OpenSceneGraph三维渲染引擎编程指南

第1章 OpenSceneGraph概述 1

1.1 OpenSceneGraph简介 2

1.1.1 什么是OpenSceneGraph 2

1.1.2 OpenSceneGraph的历史和发展 2

1.1.3 OSG中国 3

1.1.4 OSG组成模块 3

1.2 开发的预备知识 5

1.3 OSG的安装及编译 6

1.3.1 OSG的获取及安装 6

1.3.2 编译OSG 7

1.3.3 OSG邮件列表 13

1.4 OSG基础 14

1.4.1 开发环境设置 14

1.4.2 OSG中的HelloWorld工程 14

1.4.3 OSG实用工具——场景浏览器osgViewer 17

1.4.4 OSG实用工具——版本信息查看器osgVersion 21

1.4.5 OSG实用工具——场景图形压缩归档工具osgArchive 21

1.4.6 OSG实用工具——数据转换工具osgConv 23

第2章 OpenSceneGraph数学基础 27

2.1 坐标系统 28

2.2 坐标系变换 29

2.2.1 世界坐标系-物体坐标系变换 30

2.2.2 物体坐标系-世界坐标系变换 30

2.2.3 世界坐标系-屏幕坐标系变换 32

2.3 向量、矩阵及四元数 34

2.3.1 向量 34

2.3.2 矩阵 35

2.3.3 四元数 36

2.3.4 矩阵与四元数之间的转换 37

第3章 场景的组织及渲染 41

3.1 OSG场景树 42

3.1.1 OSG场景树节点 42

3.1.2 OSG中的父节点与子节点 42

3.2 Geode 43

3.2.1 Billboard节点 43

3.2.2 布告板示例 44

3.3 Group 48

3.3.1 位置变换节点 48

3.3.2 位置变换节点示例 49

3.3.3 矩阵变换节点 50

3.3.4 矩阵变换节点示例 51

3.3.5 自动对齐节点 53

3.3.6 自动对齐节点示例 53

3.3.7 开关节点 56

3.3.8 开关节点示例 57

3.3.9 细节层次节点 58

3.3.10 细节层次节点示例 59

3.3.11 分页细节层次节点 61

3.3.12 分页细节层次节点示例 61

3.3.13 替代节点 63

3.3.14 替代节点示例 64

3.3.15 遮挡裁剪节点 66

3.3.16 遮挡裁剪节点示例 67

3.3.17 坐标系节点 70

3.3.18 坐标系节点示例 71

3.4 场景中节点的拷贝——osg：：CopyOp类 73

3.4.1 自定义场景拷贝示例（一） 73

3.4.2 自定义场景拷贝示例（二） 79

第4章 OSG中几何体的绘制 83

4.1 场景基本绘图类 84

4.2 基本几何体的绘制 86

4.2.1 几何体类 86

4.2.2 基本几何体绘制示例 87

4.2.3 索引绑定几何体绘制示例 90

4.3 使用OSG中预定义的几何体 93

4.3.1 osg：：Shape类 93

4.3.2 osg：：ShapeDrawable类 94

4.3.3 网格化类 94

4.3.4 预定义几何体示例 95

4.4 多边形分格化 97

4.5 几何体操作 101

4.5.1 简化几何体 102

4.5.2 简化几何体示例 102

4.5.3 Delaunay三角网绘制 104

4.5.4 Delaunay三角网绘制示例 105

4.5.5 三角带绘制 107

4.5.6 三角带绘制示例 108

4.5.7 生成顶点法向量 111

4.5.8 生成顶点法向量示例 112

第5章 渲染状态、纹理与光照 115

5.1 渲染状态 116

5.1.1 osg：：StateSet类 116

5.1.2 渲染属性和渲染模式 117

5.1.3 状态继承 118

5.1.4 渲染状态示例 119

5.2 纹理映射 121

5.2.1 二维纹理映射 123

5.2.2 二维纹理映射示例 126

5.2.3 多重纹理映射 129

5.2.4 多重纹理映射示例 129

5.2.5 Mipmap纹理映射 131

5.2.6 Mipmap纹理映射示例 132

5.2.7 TextureRectangle纹理映射 138

5.2.8 TextureRectangle纹理映射示例 139

5.2.9 自动生成纹理坐标 142

5.2.10 自动生成纹理坐标示例 142

5.2.11 计算纹理坐标 144

5.2.12 计算纹理坐标示例 145

5.2.13 立方图纹理 149

5.2.14 立方图纹理示例 150

5.2.15 渲染到纹理 155

5.2.16 渲染到纹理示例 155

5.2.17 一维纹理 162

5.2.18 一维纹理示例 162

5.2.19 三维纹理映射 164

5.2.20 三维纹理映射示例 166

5.3 光照 171

5.3.1 osg：：Light类 171

5.3.2 osg：：LightSource类 172

5.3.3 场景中使用光源 173

5.3.4 简单光源示例 174

5.3.5 聚光灯示例 176

5.4 材质 182

5.4.1 材质类 182

5.4.2 材质类示例 184

第6章 文件的读写 187

6.1 OSG支持的文件格式 188

6.1.1 三维模型文件格式 188

6.1.2 图片及视频文件格式 189

6.1.3 打包及网络传输格式 189

6.1.4 字体文件格式 190

6.1.5 伪插件文件格式 190

6.1.6 .osg文件和.ive文件 190

6.2 文件读取的流程 191

6.2.1 osgDB库 191

6.2.2 文件的读取与保存 191

6.2.3 文件读写示例 192

6.2.4 文件读写进度 194

6.2.5 文件读取进度示例 195

6.3 插件的工作机制 198

6.3.1 插件的搜索和注册 198

6.3.2 osgArchive读写流程 199

6.3.3 自定义文件插件 200

6.3.4 自定义文件格式读写插件示例 202

6.4 读写中文文件名及中文路径问题 206

6.5 osgEXP导出文件 209

第7章 场景图形的工作机制 213

7.1 内存管理 214

7.1.1 Referenced类 214

7.1.2 ref_ptr模板类 214

7.1.3 智能指针 215

7.2 访问器机制 215

7.2.1 访问器设计模式 215

7.2.2 osg：：NodeVisitor类 216

7.2.3 顶点访问器示例 217

7.2.4 纹理访问器示例 220

7.2.5 节点访问器示例 223

7.3 回调机制 227

7.3.1 osg：：NodeCallback类 227

7.3.2 节点回调示例 228

7.3.3 事件回调示例 230

7.3.4 文件读取回调示例 232

7.4 数据变量 235

第8章 场景图形管理 237

8.1 视图与相机 238

8.1.1 osg：：Camera类 238

8.1.2 裁剪平面示例（一） 243

8.1.3 裁剪平面示例（二） 244

8.1.4 单视图与相机 246

8.1.5 宽屏变形示例 247

8.1.6 单视图多相机渲染示例 249

8.1.7 多视图与相机 252

8.1.8 多视图相机渲染示例 253

8.1.9 多视图多窗口渲染示例 257

8.2 场景交互与场景漫游 259

8.2.1 osgGA库 259

8.2.2 键盘事件消息处理 261

8.2.3 抓图示例 262

8.2.4 场景漫游 265

8.2.5 自定义操作器场景漫游示例 266

8.2.6 路径漫游 275

8.2.7 路径漫游示例 276

8.3 交运算与对象选取 277

8.3.1 交运算 278

8.3.2 显示位置及拾取示例 280

8.3.3 对象选取示例 285

第9章 OSG文字 289

9.1 osgText 290

9.1.1 osgText：：Text类 290

9.1.2 osgText：：Font类 293

9.1.3 显示汉字示例 294

9.1.4 各种文字效果（边框、阴影及颜色倾斜）示例 296

9.1.5 HUD显示汉字示例 300

9.1.6 渐变文字 303

9.1.7 渐变文字示例 304

9.2 osgText3D 306

9.2.1 osgText：：Text3D类 307

9.2.2 3D汉字显示示例 307

第10章 OSG动画与声音 311

10.1 路径动画 312

10.1.1 osg：：AnimationPath类 312

10.1.2 osg：：AnimationPathCallback类 314

10.1.3 路径动画控制及显示示例 314

10.1.4 路径的导出示例 318

10.1.5 路径的导入示例 321

10.2 帧动画 323

10.2.1 osg：：Sequence类 324

10.2.2 帧动画显示与控制示例 325

10.3 骨骼动画osgCal 329

10.3.1 Cal3D简介及Cal3D导出 329

10.3.2 编译osgCal 330

10.3.3 骨骼动画osgCal示例 331

10.4 三维立体声音osgAL 336

10.4.1 OpenAL简介 336

10.4.2 osgAL编译 337

10.4.3 osgAL声音播放示例 338

10.4.4 osgAL声音动态加载及播放示例 343

第11章 OSG粒子系统与阴影 351

11.1 粒子系统 352

11.1.1 粒子系统的主要模块 352

11.1.2 粒子系统的模拟过程 354

11.1.3 雾效模拟示例 354

11.1.4 雪效模拟示例 357

11.1.5 雨效模拟示例 359

11.1.6 爆炸模拟示例 360

11.1.7 自定义粒子系统示例（一） 362

11.1.8 自定义粒子系统示例（二） 365

11.1.9 粒子系统的读取与保存 369

11.2 OSG阴影 372

11.2.1 osgShadow库 372

11.2.2 阴影示例 374

第12章 osgFX扩展库及osgSim扩展库 381

12.1 osgFX扩展库 382

12.1.1 异性光照特效 382

12.1.2 异性光照特效示例 383

12.1.3 凹凸贴图特效 384

12.1.4 凹凸贴图特效示例 386

12.1.5 卡通渲染特效 387

12.1.6 卡通渲染特效示例 388

12.1.7 刻线特效 390

12.1.8 刻线特效示例 390

12.1.9 立方图镜面高光特效 392

12.1.10 立方图镜面高光特效示例 393

12.2 osgSim扩展库 394

12.2.1 DOFTransform类 394

12.2.2 osgSim：：Impostor类 397

12.2.3 osgSim：：ImpostorSprite类 398

12.2.4 osgSim：：MultiSwitch类 399

12.2.5 osgSim：：OverlayNode类 400

12.2.6 osgSim：：VisibilityGroup类 402

第13章 OSG地形与地理信息 403

13.1 VirtualPlanetBuilder 404

13.1.1 VirtualPlanetBuilder简介 404

13.1.2 编译与参数说明 407

13.1.3 使用实例及说明 411

13.2 海量地形生成解决方案 412

13.3 osgGIS 414

13.3.1 osgGIS简介 414

13.3.2 osgGIS编译 414

13.4 osgGIS实用工具 415

13.4.1 osggis_build 415

13.4.2 osggis_mapper 416

13.4.3 osggis_makelayer 416

13.4.4 osggis_simple 418

13.4.5 osggis_viewer 419

13.5 GIS坐标系 419

13.5.1 GIS中坐标系的定义 419

13.5.2 地理坐标系与投影坐标系 420

参考文献 423

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