case WM_LBUTTONDOWN:
	x=LOWORD(lParam); //coordinates 1
           y=HIWORD(lParam);
	break;

case WM_LBUTTONUP:
        hdc=GetDC(hWnd);
        x2=LOWORD(lParam); //coordinates 2
        y2=HIWORD(lParam);
        SelectObject(hdc, hPen);
        SelectObject(hdc1, hPen);
        if (n==0) {pt[0].x=x; pt[0].y=y;}
        n++;
        pt[n].x=x2;
        pt[n].y=y2;
        ReleaseDC (hWnd,hdc);
        break;

case WM_RBUTTONDOWN:
	hdc=GetDC(hWnd);
           SelectObject(hdc, hPen);
	SelectObject(hdc1, hPen);
	Polygon(hdc,pt,n);
	Polygon(hdc1,pt,n);
	n=0;
	ReleaseDC (hWnd,hdc);
           break;

Здравствуйте. В этой статье я хочу рассмотреть создание движка динамического освещения с помощью графической библиотеки OpenGL. Писаться движок будет на Delphi, но это не мешает переписать его на любой другой язык, так как главное, рассматриваемое в статье, это алгоритмы…

Вадим Буренков
vadim_burenkov@mail.ru

Чтобы не тратить время на инициализацию OpenGL и избежать других проблем (например, с настройкой таймеров и рендера в текстуру) я буду использовать движок ZenGL [1]. Впрочем, от него нам многого не понадобится. Итак, приступим…

Инициализация OpenGL в ZenGL

Первым делом качаем ZenGL и создаем в нем простейшее приложение (вы можете найти его в папке LightEngine ресурсов статьи, там же вы найдете ZenGL):

код:

При инициализации мы указываем процедуры в которых будут производится различные действия (инициализация/обработка/очищение) а также параметры окна.

В инициализации загружается текстура и настраивается тайлинг (количество и размер настроен так, чтобы текстура закрывала весь экран). В обработке обновляются состояния мыши и клавиатуры, а также стоит проверка на нажатие ESC. Процедура очищения пока пуста, так как ресурсы движка очищаются самостоятельно.

Другие непонятные процедуры можно посмотреть в справке, которая находится в папке doc движка. Чтобы при компиляции не возникло проблем необходимо указать расположение модулей движка в Project->Options- >Directories/Conditionals->SearchPath, а именно папки zengl/src и zengl/src/PasZLib (см. рис.1). Можно скомпилировать проект, увидеть вы должны следующее (см. рис.2).

Рис. 1. Пути

Рис. 2. Тайлинг

Немного теории

Теперь перейдем к теории вопроса. В движке мы должны реализовать два типа – источники света и объекты, которые отбрасывают тени (см. рис.3):

Рис. 3. Тень от объекта

Источник света обладает параметрами:

• положение
• радиус
• цвет
• интенсивность

Все объекты являются невыпуклыми многоугольниками. Они имеют:

• локальные координаты вершин
• мировые координаты вершин
• количество вершин
• положение
• угол поворота

Локальные координаты нужны, так как через положение и угол поворота объекта его можно разворачивать.

Для хранения данных об освещенности нам понадобятся два буфера размером в экран. Первый – альфа буфер. В него выводится круглый источник света (см. рис.4):

Рис. 4. Источник света

После этого альфа буфер рисуется во второй буфер – буфер аккумуляции. При этом используется аддитивный режим блендинга, то есть цвета смешиваются. В буфере мы получаем такую картинку (см. рис.5):

Рис. 5. Смешивание источников света

В нем светлые участки – там где свет, а темные – там где тьма. А теперь мы выводим буфер аккамуляции на экран с блендингом MULT. Получается так, что чем светлее цвет, тем он прозрачнее (см. рис.6):

Рис. 6. Рисование с блендингом MULT

Как же делаются тени от объектов? При выводе источника света в альфа буфер на него рисуется форма тени черным цветом. Получается что от круга света «отрезают» кусок (см. рис.7):

Рис. 7. Форма тени на свете

С помощью такого алгоритма получаются тени любой сложности, причем их количество, как и источников света с объектами неограниченно (см.рис.8).

Да будет свет!

Под следующий код сделаем модуль, который и будет отвечать за тени. Назовем его ZGLShadows.

Рис. 8. Сцена с большим количеством теней

Напишем тип света:

код:

Все данные будут храниться в “prev-next” (двухсвязных) списках (см. рис.9):

Рис. 9. Списки

Каждый элемент является звеном цепи и имеет указатели на предыдущее и следующее звено. Нам же нужно иметь первый элемент и длину цепи для управления списком:

код:

Более подробно о такой системе хранения данных можно почитать в Интернете. Как мы видим, у нас появились новые типы данных:

код:

Данный тип нужен для хранения цвета в формате rgb, так как его использует OpenGL. ZenGL использует integer для хранения цветов (например $FFFFFF соответствует 1,1,1 в RGB), поэтому нам может понадобится процедура для перевода цвета в RGB:

код:

Все координаты будут храниться в типе:

код:

Подробнее о нем будет написано позже, пока нам понадобится только формирование вектора по x и y:

код:

Перейдем к процедурам управления источниками света:

код:

Функция создает источник света в памяти и возвращает указатель на него. Большую часть кода занимает работа со списками.

В следующей процедуре происходит рисование круга света как на рисунке 4. Он рисуется через GL_TRIANGLE_FAN. Первая точка в центре имеет цвет и интенсивность света, далее идут точки по радиусу окружности с нулевым цветом, благодаря чему мы имеем плавный переход цвета:

код:

Количество треугольников, из которого рисуется круг, задается константой:

код:

Следующая процедура рассчитывает и рисует тень для объектов, но о ней я напишу позже:

код:

Далее напишем процедуру, которая освобождает память, занятую источником света:

код:

Следующая процедура вспомогательная, она обрабатывает каждый источник света передаваемой в нее процедурой:

код:

le_proc – тип процедуры:

код:

Например, данная строчка нарисует все источники света:

код:

Хочу заметить, что при попытке передать в le_EachLightSource процедуру очищения возникнет ошибка, связанная с памятью, поэтому для очищения всех источников света напишем отдельную процедуру:

код:

Заставим это работать

С типом света мы управились, теперь надо заставить его работать. Объявим следующие переменные:

код:

В этой процедуре инициализируются буферы для рендеринга. К проекту нужно также подключить модули:

• zgl_textures – создание текстуры-буфера
• zgl_render_target – управление рендерингом
• zgl_primitives_2d – очищение рендер target. Хотя можно было бы просто рисовать QUAD на OpenGL.
• zgl_fx – процедуры управления блендингом
• zgl_sprite_2d – рисование текстур

Напишем процедуру инициализации буферов:

код:

le_DarkColor – переменная, которая отвечает за освещенность. К ее смыслу и принципу работы я еще вернусь. Обобщающая процедура полной обработки света:

код:

И завершающая процедура – вывод буфера с использованием MULT блендинга:

код:

Хочу заметить, что очищение le_AccBuffer проводится цветом le_DarkColor. Следовательно, чем светлее этот цвет тем прозрачнее тени (см. рис.10). На изображении видно, что справа фон просвечивается даже там, где света нет, так как le_DarkColor не черный, а серый ($1f1f1f).

Рис. 10. Различный DarkColor

Все, система света написана. Правда, пока без теней от объектов. Теперь проверим ее в действии.
Добавим переменную под управляемый свет:

код:

Создадим его, и еще 4 света в Init:

код:

Теперь в Draw напишем рисование теней:

код:

В Update привяжем UserLight к мышке, сделаем изменение размера при нажатии на кнопки мыши и цвета при нажатии на колесико:

код:

И наконец, в Quit очищаем источники света:

код:

Запускаем, любуемся результатом (см. рис.11).

Рис. 11. Результат

Заключение

В следующей части статьи я рассмотрю создание теней от объектов, а также оптимизирую код, чтобы добиться большей производительности. Весь исходный код проекта приложен к журналу «ПРОграммист. Пятый выпуск».

Продолжение следует…

Ресурсы

• Страница разработчика ZenGL http://andrukun.inf.ua/zengl.html
• Михалкович С.С. Основы программирования.

Второй семестр 08-09, 2 часть

const
   WndClassName = ‘Trulyalya’;

var
   WndClass: TWndClass = (
     style: CS_DBLCLKS;
     cbClsExtra: 0;
     cbWndExtra: 0;
     hbrBackground: 0;
     lpszMenuName: NIL;
     lpszClassName: WndClassName;
   );

…

initialization
   WndClass.lpfnWndProc := @DefWindowProc; // I hope…
   WndClass.hInstance := HInstance;
   WndClass.hIcon := LoadIcon(HInstance, ‘MAINICON’);
   WndClass.hCursor := LoadCursor(0, IDC_ARROW);
   Windows.RegisterClass(WndClass);

finalization
   Windows.UnregisterClass(WndClassName, HInstance);

   Tmp := TDIB.Create(Rect.right – Rect.left, Rect.bottom – Rect.top); // создаем битмап по размеру окна
   Image := TDIB.Create(’my_image.png’); // загрузим какое то изображение

   GdipCreateFromHDC(Tmp.DC, Context); // создадим контекст GDI+ c Tmp
   GdipSetSmoothingMode(Context, SmoothingModeAntiAlias); // antialias включим
   GdipSetCompositingMode(Context, CompositingModeSourceCopy); // рисование с перекрытием
   GdipSetInterpolationMode(Context, InterpolationModeHighQualityBicubic); // качественно масштабировать изображения

   GdipDrawImageRectRect(Context, Image.Bitmap,
      0, 0, Tmp.Width, Tmp.Height, // покрываем все окно
      0, 0, Image.Width, Image.Height, // берем все изображение
      UnitPixel, NIL, NIL, NIL);

   GdipDeleteGraphics(Context);
   Image.Free();

   // Rect := GetWindowRect(); / GetClientRect(); не помню как точно, сами разберетесь

   ZPoint := Point(0, 0);
   LeftTop := Point(Rect.left, Rect.top);
   Size.cx := Rect.right – Rect.left;
   Size.cy := Rect.bottom – Rect.top;

   UpdateLayeredWindow(hWnd, 0, @LeftTop, @Size, Tmp.DC, @ZPoint, 0, @BlendFunc, ULW_ALPHA);