osgFX扩展库-异性光照、贴图、卡通特效（1）

本章将简单介绍 osgFX扩展库及osgSim 扩展库。osgFX库用得比较多,osgSim库不常用，因此，这里只对这个库作简单的说明。

osgFX扩展库

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。可以用一个简单的继承关系图来表示，如图 12-1 。

图 12-1 osgFX类的承关系图

异性光照特效

各向异性光照(Anisotropic Lighting)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 ，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，但该特效需要ARB_vertex_program扩展的支持。

osgFX::AnisotropicLighting 的继承关系图如图12-2所示。

图12-2 osgFX::AnisotropicLighting 的继承关系图

从继承关系图中可以看出，osgFX::AnisotropicLighting是一个组节点，它继承自osgFX::Effect类。后面将要介绍的集中特效同样继承自 osgFX::Efect类。因此，如果读者需要自己编写相关的特效，可以继承自osgFX::Effect 类

下面介绍osgFX::AnisotropicLighting 的一些成员函数：

osg::lmage* getLightingMap () // 得到光照贴图
const osg::Image " getLightingMap () const // 得到const光照贴图
void setLightingMap(osg::Image *image) // 设置光照贴图
int getLightNumber() const // 得到光源数
void setLightNumber(int n) // 设置光源数，通常支持的光源数8个以下

异性光照特效示例

下面通过一个例子来学习如何在场景中添加osgFX::AnisotropicLighting 特效代码如程序清单12-1所示。

1.	/********************************** 异性光照特效示例12-1 ************************************/  
2.	void anisotropicLighting_12_1(const string &strDataFolder)  
3.	{  
4.	    osg::ref_ptr<osgViewer::Viewer> viewer = new osgViewer::Viewer();  
5.	    osg::ref_ptr<osg::GraphicsContext::Traits> traits = new osg::GraphicsContext::Traits;  
6.	    traits->x = 40;  
7.	    traits->y = 40;  
8.	    traits->width = 600;  
9.	    traits->height = 480;  
10.	    traits->windowDecoration = true;  
11.	    traits->doubleBuffer = true;  
12.	    traits->sharedContext = 0;  
13.	  
14.	    osg::ref_ptr<osg::GraphicsContext> gc = osg::GraphicsContext::createGraphicsContext(traits.get());  
15.	  
16.	    osg::ref_ptr<osg::Camera> camera = viewer->getCamera();  
17.	    camera->setGraphicsContext(gc.get());  
18.	    camera->setViewport(new osg::Viewport(0, 0, traits->width, traits->height));  
19.	    GLenum buffer = traits->doubleBuffer ? GL_BACK : GL_FRONT;  
20.	    camera->setDrawBuffer(buffer);  
21.	    camera->setReadBuffer(buffer);  
22.	  
23.	    // 读取模型，读取飞机模型  
24.	    string strDataPath = strDataFolder + "cessna.osg";  
25.	    osg::ref_ptr<osg::Node> node = osgDB::readNodeFile(strDataPath);  
26.	  
27.	    // 读取贴图  
28.	    strDataPath = strDataFolder + "Images\\osg256.png";  
29.	    osg::ref_ptr<osg::Image> image = osgDB::readImageFile(strDataPath);  
30.	  
31.	    // 创建各向异性光照  
32.	    osg::ref_ptr<osgFX::AnisotropicLighting> atl = new osgFX::AnisotropicLighting();  
33.	  
34.	    // 设置光照图  
35.	    atl->setLightingMap(image);  
36.	  
37.	    // 设置光源数，支持光源数在8以下  
38.	    atl->setLightNumber(7);  
39.	    atl->addChild(node.get());  
40.	  
41.	    osg::ref_ptr<osg::Group> root = new osg::Group();  
42.	    root->addChild(atl.get());  
43.	  
44.	    // 优化场景数据  
45.	    osgUtil::Optimizer optimizer;  
46.	    optimizer.optimize(root.get());  
47.	  
48.	    viewer->setSceneData(root.get());  
49.	  
50.	    viewer->realize();  
51.	    viewer->run();  
52.	}

运行程序，截图如图12-3 所示。

图12-3异性光照特效示例截图

凹凸贴图特效

凹凸贴图(Bump Mapping)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，一种是漫反射颜色，另一种是法线贴图(可以使用 aVIDIA 的法线贴图生成器或其他工具，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顶点和片段着色器的技法，另外，还定义了一种不使用片段着色器的技法。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。

osgFX::BumpMapping 的继承关系图如图12-4所示。

图12-4 osgFX::BumpMapping 的继承关系图

从继承关系图中可以看出osgFX::BumpMapping 继承自ogFX::Effect类，也是一个组节点，可以添加自己的叶节点。

下面介绍osgFX::BumpMapping 的一些成员函数:

int getLightNumber()const// 得到光源数  
void setLightNumber(int n) // 设置光源数  
int getDiffuseTextureUnit()const// 得到漫反射纹理单元  
void setDiffuseTextureUnit(int n) // 设置漫反射纹理单元  
int getNormalMapTextureUnit()const// 得到法线纹理单元  
void setNormalMapTextureUnit(int n) // 设置法线纹理单元  
osg::Texture2D* getOverrideDiffuseTexture()//得到替代子节点的漫反射纹理  
const osg::Texture2D * getOverrideDiffuseTexture()const// 得到替代子节点的漫反射纹理  
void setOverrideDiffuseTexture(osg::Texture2D *texture) // 设置替代子节点的漫反射的纹理  
osg::Texture2D* getOverrideNormalMapTexture()// 得到替代子节点的法线纹理  
const osg:Texture2D * getOverrideNormalMapTexture()const// 得到替代子节点的法线纹理  
void setOverrideNormalMapTexture(osg::Texture2D *texture) // 设置替代子节点的法线纹理  
void prepareGeometry(osg::Geomctry *geo) //预备一个Geometry用来实现凸凹光照  
void prepareNode(osg::Node *node) //预备一个Geometry用来实现凸凹光照  
void prepareChildren0) //预备一个Geomctry 用来实现凸凹光照  
void setUpDemo()//设置默认的漫反射和法线贴图环境

贴图特效示例

下面通过一个例子来学习如何在场景中添加osgFX::BumpMapping 特效。

代码如程序清单 12-2所示。

1.	/********************************** 凹凸贴图特效示例12-2 ************************************/  
2.	void bumpMapping_12_2(const string &strDataFolder)  
3.	{  
4.	    osg::ref_ptr<osgViewer::Viewer> viewer = new osgViewer::Viewer();  
5.	    osg::ref_ptr<osg::Group> root = new osg::Group();  
6.	    osg::ref_ptr<osg::GraphicsContext::Traits> traits = new osg::GraphicsContext::Traits;  
7.	    traits->x = 40;  
8.	    traits->y = 40;  
9.	    traits->width = 600;  
10.	    traits->height = 480;  
11.	    traits->windowDecoration = true;  
12.	    traits->doubleBuffer = true;  
13.	    traits->sharedContext = 0;  
14.	  
15.	    osg::ref_ptr<osg::GraphicsContext> gc = osg::GraphicsContext::createGraphicsContext(traits.get());  
16.	  
17.	    osg::ref_ptr<osg::Camera> camera = viewer->getCamera();  
18.	    camera->setGraphicsContext(gc.get());  
19.	    camera->setViewport(new osg::Viewport(0, 0, traits->width, traits->height));  
20.	    GLenum buffer = traits->doubleBuffer ? GL_BACK : GL_FRONT;  
21.	    camera->setDrawBuffer(buffer);  
22.	    camera->setReadBuffer(buffer);  
23.	  
24.	    // 读取模型，读取飞机模型  
25.	    string strDataPath = strDataFolder + "cessna.osg";  
26.	    osg::ref_ptr<osg::Node> node = osgDB::readNodeFile(strDataPath);  
27.	  
28.	    //创建凹凸贴图对象  
29.	    osg::ref_ptr<osgFX::BumpMapping> bm = new osgFX::BumpMapping();  
30.	    //添加子节点  
31.	    bm->addChild(node.get());  
32.	    //设置光源数  
33.	    //bm->setLightNumber(6);  
34.	    //设置漫反射纹理单元  
35.	    bm->setDiffuseTextureUnit(0);  
36.	    //设置法线纹理单元，注意不能于前面的漫反射单元相同  
37.	    bm->setNormalMapTextureUnit(1);  
38.	    //设置默认的漫反射和法线贴图环境，并设置相关的纹理坐标  
39.	    bm->setUpDemo();  
40.	  
41.	    root->addChild(bm.get());  
42.	  
43.	    // 优化场景数据  
44.	    osgUtil::Optimizer optimizer;  
45.	    optimizer.optimize(root.get());  
46.	  
47.	    viewer->setSceneData(root.get());  
48.	  
49.	    viewer->realize();  
50.	    viewer->run();  
51.	}

运行程序，截图如图12-5 所示。

图12-5 凹凸贴图特效示例图

卡通染特效

卡通渲染(Cartoon)特效实现了一种名为卡通着色(Cel-Shading)的方法，从而产生一种卡通式的(非真实感的)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。osgFX::Cartoon的继承关系图如图12-6所示。

图12-6 osgFX::Cartoon 的继承关系图

1.	// 得到轮廊线的颜色  
2.	const osg::Vec4 & getOutlineColor() const  
3.	// 设置轮廓线的颜色  
4.	void setOutlineColor (const osg::Vec4 &color)  
5.	// 得到轮廓线的宽度  
6.	float getOutlineLineWidth()const  
7.	// 设置轮廊线的宽度  
8.	void setOutlincLineWidth (float w)  
9.	// 得到光源数  
10.	int getLightNumber() const  
11.	// 设置光源数  
12.	void setLightNumber(int n)

卡通渲染特效示例

下面通过一个例子来学习如何在场景中添加osgFX::Cartoon特效。

代码如程序清单12-3所示。

1.	/********************************** 卡通渲染特效示例12-3 ************************************/  
2.	void cartoon_12_3(const string &strDataFolder)  
3.	{  
4.	    osg::ref_ptr<osgViewer::Viewer> viewer = new osgViewer::Viewer();  
5.	    osg::ref_ptr<osg::Group> root = new osg::Group();  
6.	    osg::ref_ptr<osg::GraphicsContext::Traits> traits = new osg::GraphicsContext::Traits;  
7.	    traits->x = 40;  
8.	    traits->y = 40;  
9.	    traits->width = 600;  
10.	    traits->height = 480;  
11.	    traits->windowDecoration = true;  
12.	    traits->doubleBuffer = true;  
13.	    traits->sharedContext = 0;  
14.	  
15.	    osg::ref_ptr<osg::GraphicsContext> gc = osg::GraphicsContext::createGraphicsContext(traits.get());  
16.	  
17.	    osg::ref_ptr<osg::Camera> camera = viewer->getCamera();  
18.	    camera->setGraphicsContext(gc.get());  
19.	    camera->setViewport(new osg::Viewport(0, 0, traits->width, traits->height));  
20.	    GLenum buffer = traits->doubleBuffer ? GL_BACK : GL_FRONT;  
21.	    camera->setDrawBuffer(buffer);  
22.	    camera->setReadBuffer(buffer);  
23.	  
24.	    // 读取模型，读取飞机模型  
25.	    string strDataPath = strDataFolder + "cessna.osg";  
26.	    osg::ref_ptr<osg::Node> node = osgDB::readNodeFile(strDataPath);  
27.	  
28.	    // 创建卡通渲染对象  
29.	    osg::ref_ptr<osgFX::Cartoon> ct = new osgFX::Cartoon();  
30.	    ct->setOutlineColor(osg::Vec4(1.0, 1.0, 1.0, 1.0)); // 设置轮廓线的颜色  
31.	    ct->setOutlineLineWidth(2.0);// 设置轮廓线的宽度  
32.	    ct->setLightNumber(0); // 设置光源数，通常设置为0     
33.	    ct->addChild(node.get());//添加子节点  
34.	      
35.	    root->addChild(ct.get());  
36.	  
37.	    // 优化场景数据  
38.	    osgUtil::Optimizer optimizer;  
39.	    optimizer.optimize(root.get());  
40.	  
41.	    viewer->setSceneData(root.get());  
42.	  
43.	    viewer->realize();  
44.	    viewer->run();  
45.	}

运行程序，截图如图 12-7