用OpenInventor實現的NeHe OpenGL教程－第十九課

這節課我們將討論怎樣使用OpenInventor實現一個簡單的粒子系統。我們在NeHe教程中可以看到，一個簡單的粒子系統實現起來不像想象中那樣的困難。只要能計算好一個粒子的當前狀態（速度，加速度，顏色），就很容易完成一個粒子系統的效果。

NeHe教程中使用三角形帶來顯示每個粒子（GL_TRIANGLE_STRIP），OpenInventor提供了一個相對應的節點類SoTriangleStripSet。SoTriangleStripSet節點是OpenInventor中顯示速度最快的節點，特別適合顯示大量粒子效果。

下面的代碼首先定義一些全局變量。

SoMaterial* g_pParticleColor = NULL; //所有粒子的顏色

SoCoordinate3* g_pParticleCoord = NULL; //所有粒子的位置座標

SoTextureCoordinate2* g_pParticleTexCoord = NULL; //所有粒子的材質座標

SoTriangleStripSet* g_pParticleStripSet = NULL; //所有粒子的三角形面集

下面定義的變量和NeHe教程定義的變量名稱和含義完全相同，不在贅述

#define MAX_PARTICLES 1000 // Number Of Particles To Create

bool rainbow = true; // Rainbow Mode?

float slowdown = 2.0f; // Slow Down Particles

float xspeed = 0; // Base X Speed (To Allow Keyboard Direction Of Tail)

float yspeed = 0; // Base Y Speed (To Allow Keyboard Direction Of Tail)

float zoom = -40.0f; // Used To Zoom Out

int col; // Current Color Selection

int delay; // Rainbow Effect Delay

typedef struct // Create A Structure For Particle

{

bool active; // Active (Yes/No)

float life; // Particle Life

float fade; // Fade Speed

float r; // Red Value

float g; // Green Value

float b; // Blue Value

float x; // X Position

float y; // Y Position

float z; // Z Position

float xi; // X Direction

float yi; // Y Direction

float zi; // Z Direction

float xg; // X Gravity

float yg; // Y Gravity

float zg; // Z Gravity

} particles; // Particles Structure

particles particle[MAX_PARTICLES]; // Particle Array (Room For Particle Info)

static float colors[12][3] = // Rainbow Of Colors

{

{1.0f,0.5f,0.5f},{1.0f,0.75f,0.5f},{1.0f,1.0f,0.5f},{0.75f,1.0f,0.5f},

{0.5f,1.0f,0.5f},{0.5f,1.0f,0.75f},{0.5f,1.0f,1.0f},{0.5f,0.75f,1.0f},

{0.5f,0.5f,1.0f},{0.75f,0.5f,1.0f},{1.0f,0.5f,1.0f},{1.0f,0.5f,0.75f}

};

float ParticleColorData[MAX_PARTICLES][3];

float ParticleLifeData[MAX_PARTICLES];

SbVec3f ParticleCoordData[MAX_PARTICLES * 4];

SbVec2f ParticleTexCoordData[MAX_PARTICLES * 4];

int ParticleNumVertices[MAX_PARTICLES];

下面的函數用來更新粒子系統中每個粒子的顏色，位置，材質等信息。計算方法和NeHe教程相同。

void UpdateParticle(void)

{

for (int i = 0; i < MAX_PARTICLES; i++)

{

if (particle[i].active) // If The Particle Is Active

{

float x = particle[i].x; // Grab Our Particle X Position

float y = particle[i].y; // Grab Our Particle Y Position

float z = particle[i].z + zoom; // Particle Z Pos + Zoom

ParticleCoordData[i * 4 + 0].setValue(x + 0.5f,y + 0.5f,z);

ParticleCoordData[i * 4 + 1].setValue(x - 0.5f,y + 0.5f,z);

ParticleCoordData[i * 4 + 2].setValue(x + 0.5f,y - 0.5f,z);

ParticleCoordData[i * 4 + 3].setValue(x - 0.5f,y - 0.5f,z);

ParticleTexCoordData[i * 4 + 0].setValue(1,1);

ParticleTexCoordData[i * 4 + 1].setValue(0,1);

ParticleTexCoordData[i * 4 + 2].setValue(1,0);

ParticleTexCoordData[i * 4 + 3].setValue(0,0);

ParticleColorData[i][0] = particle[i].r;

ParticleColorData[i][1] = particle[i].g;

ParticleColorData[i][2] = particle[i].b;

ParticleLifeData[i] = 1 - particle[i].life;

particle[i].x += particle[i].xi / (slowdown * 1000);// Move On The X Axis By X Speed

particle[i].y += particle[i].yi / (slowdown * 1000);// Move On The Y Axis By Y Speed

particle[i].z += particle[i].zi / (slowdown * 1000);// Move On The Z Axis By Z Speed

particle[i].xi += particle[i].xg; // Take Pull On X Axis Into Account

particle[i].yi += particle[i].yg; // Take Pull On Y Axis Into Account

particle[i].zi += particle[i].zg; // Take Pull On Z Axis Into Account

particle[i].life -= particle[i].fade; // Reduce Particles Life By 'Fade'

if (particle[i].life < 0.0f) // If Particle Is Burned Out

{

particle[i].life = 1.0f; // Give It New Life

particle[i].fade = float(rand() % 100) / 1000.0f + 0.003f; // Random Fade Value

particle[i].x = 0.0f; // Center On X Axis

particle[i].y = 0.0f; // Center On Y Axis

particle[i].z = 0.0f; // Center On Z Axis

particle[i].xi = xspeed + float((rand() % 60) - 32.0f); // X Axis Speed And Direction

particle[i].yi = yspeed + float((rand() % 60) - 30.0f); // Y Axis Speed And Direction

particle[i].zi = float((rand() % 60) - 30.0f); // Z Axis Speed And Direction

particle[i].r = colors[col][0]; // Select Red From Color Table

particle[i].g = colors[col][1]; // Select Green From Color Table

particle[i].b = colors[col][2]; // Select Blue From Color Table

}

g_pParticleColor->diffuseColor.setValuesPointer(MAX_PARTICLES,(float *)ParticleColorData);

g_pParticleColor->transparency.setValuesPointer(MAX_PARTICLES,ParticleLifeData);

g_pParticleCoord->point.setValuesPointer(MAX_PARTICLES * 4,ParticleCoordData);

g_pParticleTexCoord->point.setValuesPointer(MAX_PARTICLES * 4,ParticleTexCoordData);

}

定時回調函數，用來不斷更新粒子系統中每個粒子的顏色，位置等狀態

void TimerSensorCB(void * data, SoSensor *)

{

UpdateParticle();

if(rainbow && (delay > 25))

{

delay = 0;

col++; // Change The Particle Color

if (col > 11)

col = 0; // If Color Is To High Reset It

}

delay++;

}

創建場景數據

void BuildScene(void)

{

//添加鍵盤迴調事件

SoEventCallback* pEventCallback = new SoEventCallback;

pEventCallback->addEventCallback(SoKeyboardEvent::getClassTypeId(),

KeyboardEventCB,g_pOivSceneRoot);

g_pOivSceneRoot->addChild(pEventCallback);

//OpenGL回調事件

SoCallback *pGlCallback = new SoCallback();

pGlCallback->setCallback(GlRenderCB, NULL);

g_pOivSceneRoot->addChild(pGlCallback);

SoComplexity *pComplexity = new SoComplexity;

pComplexity->textureQuality = 0.6;

g_pOivSceneRoot->addChild(pComplexity);

//加載材質位圖

SoTexture2 *Texture = new SoTexture2;

Texture->filename.setValue("../Data/Particle.png");

Texture->model = SoTexture2::MODULATE;

g_pOivSceneRoot->addChild(Texture);

SoMaterialBinding *pMaterialBinding = new SoMaterialBinding;

pMaterialBinding->value = SoMaterialBindingElement::PER_PART;

g_pOivSceneRoot->addChild(pMaterialBinding);

g_pParticleColor = new SoMaterial;

g_pOivSceneRoot->addChild(g_pParticleColor);

g_pParticleCoord = new SoCoordinate3;

g_pOivSceneRoot->addChild(g_pParticleCoord);

g_pParticleTexCoord = new SoTextureCoordinate2;

g_pOivSceneRoot->addChild(g_pParticleTexCoord);

g_pParticleStripSet = new SoTriangleStripSet;

for (int i = 0; i < MAX_PARTICLES; i++)

ParticleNumVertices[i] = 4;

g_pParticleStripSet->numVertices.setValues(0,MAX_PARTICLES,ParticleNumVertices);

g_pOivSceneRoot->addChild(g_pParticleStripSet);

//初始化粒子狀態數組

for (int i = 0; i < MAX_PARTICLES; i++) // Initials All The Textures

{

particle[i].active = true; // Make All The Particles Active

particle[i].life = 1.0f; // Give All The Particles Full Life

particle[i].fade = float(rand() % 100) / 1000.0f + 0.003f; particle[i].r = colors[int(i * (12.0 / MAX_PARTICLES))][0]; particle[i].g = colors[int(i * (12.0 / MAX_PARTICLES))][1]; particle[i].b = colors[int(i * (12.0 / MAX_PARTICLES))][2]; particle[i].xi = float((rand() % 50) - 26.0f) * 10.0f; particle[i].yi = float((rand() % 50) - 25.0f) * 10.0f;

particle[i].zi = float((rand() % 50) - 25.0f) * 10.0f; particle[i].xg = 0.0f; // Set Horizontal Pull To Zero

particle[i].yg = -0.8f; // Set Vertical Pull Downward

particle[i].zg = 0.0f; // Set Pull On Z Axis To Zero

particle[i].x = 0;

particle[i].y = 0;

particle[i].z = 0;

}

UpdateParticle();

//定義粒子更新定時器

SoTimerSensor *pTimerSensor = new SoTimerSensor(TimerSensorCB, NULL);

pTimerSensor->setInterval(0.001);

pTimerSensor->schedule();

}

下面的代碼是鍵盤響應函數。

void KeyboardEventCB(void *userData, SoEventCallback *pEventCB)

{

const SoEvent *pEvent = pEventCB->getEvent();

if(SO_KEY_PRESS_EVENT(pEvent,LEFT_ARROW))

{

if(xspeed > -200)

xspeed -= 1.0f;

}

else

if(SO_KEY_PRESS_EVENT(pEvent,RIGHT_ARROW))

{

if(xspeed < 200)

xspeed += 1.0f;

}

else

if(SO_KEY_PRESS_EVENT(pEvent,UP_ARROW))

{

if(yspeed < 200)

yspeed += 1.0f;

}

else

if(SO_KEY_PRESS_EVENT(pEvent,DOWN_ARROW))

{

if(yspeed > -200)

yspeed -= 1.0f;

}

else

if(SO_KEY_PRESS_EVENT(pEvent,PAGE_UP))

{

zoom += 0.1f;

}

else

if(SO_KEY_PRESS_EVENT(pEvent,PAGE_DOWN))

{

zoom -= 0.1f;

}

else

if(SO_KEY_PRESS_EVENT(pEvent,PAD_ADD))

{

if(slowdown > 1.0f)

slowdown -= 0.01f;

}

else

if(SO_KEY_PRESS_EVENT(pEvent,PAD_SUBTRACT))

{

if(slowdown < 4.0f)

slowdown += 0.01f;

}

else

if(SO_KEY_PRESS_EVENT(pEvent,TAB))

{

for (int i = 0; i < MAX_PARTICLES; i++)

{

if (particle[i].active) // If The Particle Is Active

{

particle[i].x = 0.0f; // Center On X Axis

particle[i].y = 0.0f; // Center On Y Axis

particle[i].z = 0.0f; // Center On Z Axis

particle[i].xi = float((rand() % 50) - 26.0f) * 10.0f; particle[i].yi = float((rand() % 50) - 25.0f) * 10.0f; particle[i].zi = float((rand() % 50) - 25.0f) * 10.0f;

}

else

if(SO_KEY_PRESS_EVENT(pEvent,PAD_8))

{

for (int i = 0; i < MAX_PARTICLES; i++)

{

if (particle[i].active && particle[i].yg < 1.5f)

particle[i].yg += 0.01f;

}

else

if(SO_KEY_PRESS_EVENT(pEvent,PAD_2))

{

for (int i = 0; i < MAX_PARTICLES; i++)

{

if (particle[i].active && particle[i].yg > -1.5f)

particle[i].yg -= 0.01f;

}

else

if(SO_KEY_PRESS_EVENT(pEvent,PAD_6))

{

for (int i = 0; i < MAX_PARTICLES; i++)

{

if (particle[i].active && particle[i].xg < 1.5f)

particle[i].xg += 0.01f;

}

else

if(SO_KEY_PRESS_EVENT(pEvent,PAD_4))

{

for (int i = 0; i < MAX_PARTICLES; i++)

{

if (particle[i].active && particle[i].xg > -1.5f)

particle[i].xg -= 0.01f;

}

else

if(SO_KEY_PRESS_EVENT(pEvent,RETURN))

{

rainbow = !rainbow;

}

else

if(SO_KEY_PRESS_EVENT(pEvent,SPACE))

{

rainbow = false;

delay = 0;

col++; // Change The Particle Color

if (col > 11)

col = 0; // If Color Is To High Reset It

}

pEventCB->setHandled();

}

現在編譯運行我們程序，屏幕上顯示出一個效果非常華麗的噴泉。按下左右方向鍵，噴泉可以左右轉動。按下上下方向鍵，噴泉可以上下轉動。按下PnUp/PnDn鍵，噴泉將放大或縮小。按下TAB鍵，噴泉將初始化一次。按下空格鍵，噴泉將修改顏色。效果和NeHe第十九課是相同的。

本課的完整代碼下載。（VC 2003 ＋ Coin2.5）

後記

OpenInventor是一種基於OpenGL的面向對象的三維圖形軟件開發包。使用這個開發包，程序員可以快速、簡潔地開發出各種類型的交互式三維圖形軟件。這裏不對OpenInventor做詳細的介紹，讀者如果感興趣，可以閱讀我的blog中的這篇文章《OpenInventor 簡介》。

NeHe教程是目前針對初學者來說最好的OpenGL教程，它可以帶領讀者由淺入深，循序漸進地掌握OpenGL編程技巧。到目前爲止（2007年11月），NeHe教程一共有48節。我的計劃是使用OpenInventor來實現所有48節課程同樣的效果。目的是複習和鞏固OpenGL的知識，同時與各位讀者交流OpenInventor的使用技巧。

因爲篇幅的限制，我不會介紹NeHe教程中OpenGL的實現過程，因爲NeHe的教程已經講解的很清楚了，目前網絡中也有NeHe的中文版本。我將使用VC 2003作爲主要的編譯器。程序框架採用和NeHe一樣的Win32程序框架，不使用MFC。程序也可以在VC Express，VC 2005/2008中編譯。我採用的OpenInventor開發環境是Coin，這是一個免費開源的OpenInventor開發庫。文章《OpenInventor－Coin3D開發環境》介紹瞭如何在VC中使用Coin。我使用的Coin版本是2.5。讀者可以到 www.coin3d.org 中免費下載。