OpenGL/1.x/立方体の描画 - bambooflow Note

立方体の描画

ここでは、OpenGL1.xの固定機能シェーダを用いた立方体描画を行います。

はじめに

ここで触れる内容は、

• モデル・ビュー・マトリックス
• ライティング

についてです。

3つの関数に分けて説明します。

• initializeGL : 初期化処理、はじめの一度呼ばれ、その後は呼ばれません。
• resizeGL : リサイズ処理、ウィンドウのサイズ変更時に呼ばれます。
• paintGL : 描画処理、描画ごとに呼ばれます。

ソースコード

void initializeGL()
{
    glClearColor(0.5, 0.5, 0.5, 1.0);
 
 
    //光源有効
    glEnable(GL_LIGHTING);
    glEnable(GL_LIGHT0);
 
    //光源の設定
    GLfloat light_position[] = { -50.0, 50.0, 50.0, 1.0 };
    GLfloat light_ambient[] = { 0.2, 0.2, 0.2, 1.0 };
    GLfloat light_diffuse[] = { 1.0, 1.0, 1.0, 1.0 };
    GLfloat light_specular[] = { 1.0, 1.0, 1.0, 1.0 };
 
    glLightfv( GL_LIGHT0, GL_POSITION, light_position );
    glLightfv( GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, light_ambient );
    glLightfv( GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, light_diffuse );
    glLightfv( GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, light_specular );
 
 
    glEnable(GL_DEPTH_TEST);
 
    //カリング：表面のみ表示
    glEnable(GL_CULL_FACE);
    glCullFace(GL_BACK);
}
 

void resizeGL( int w, int h )
{
    glViewport(0, 0, w, h);
 
    //プロジェクション・マトリックス設定
    glMatrixMode (GL_PROJECTION);
    glLoadIdentity();
    gluPerspective(30.0, (double)w / (double)h, 1.0, 100.0);
}
 

void paintGL()
{
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
 
    //モデル・ビュー・マトリックス設定
    glMatrixMode (GL_MODELVIEW);
    glLoadIdentity();
 
    //カメラ設定
    gluLookAt(3.0, 4.0, 5.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0);
 
    glPushMatrix();
    { // 直方体の表示
        float lx = 0.5f;
        float ly = 0.5f;
        float lz = 0.5f;
 
        //材質設定
        GLfloat red[] = { 0.8, 0.2, 0.2, 1.0 };
        glMaterialfv(GL_FRONT_AND_BACK, GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE, red);
 
        // sides
        glBegin (GL_TRIANGLE_STRIP);
        glNormal3f (-1,0,0);
        glVertex3f (-lx,-ly,-lz);
        glVertex3f (-lx,-ly,lz);
        glVertex3f (-lx,ly,-lz);
        glVertex3f (-lx,ly,lz);
        glNormal3f (0,1,0);
        glVertex3f (lx,ly,-lz);
        glVertex3f (lx,ly,lz);
        glNormal3f (1,0,0);
        glVertex3f (lx,-ly,-lz);
        glVertex3f (lx,-ly,lz);
        glNormal3f (0,-1,0);
        glVertex3f (-lx,-ly,-lz);
        glVertex3f (-lx,-ly,lz);
        glEnd();
 
        // top face
        glBegin (GL_TRIANGLE_FAN);
        glNormal3f (0,0,1);
        glVertex3f (-lx,-ly,lz);
        glVertex3f (lx,-ly,lz);
        glVertex3f (lx,ly,lz);
        glVertex3f (-lx,ly,lz);
        glEnd();
 
        // bottom face
        glBegin (GL_TRIANGLE_FAN);
        glNormal3f (0,0,-1);
        glVertex3f (-lx,-ly,-lz);
        glVertex3f (-lx,ly,-lz);
        glVertex3f (lx,ly,-lz);
        glVertex3f (lx,-ly,-lz);
        glEnd();
    }
    glPopMatrix();
}
 

説明

initializeGL()関数では、光源の設定を行っています。
1つの光源を有効にするには、以下のように記述します。

glEnable(GL_LIGHTING);
    glEnable(GL_LIGHT0);
 

続けて光源の位置や色を設定します。

GLfloat light_position[] = { -50.0, 50.0, 50.0, 1.0 };
    GLfloat light_ambient[] = { 0.2, 0.2, 0.2, 1.0 };
    GLfloat light_diffuse[] = { 1.0, 1.0, 1.0, 1.0 };
    GLfloat light_specular[] = { 1.0, 1.0, 1.0, 1.0 };
 
    glLightfv( GL_LIGHT0, GL_POSITION, light_position );
    glLightfv( GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, light_ambient );
    glLightfv( GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, light_diffuse );
    glLightfv( GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, light_specular );
 

OpenGLでは次の4つのパラメータで光源の性質を設定します。

1. 環境光(ambient)
2. 拡散光(diffuse)
3. 鏡面光(specular)
4. 放射光(emission)

値を設定しない場合は、デフォルトの値が設定されます。

光源の設定は必ずしもinitializeGL()で行う必要はありません。
もし、光源を移動させたいならばpaintGL()にてGL_POSITIONを毎回設定すればよいです。

resizeGLでは、プロジェクション・マトリックスを設定しています。

glMatrixMode (GL_PROJECTION);
    glLoadIdentity();
    gluPerspective(30.0, (double)w / (double)h, 1.0, 100.0);
 

glMatrixMode(GL_PROJECTION)の後に続くマトリックス演算がプロジェクション・マトリックスになりますので、glLoadIdentityとgluPerspectiveがそれにあたります。
固定機能シェーダであるため、マトリックスの変数が見えないのがわかりづらいところですが、実際にはハードウェア(ビデオチップ)上にマトリックスを格納するレジスタが存在しており、そのレジスタに対してコマンドを渡すことで制御します。

paintGLでは、モデル・ビュー・マトリックスの設定をしています。

glMatrixMode (GL_MODELVIEW);
    glLoadIdentity();
 
    //カメラ設定
    gluLookAt(3.0, 4.0, 5.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0);
 

とすることで、モデル・ビュー・マトリックスを設定するモードになります。
ここでもマトリックスの変数が隠れてしまっていますが、実際にはハードウェア上にモデル・ビュー・マトリックス用のレジスタが用意されており、そのレジスタに対してコマンドを送り制御します。
カメラ(ビュー)のマトリックスは、gluLookAtで制御します。

頂点は、glVertex3fで設定します。

glPushMatrix();
    { // 直方体の表示
        float lx = 0.5f;
        float ly = 0.5f;
        float lz = 0.5f;
 
        //材質設定
        GLfloat red[] = { 0.8, 0.2, 0.2, 1.0 };
        glMaterialfv(GL_FRONT_AND_BACK, GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE, red);
 
        // sides
        glBegin (GL_TRIANGLE_STRIP);
        glNormal3f (-1,0,0);
        glVertex3f (-lx,-ly,-lz);
        glVertex3f (-lx,-ly,lz);
        glVertex3f (-lx,ly,-lz);
        glVertex3f (-lx,ly,lz);
        glNormal3f (0,1,0);
        glVertex3f (lx,ly,-lz);
        glVertex3f (lx,ly,lz);
        glNormal3f (1,0,0);
        glVertex3f (lx,-ly,-lz);
        glVertex3f (lx,-ly,lz);
        glNormal3f (0,-1,0);
        glVertex3f (-lx,-ly,-lz);
        glVertex3f (-lx,-ly,lz);
        glEnd();
 
        // top face
        glBegin (GL_TRIANGLE_FAN);
        glNormal3f (0,0,1);
        glVertex3f (-lx,-ly,lz);
        glVertex3f (lx,-ly,lz);
        glVertex3f (lx,ly,lz);
        glVertex3f (-lx,ly,lz);
        glEnd();
 
        // bottom face
        glBegin (GL_TRIANGLE_FAN);
        glNormal3f (0,0,-1);
        glVertex3f (-lx,-ly,-lz);
        glVertex3f (-lx,ly,-lz);
        glVertex3f (lx,ly,-lz);
        glVertex3f (lx,-ly,-lz);
        glEnd();
    }
    glPopMatrix();
 

glPushMatrixを使うとハードウェア上でモデル・ビュー・マトリックスが退避されます。
この作業により、ローカル座標にて頂点を設定してモデル作成を行うことができます。