翻译:osgFX - 开发者简明手册

LINK:     http://cg.cnblogs.com/default.aspx?page=6&paging=1
               http://bbs.vrchina.net/viewthread.php?tid=3472
osgFX - 开发者简明手册
Marco Jez
2003年9月

osgFX是一个OpenSceneGraph的附加库,是一个用于实现一致、完备、可重用的特殊效果的构架工具,其效果可以添加到OSG的节点中。它同时还包含了一系列预定义好的特殊效果。

osgFX概述
所谓“特效”指的是装载于单个对象中的一系列可视的属性和行为。要实现一个真正可用的特效,相应的特效类应当具备一个公有的接口,以修改各种配置和微调量。
特效也可以被理解成是提出问题(对象应当是什么样子)与解决问题(应当设置哪些属性和其它调节量)之间的“桥梁”。从C++代码来看,特效具现了osgFX::Effect类的实例。或者说,是这个类的派生类的实例,因为osgFX::Effect直接派生自osg::Node,因此它是抽象类。
对于OSG而言,特效就是一个Node节点。它与其它节点类的特性完全相同,因此可以关联到场景图形中的任意位置。
特效功能图如图1所示。
Effect类是一个多子节点的组节点。它使用addChild()方法和其它节点关联。
在特效类中设置的可视属性将被关联到它的子节点上,与此相类似,Transform节点也会将坐标变换的信息应用到其子节点上。Effect中的各种属性不会在其子节点以外生效。

如果用户想要将某一种特效应用到自己的图形子树上,那么需要遵循下面的步骤:
1、创建所需特效的实例,例如,osgFX::Scribe;
2、必要的话,使用特效类的方法设置特效属性;
3、调用Effect::addChild()方法,将图形子树与特效节点相关联;
4、将特效节点与场景图形关联。

下面的例子中使用了刻线(scribe)特效:
osg::ref_ptr<osg::Node> my_node = osgDB::readNodeFile(“cow.osg”);
osg::ref_ptr<osgFX::Scribe> scribe_fx = new osgFX::Scribe;
scribe_fx->addChild(my_node.get());
scribe_fx->setEnabled(true);
root->addChild(scribe_fx.get());
代码执行的结果如图2所示。

深入学习:技法和通道
技法就是实现特效的某一种可能方法。
由于图形硬件设备种类繁多,OpenGL也在不断扩展,因此不太可能用一种通用的方法来实现复杂的效果:针对不同的硬件和OpenGL环境,用户需要采用不同的实现手段来实现某个特效。
一种特效的产生往往可以采用一种或几种技法,每一种技法都采用不同的方式来尝试实现相同的效果。
缺省情况下,Effect类使用私有的StateAttribute对象来实时演算和验证各种技法,并选择最好的一种。
特效的开发者可以自行定义各种技法的优先级,从而要求OSG首先验证用户所选的技法。
Effect类会选择在实时的所有活动渲染设备中,可通过验证的优先级最高的技法,以为己用。
如果需要的话,用户可以在任何时刻重载这一缺省特性。
Effect类的技法功能图表如图3所示。

多通道渲染的意思是,每次都使用不同的可视属性,多次绘制同一对象后,合并所有通道获得的最终图像。
某些技法可能需要不止一个通道来实现所需的输出结果。
技法类为每个渲染通道都创建一个StateSet对象,然后交由osgFX管理多通道的渲染工作。
Effect类的通道功能图表如图4所示。

扩展osgFX
创建一个新的特效的基本步骤如下。
1、特效都是从osgFX::Effect派生而来的,因此用户可以自由创建自己的派生类,例如命名它为TestFx。
2、具现抽象方法,例如effectName(),effectDescription()等,可能需要用到META_Effect宏。
3、向系统注册新的特效类,即创建一个Registry::Proxy的静态实例:
osgFX::Registry::Proxy proxy(new TestFx);
4、具现保护成员中的抽象方法define_techniques(),以便创建所需的特效技法。
为了实现某个技法,用户需要编写一个继承自osgFX::Technique的类;且这个类应当是私有的。
在用户特效类的define_techniques()方法中,创建上述用户技法类的实例,并使用Effect::addTechnique()按照优先级降序的顺序将其添加到特效类中。
为新建的技法提供一个验证手段。最简单(但不是最灵活的)的方法是重载Technique::getRequiredExtensions()方法,并指定这个技法所需的OpenGL扩展函数。
具现Technique::define_passes()方法,以便创建渲染通道。
渲染通道的内部实现,是将其作为一个Group对象与一个StateSet相关联。特效类的子节点在运行时将自动被添加到通道节点上。
技法类的define_passes()方法为每个渲染通道创建了一个StateSet对象,并调用Technique::addPass()将其添加到技法类中。通道节点将自动生成并连接到渲染状态之上。

以下为创建一个特效类所需的基本代码:
Class TestFX (public)
{
……
META_Effect(……);
bool define_techniques()
{
addTechnique(new FirstTechnique);
// 也可以继续添加别的技法实例。
}
……
}

Class FirstTechnique (private)
{
……
void getRequiredExtensions(……) const
{
// 指定所需的GL扩展功能。
}
void define_passes()
{
osg::ref_ptr<osg::StateSet> ss1 = new osg::StateSet;
// 添加渲染属性到ss1之后……
addPass(ss1.get());

osg::ref_ptr<osg::StateSet> ss2 = new osg::StateSet;
// 添加渲染属性到ss2之后……
addPass(ss2.get());
}
……
}

总结:
1、继承osgFX::Effect并创建特效类(例如TestFx),为其添加名字和描述信息,并使用注册代理(registry proxy)注册到系统中;
2、为用户所需的每个技法创建私有类,并定义它们的验证手段;
3、在TestFx::define_techniques()中创建一个技法类的实例,并调用addTechnique()将其添加到特效中;
4、在每个技法类的define_passes()方法中,创建一个或多个StateSet对象(每个渲染通道创建一个),并调用addPass()将其添加到技法中。例子程序

osgfxbrowser的效果如图5~8所示。对于目前已提供的特效,简介如下:

刻线(Scribe)
这是一个双通道的特效;第一个通道以通常的方式渲染图形,而第二个通道使用线框模式,用户设置好光照和材质之后,即可使用指定的颜色进行渲染。这个特效中使用了PolygonOffset渲染属性类来避免多边形斑驳(Z-fighting)的现象,它所需的OpenGL版本至少为1.1。各向异性光照(Anisotropic Lighting)
这种特效使用单一通道,它使用了一种各向异性的光照来替代OpenGL的标准光照模型。几何体顶点的颜色在这里不是直接进行计算的,而是纹理映射到用户指定的光照图板的结果。这里需要使用顶点着色器(vertex program)来计算纹理坐标S和T的值:S = N · H;T = N · L。(其中的数学运算为点乘)这里N表示顶点的法线,L表示光到顶点的向量,H表示中间向量。这种特效很好地演示了State::getInitialViewMatrix()方法的使用,它可以直接获取视口的初始矩阵并实现直接与视口相关的特效,而不需要任何假借的工作。
该特效需要ARB_vertex_program扩展的支持。

卡通渲染(Cartoon)
这种特效实现了一种名为卡通着色(Cel-Shading)的技法,从而产生一种卡通式的(非真实感的)的渲染效果。它需要两个通道支持;第一个用于绘制实体表面,第二个用于绘制轮廓线。该特效需要使用顶点着色器来设置纹理坐标,以便在运行时生成的纹理单元0上实现一种尖锐的光照效果。
该特效需要ARB_vertex_program扩展或者OpenGL着色语言的支持。

基于立方映射图的镜面高光(Cubemap-based Specular Highlights)
这种特效在片断层级(fragment level)上(而不是OpenGL通常的顶点层级)应用了镜面高光,它使用了立方映射图和反射纹理生成(reflective texgen)的技术。首先要计算出纹理矩阵以实现立方映射图的自动旋转;这样无论从观察的方向和光照位置上来说,镜面光的效果都将是始终不变的。用户可以选择使用何种光照来计算纹理矩阵。
该特效需要GL_ARB_texture_env_add扩展以及任意一种立方映射图扩展(GL_EXT_texture_cube_map,GL_ARB_texture_cube_map,或者OpenGL 1.3)的支持。

凹凸贴图(Bump Mapping)
这种特效可以创建一种凹凸不平的表面效果。其子节点必须使用两种纹理,其一是漫反射颜色,另一个是法线贴图(可以使用nVIDIA的法线贴图生成器或者其它工具,根据高度图自动生成)。此外,还需要创建正切空间(tangent-space)的基向量并将其关联到每个Geometry几何体上;这一步骤可以调用BumpMapping::prepareChildren()方法来迅速完成。注意Geometry对象的漫反射颜色和法线贴图纹理都必须提前定义好对应的UV贴图。
该特效推荐使用一种运用了ARB顶点和片断着色器的技法,另外还定义了一种不使用片断着色器的技法。后者无法处理环境和镜面组件的运算,因此在运行时很受限制。

posted on 2009-02-13 15:08 zmj 阅读(1152) 评论(0)  编辑 收藏 引用


只有注册用户登录后才能发表评论。
【推荐】超50万行VC++源码: 大型组态工控、电力仿真CAD与GIS源码库
网站导航: 博客园   IT新闻   BlogJava   知识库   博问   管理