會再有葉子節(jié)點
• geode 是 “ geometry node ” 的簡稱
• Geode 提供了 addDrawable() 的方法用來關(guān)聯(lián)程序中的幾何信息

Drawable

• 繪制體，用于保存要渲染的數(shù)據(jù)；
• 無法直接實例化

Geometry

幾何

• 指定頂點、法線和顏色
• 指定數(shù)據(jù)繪制的方式
• 將幾何圖形添加到葉子節(jié)點中

Transform

變換節(jié)點
osg 通過 osg::Transform 家族來實現(xiàn)幾何數(shù)據(jù)的變換

MatrixTransform

矩陣變換節(jié)點

LOD

細節(jié)層次節(jié)點可以根據(jù)觀察者的距離調(diào)用不同的子節(jié)點

AutoTransform

自動變換節(jié)點， 繼承自Transform, 可以自動的調(diào)整大小和角度

void setAutoRotateMode(AutoRotateMode mode)enum osg::AutoTransform::AutoRotateMode Enumerator: NO_ROTATION ROTATE_TO_SCREEN // 自動朝向屏幕 ROTATE_TO_CAMERA // 自動朝向攝像機

PositionAttitudeTransform

位置變換節(jié)點， 繼承自Transform,
主要作用是提供 模型的位置變換、大小縮放、原點位置的設(shè)置以及坐標系的變化
主要函數(shù)：

• void setPosition(const Vec3d &pos); // 設(shè)置位置
• const Vec3d &getPosition() const; // 得到位置
• void setAttitude(const Quat &quat) // 設(shè)置姿態(tài)
• const Quat &getAttitude() const // 得到姿態(tài)

Switch

開關(guān)節(jié)點，可以渲染或跳過指定的子節(jié)點

osg第三天 – 圖元

頂點屬性

• 幾何體是由多個點組成的
• 頂點是屬性定義每個點的信息：
  – 頂點坐標
  – 頂點顏色
  – 頂點法線
  – 紋理坐標
  （其中， 頂點坐標是必須要的， 其他屬性可選）
  對于顏色、法線等，提供了綁定方式。 包括;
  1、 綁定每個頂點（ BING_PER_VERTEX ）
  2、 綁定圖元組 （ BING_PER_PRIMITIVE_SET ）
  3、 綁定所有 （ BING_OVERALL ）

圖元類型

osg::PrimitiveSet 類， 該類主要松散封裝了OpenGL的繪制基元；

類型功能功能描述連線順序

POINTS	繪制點	繪制用戶指定的所有頂點	0、1、2、3、4、5
LINES	繪制直線	直線的起點、終點由數(shù)組中先后相鄰的兩個點決定，用戶提供的點不止兩個時，將嘗試繼續(xù)繪制新的直線。	01、23、45
LINE_STRIP	繪制多段直線	多段直線的第一段由數(shù)組的前兩個點決定，其余段的起點位置為上一段的終點坐標，而終點位置由數(shù)組中隨后的點決定。	012345
LINE_LOOP	繪制封閉直線	繪制方式與多端直線相同，但是最后將自動封閉該直線。	0123450
TRIANGLES	繪制三角形	三角形的三個頂點由數(shù)組相鄰的三個點決定；用戶提供的點不止三個時，將嘗試繼續(xù)繪制新的三角形。（ 方向為逆時針時，朝向屏幕面是正面 ）	012、345
TRIANGLE_STRIP	繪制多段三角形	第一段三角形的由數(shù)組的前三個點決定； 其余段的三角形繪制，起始邊由上一段三角形的后兩個點決定，第三點由數(shù)組中隨后的一點決定。	012、213、234、435、456
TRIANGLE_FAN	繪制三角形扇面	第一段三角形的由數(shù)組中的前三個點決定；其余段三角形的繪制， 起始邊由整個數(shù)組的第一點和上一段三角形的最后一個點決定，第三點由數(shù)組中隨后的一點決定。	012、023、034、045、056
QUADS	繪制四邊形	四邊形的四個頂點由數(shù)組中相鄰的四個頂點決定，并按照逆時針的順序進行繪制；用戶提供的點不止四個時，將嘗試繼續(xù)繪制新的四邊形。
QUAD_STRIP	繪制多段四邊形	第一段四邊形的起始邊由數(shù)組中的前兩個點決定，邊的矢量方向由這兩點的延伸方向決定；起始邊的對邊由其后的兩個點決定，如果起始邊和對邊的矢量方向不同，那么四邊形將會扭曲；其余段四邊形的繪制，起始邊由上一段決定，其對邊由隨后的兩點及其延伸方向決定。
POLYGON	繪制任意多邊形	根據(jù)用戶提供的頂點數(shù)量，繪制多邊形。	0123450

圖元組

作用：

圖元組用來告訴OSG, 在繪制圖形時，使用哪些頂點、使用哪個圖元對頂點進行組合。

圖元組分兩種:

DrawArrays
DrawArrays 直接告訴 OSG 使用的頂點在頂點數(shù)組中的起點、終點、使用的圖元屬性，該方式效率高，
但對于復(fù)雜的模型需要傳入較多的點時比較麻煩。

DrawElements
DrawElements 告訴 OSG 使用頂點的索引值數(shù)組和圖元，該方式不需要傳入重復(fù)的點，使用簡單，
但由于內(nèi)部需要復(fù)制數(shù)據(jù)，因此效率不如第一種。

在osg中，有三種生成幾何體的手段：

松散封裝的OpenGLh繪制基元osg::Geometry

使用OSG中預(yù)定義的基本幾何體

從文件中導(dǎo)入場景模型

osg第四天 – 圖元紋理、屬性

StateSet 狀態(tài)集

為什么引用狀態(tài)集？

由于 OpenGL 狀態(tài)集的存在，需要手動保存原始狀態(tài)，在繪制完恢復(fù)原始狀態(tài)，給使用者帶來較大困難，OSG 為了解決這個問題，引用了 OSG 狀態(tài)集（ osg::StateSet ）。

了解狀態(tài)集

狀態(tài)集中保存了用戶修改的狀態(tài)信息，在退出時自動恢復(fù)狀態(tài)
狀態(tài)集提供了兩個接口，設(shè)置狀態(tài)屬性或狀態(tài)

• setAttributeAndModes()
• setMode()

osg 的狀態(tài)較多，例如 Txxture2D、Point、LineWidth 等都為一種屬性。

紋理貼圖

紋理概念：

• 紋理 ( Texture ) 是一種狀態(tài)屬性，其特點與以他狀態(tài)相同；
• 紋理的內(nèi)部時數(shù)組的概念，保存了圖像的像素值，可貼在幾何體上，使幾何體更真實；
• 其中，二維紋理 ( Texture2D ) 是最常用的紋理；

二維紋理：

• 對于二維紋理，在內(nèi)部其橫縱坐標被歸一化為 ( 0~1 ) ;
• 為了區(qū)別于世界空間的坐標系，其坐標不使用 x 、y 表示， 而是 s 、t 。

紋理坐標：

• 紋理坐標是一種頂點屬性，表示該頂點使用紋理的那個像素值
• 紋理貼圖必須設(shè)置紋理坐標，否則無法貼圖

紋理環(huán)繞模式：

紋理環(huán)繞模式為了解決紋理坐標超過紋理范圍時該怎樣獲取像素值的情況，規(guī)定幾種模式：

• CLAMP ----------// 截取
• CLAMP_TO_EDGE ---------- // 邊框始終被忽略
• CLAMP_TO_BORDER ---------- // 它使用的紋理取自圖像的邊框，沒有邊框就使用常量邊框顏色
• REPEAT -------- // 紋理重復(fù)映射
• MIRROR -------- // 紋理鏡像的重復(fù)映射

紋理環(huán)繞模式通過setWrap設(shè)置，第一個參數(shù)表示紋理坐標軸STR，第二個參數(shù)為選擇的環(huán)繞模式

---

紋理的過濾方法：

• MIN_FILTER -------- // 用于縮小
• MAG_FILTER --------- // 用于放大

紋理采樣：

• 在幾何體顯示在屏幕上時，顯示的像素與紋理的像素位置不能完全對應(yīng)， 總會有些差值；
• OpenGL 內(nèi)部通過紋理采樣來獲取紋理像素值；

多重紋理：

• 為了展現(xiàn)幾何體真實效果，有時需要多個紋理； 例如：墻壁的污漬紋理
• 幾何體可以有多重紋理，內(nèi)部通過紋理單元來進行切換
• 固定線管下，OpenGL 支持 8 個紋理單元
• 當(dāng)我們需要向某個紋理單元設(shè)置紋理時，需要設(shè)置該紋理單元對應(yīng)的紋理坐標。

osg第五天 – 時間響應(yīng)和碰撞檢測

OSG 中主要使用 osgGA 庫來處理用戶的交互動作，GA 的全稱是 GUI Abstraction， 即圖形接口抽象層；

事件適配器 GUIEventAdapter

• 在用戶端，通常使用 GUIEventAdapter 類作為系統(tǒng)交互事件和 OSG 交互時間的適配接口，
• 它定義了一個且僅有一個人機交互事件，
• 基本包括了常見窗口系統(tǒng)中的鼠標、鍵盤、甚至觸摸板的操作。

動作適配器 GUIActionAdapter

• 用戶向系統(tǒng)傳遞請求通過 GUIActionAdapter 類來實現(xiàn)。
• 常見的用戶請求包括窗口的刷新以及鼠標坐標的位置。

碰撞檢測實戰(zhàn)（類似于點擊事件）

繼承osgGA::GUIEventHandler

重寫handle 方法

調(diào)用

// CPickHandle.h class CPickHandle :public osgGA::GUIEventHandler {// 重寫handle, 參數(shù)為 事件適配器 和 動作適配器bool handle(const osgGA::GUIEventAdapter& ea, osgGA::GUIActionAdapter& aa);// 拾取void pick(osg::ref_ptr<<osgViewer::View> view, float x, float y); } // CPickHandle.cpp // 事件處理函數(shù) bool CPickHandle::handle(const osgGA::GUIEventAdapter& ea, osgGA::GUIActionAdapter& aa) {// 把動作適配器轉(zhuǎn)化為 viewosg::ref_ptr<osgViewer::View> view = dynamic_cast<osgViewer::View*> (&aa);if(!view){return false;}switch(ea.getEventType()){// 鼠標按下case(osgGA::GUIEventAdapter::PUSH):{m_fx = ea.getX();m_fy = ea.getY();break;}// 鼠標釋放case(osgGA::GUIEventAdapter::RELEASE):{if(m_fx == ea.getX() && m_fy = ea.getY()){pick(view.get(), ea.getX(), ea.getY());}break;}default:break;} }// 拾取 void CPickHandle::pick(osg::ref_ptr<osgViewer::View> view, float x, float y) {// 線段相交檢測平臺osgUtil::LineSegmentIntersector::Intersections intersection;if(view->computeIntersections(x, y, intersection)){osgUtil::LineSegmentIntersector::Intersections::iterator it = intersection.begin();// 操作節(jié)點............}}

osg第六天 – 遍歷

NodeVisitor 類

• NodeVisitor 類是 OSG 對于訪問器設(shè)計思想的具體實現(xiàn)。
• 從本質(zhì)上說，NodeVisitor 類遍歷了一個場景圖形并為每一個被訪問節(jié)點調(diào)用特定的函數(shù)
• NodeVisitor 在 OSG 的應(yīng)用中無處不在

osg遍歷實例

osg遍歷的使用實例： 遍歷顯示節(jié)點信息
1、繼承 osg::NodeVisitor
2、重載 apply() 函數(shù)
3、調(diào)用函數(shù) accept() 方法

// CFindNode.h // 繼承osg::NodeVisitor class CFindNode :public osg::NodeVisitor { public:CFindNode();virtual void apply(osg::Node& node);osg::Node* getNode(); protected:osg::ref_ptr<osg::Node> _node; } // CFindNode.cpp CFindNode::CFindNode() :osg::NodeVisitor(osg::NodeVisitor::TRAVERSE_ALL_CHILDREN) { } // 重載 apply() 函數(shù) void CFindNode::apply(osg::Node& node) {if(node.getName() == "Ball"){_node = &node;}traverse(node); }osg::Node* CFindNode::getNode() {return _node.get(); } // main.cpp osg::ref_ptr<osgViewer::Viewer> rpViewer = new osgViewer::Viewer; CFindNode cfd; // 調(diào)用函數(shù) accept() 方法 osg::ref_ptr<osg::Group> group = new osg::Group(); group->accept(cfd);

osg第七天 – 回調(diào)

使用回調(diào)實現(xiàn)地球的公轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)效果

osg回調(diào)的使用實例： ----使用回調(diào)實現(xiàn) 地球的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)

繼承 NodeCallBack 類

重寫操作符 NodeCallback::operator（）

通過 setXXXCallback 或 addXXXCallback 注冊到節(jié)點對象

// CPlanetRotate.h // 繼承 NodeCallBack 類 class CPlanetRotate :public osg::NodeCallBack { public:virtual void operator()(osg::Node* node, osg::NodeVisitor* nv); } // CPlanetRotate.cpp void CPlanetRotate::operator(osg::Node* node, osg::NodeVisitor* nv) {// 轉(zhuǎn)為矩陣變換節(jié)點if(osg::ref_ptr<osg::MatrixTransform> rpMt = dynamic_cast<osg::MatrixTransform*>(node)){if(rpMt.valid()){osg::Matrix mtRotate,MT,MR;MR.makeRotate(m_dAngle, osg::Z_AXIS); // 自轉(zhuǎn)MT.makeTranslate(osg::Vec3(getRevolutionRadius(), 0, 0)); // 位移mtRotate.makeRotate(m_dAngle, osg::Z_AXIS); // 公轉(zhuǎn)rpMt.setMatrix(MR * MT * mtRotate); // 設(shè)置矩陣 （括號里的順序不可改變）m_dAngle += 0.01;}}traverse(node, nv); // 繼續(xù)遍歷 } // main.cpp m_pCPlanetRotate = new CPlanetRotate(); // 創(chuàng)建對象 trans->setUpdateCallBack(m_pCPlanetRotate); // 調(diào)用回調(diào)

使用粒子效果繪制行星尾跡

實現(xiàn)粒子效果

// Star.cpp osg::ref<osg::Geode> Star::buildTail(osg::Vec3 position, osg::MatrixTransform* scalar) {// 參數(shù)為位置和大小osg::ref_ptr<osgParticle::FireEffect> fire = new osgParticle::FireEffect(position,10);fire->setUserLocalParticleSystem(false);// 設(shè)置粒子噴射時間為--無限fire->getEmitter()->setEnabless(true);fire->getEmitter()->setLifeTime(1);scalar->addChild(fire);osg::ref_ptr<osg::Geode> geode = new osg::Geode;geode->addDrawable(fire->getParticleSystem());return geode; }

添加粒子

// main.cpp osg::ref_ptr<osg::Geode> tail = bulidTail(osg::Vec3(0,0,0), trans); group->addChild(tail);

osg第八天 – 相機及其應(yīng)用

HUD相機

HUD相機 全稱為 head up display : 意思為 “ 頭顯示 ”
（ 用于常顯在屏幕坐標系的固定位置來展示信息）

HUD相機實例

osg HUD相機使用實例：

創(chuàng)建HUD相機

把相機添加到視圖

// CHUDProvider.h class CHUDProvider { public:osg::Camera* createHUD(); // 創(chuàng)建HUD相機 }; // CHUDProvider.cpp osg::Camera* CHUDProvider::createHUD() {osg::Camera* pCamera = new osg::Camera;// 設(shè)置投影矩陣內(nèi)容pCamera->setProjectionMatrix(osg::Matrix::ortho2D(0, 1580, 0, 1024));// 設(shè)置視圖矩陣內(nèi)容pCamera->setReferenceFrame(osg::Transform::ABSOLUTE_RF);pCamera->setViewMatrix(osg::Matrix:identity());// 清理深度緩沖pCamera->setClearMask(GL_DEPTH_BUFFER_BIT);// 設(shè)置相機的渲染順序pCamera->setRenderOrder(osg::Camera::POST_RENDER);// 設(shè)置相機是否接受圖形設(shè)備傳遞的人機交互事件pCamera->setAllowEventFocus(false);{osg::Geode* pGeode = new osg::Geode();osg::StateSet* pStateset = pGeode->getOrCreateStateSet();pStateset->setMode(GL_LIGHTING, osg::StateAttribute::OFF);std::string strTimeFont("fonts/arial.ttf");float fFontSize = 25.0;osg::Vec3 position(150.0f, 800.0f, 0.0f);// 文字{osgText::Text* pText = new osgText::Text; // 新建文本字節(jié)pGeode->addDrawable(pText); // 添加文字節(jié)點到幾何節(jié)點中pText->setFont(strTimeFont); // 設(shè)置字體pText->setPosition(position); // 設(shè)置文字節(jié)點位置pText->setText("顯示文字內(nèi)容"); // 設(shè)置文字內(nèi)容}pCamera->addChild(pGeode);}return pCamera; } // main.cpp CHUDProvider cHUDProvider = new CHUDPrivider(); // 創(chuàng)建HUD對象 osg::Camera* camera = cHUDProvider.createHUD(); // 創(chuàng)建HUD相機 group->addChild(camera); // 將HUD相機添加到節(jié)點中

注意

HUD顯示文字時，需注意以下幾點：

渲染順序設(shè)置為POST，否則可能被其他圖形所覆蓋

注意關(guān)閉光照和深度

投影矩陣通常設(shè)置為屏幕尺寸大小

osg第九天 – 漫游

漫游的使用

1、繼承 osg::CameraManipulator
2、重寫四個虛函數(shù) （其中兩個set方法，實現(xiàn)可為空）

virtual void setByMatrix(const osg::Matrixd& matrix); virtual void setByInverseMatrix(const osg::Matrixd& matrix); virtual osg::Matrixd getMatrix() const; virtual osg::Matrixd getInverMatrix() const;

3、重寫事件處理

bool handle(const osgGA::GUIEventAdapter& ea, osgGA::GUIActionAdapter& aa);

4、調(diào)用

osg::ref_ptr<CDriveManupulator> rpDrive = new CDriverManupulator(); rpViewer->setCameraManipulator(rpDrive);

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的osg 入门知识点的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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