创建窗口 - 构建 3D 引擎

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目录

• 引言
• 要讨论的主题
• 背景
• 使用代码之前
• OpenGLViewWindow
• OpenGLControl
• BaseSimulation 接口是什么？
• 如何使用代码
• 延伸阅读

引言

本文旨在成为描述 3D 引擎的机制和元素的系列文章的第一篇。我并非专业的计算机程序员，因此我期望本系列文章中提出的想法和算法能够被“真正的”程序员重写并改编到您的应用程序中。本系列的目的是整合 C# 中写成的一系列主题，让非游戏程序员能够将 3D 图形的强大功能集成到他们的应用程序中。虽然绝大多数 3D 引擎都用于游戏开发，但这类工具对于视觉反馈和图形数据输入也非常有用。我开始编写这个工具时，重点关注的是模拟建模，但我希望保持一定的性能水平，以便能够实现实时图形。

要讨论的主题

基础 创建 OpenGL 窗口（本文） 空间和矩阵变换 四元数用于旋转 导航缩放、平移和环绕（ArcBall）	绘图 绘制点、线和三角形 纹理和纹理坐标 加载静态网格文件（*.obj） 场景图
标准 3D 对象和包含 球体和定向框 胶囊体和圆柱体 菱形体和椭球体	排序树及其应用 八叉树排序 BSP 树排序 对象拾取和剔除
杂项 灯光和特殊效果 距离方法 相交方法

背景

我目前正在重写我公司的一个软件模型，并提出了改进我们的 GUI 界面，为用户提供绘图界面。本系列文章是我最初概念验证应用程序重写的一部分。

我是 Lea+Elliott 的电气工程师，我的职责包括开发和维护我们公司的内部模型。也就是说，我不是专业程序员，所以在您查看我的代码时请记住这一点。

使用代码之前

在使用此代码之前，您需要下载 Tao Framework 来访问 Tao 命名空间。您还需要引用 AGE_Engine3D.dll，将 AGE_Engine3D 添加到您的项目中，或者复制适用的 *.cs 文件并将其添加到您的项目中。

提供了两个类来创建 OpenGL 窗口：OpenGLViewWindow 和 OpenGLControl。OpenGLViewWindow 类继承自 System.Windows.Forms.Form 类，用作传统的游戏窗口。OpenGLControl 类继承自 Tao.Platform.Windows.SimpleOpenGlControl 类，用作嵌入传统 System.Windows.Forms.Form 的控件。

OpenGLViewWindow

OpenGLViewWindow 是 Tao Framework 中包含的 NeHe 教程中的 LessonXX 类的修改版本，由 Jeff Molofee 编写。我需要一个标准的、可重用的类来创建一个标准的 OpenGL 窗口。对他代码唯一的真正修改是包含 SimulationApplication 和 mouseControl 字段。SimulationApplication 是一个实现了 BaseSimulation 接口的对象引用。这是应用程序逻辑的接口。

创建 OpenGL 窗口非常简单。以下代码创建一个分辨率为 800x600、16 位色、全屏的窗口。

OpenGLViewWindow.Run("AGE Engine3D - Dancing Triangles", 
			800, 600, 16, true, new DancingTriangles());

最后一个参数是一个名为 DanceTriangles 的类，它继承自 BaseSimulation。稍后我将详细介绍 BaseSimulation。

OpenGLControl

OpenGLControl 继承自 SimpleOpenGlControl 类。我添加了 SimulationApplication 和 mouseControl 字段。SimulationApplication 是一个继承自 BaseSimulation 类的对象的引用。这是应用程序逻辑的接口。mouseControl 用于映射鼠标输入并将其传递给 SimulationApplication。要触发控件的重绘，我们需要调用 OpenGLControl 的 Invalidate() 方法。

使用 OpenGLControl 类也相对容易。只需将控件拖到您的窗体上。您需要通过 LoadSimulation 方法加载一个 BaseSimulation。在提供的示例中，我将以下接口添加到我的 TestForm 中，以便轻松访问 OpenGLControl 方法。

public BaseSimulation TheSimulation
{
    set { this.openGLControl1.LoadSimulation(value); }
}
...
//This is the trigger that forces the scene to be redrawn
this.openGLControl1.Invalidate();

BaseSimulation 类是什么？

BaseSimulation 是一个实现了 IBaseSimulation 接口的类，这是我试图标准化 OpenGLViewWindow 和 OpenGLControl 类之间接口的尝试。BaseSimulation 类映射鼠标和键盘输入、屏幕大小以及其他各种信息。最重要的接口是 void ProcessStep() 函数。当 OpenGLViewWindow 和 OpenGLControl 类希望重绘场景时，它们都会调用此函数。

如何使用代码

那么，如何使用这段代码呢？首先，您需要继承 BaseSimulation 类。这将要求您覆盖四个 abstract 函数和一个虚拟函数。以下是随附的 DancingTriangles 示例的摘录。

public class DancingTriangles : BaseSimulation
{
    ...
    #region Methods
    override public void UpdateScene()
    {
        //This is where you update your Scene and perform the application logic
        ...
    }

    override public void UpdateInput()
    {
        //This is where you deal with user input
        ...
    }

    override public void DrawGLScene()
    {
        //This is where you draw your scene.
        ...
        //This is the flag that tells the calling ViewWindow update the display
        this.SwapBuffer = true;
    }

    //This is method that the OpenGLViewWindow and the OpenGLControl call.
    override public void ProcessStep()
    {
        if (!this.IsInitialize)  //Check to see if your Simulation is initialized
        {
            //Initialize the Simulation - A derived function
            this.InitializeSimulation();
        }
        if (this.Active && this.IsInitialize)
        {
            /*---------------------------------------------------------------------------
             * This is how I am currently structuring the each call to the 
	    * ProcessStep method.
             *   1.    I update the application with user inputs//this.UpdateInput();
             *   2.    Then, I update the Scene info.           //this.UpdateScene();
             *   3.    Finally,  Draw the scene.                //this.DrawGLScene();
             *-------------------------------------------------------------------------*/
            this.UpdateInput();
            this.UpdateScene();
            this.SwapBuffer = false;
            if (this.OpenGLFlag)
            {
                this.DrawGLScene();
            }
        }
    }

    override public void InitalizeSimulation()
    {
        base.InitalizeSimulation();
        //Load Resources Here
        //Setup the Camera View Matrix
    }
    #endregion
}

*.zip 文件中包含更多内容，此处未讨论，但我将在其他文章中介绍其他类和概念。

进一步阅读

• NeHe 教程 - OpenGL 资源
• NeHe 教程 - 游戏和 3D 概念
• Z Buffer - 3D 概念和 C#
• Blender - 免费 3D 建模软件

历史

• 2009-01-30 - 初始发布