OpenSceneGraph (OSG) 开发入门

一、环境搭建

1. 安装OSG

Windows
  1. 下载预编译包:从OSG官方网站下载

  2. 设置环境变量:

    • 添加OSG_ROOT指向安装目录

    • %OSG_ROOT%\bin添加到PATH

Linux (Ubuntu)
sudo apt-get install openscenegraph libopenscenegraph-dev openscenegraph-examples
macOS (使用Homebrew)
brew install open-scene-graph

2. 验证安装

osgversion  # 查看版本
osgviewer cow.osgt  # 测试示例模型

二、第一个OSG程序

1. 基本程序结构

#include <osgViewer/Viewer>
#include <osgDB/ReadFile>

int main() {
    // 创建Viewer
    osgViewer::Viewer viewer;
    
    // 加载模型
    osg::Node* node = osgDB::readNodeFile("cow.osgt");
    
    // 设置场景数据
    viewer.setSceneData(node);
    
    // 运行查看器
    return viewer.run();
}

2. 编译命令

Linux/macOS
g++ hello_osg.cpp -losgViewer -losgDB -o hello_osg
Windows (Visual Studio)
  1. 新建C++项目

  2. 配置包含目录:$(OSG_ROOT)\include

  3. 配置库目录:$(OSG_ROOT)\lib

  4. 添加依赖库:osgViewer.lib;osgDB.lib;OpenThreads.lib

三、核心概念

1. 场景图结构

场景根(Group)
├─ 变换节点(MatrixTransform)
│  └─ 几何节点(Geode)
│     └─ 几何体(Geometry)
└─ 细节层次节点(LOD)
   ├─ 高细节模型
   └─ 低细节模型

2. 基本组件

组件说明
osg::Node场景图中所有节点的基类
osg::Group可包含子节点的组节点
osg::Geode几何体节点(叶子节点)
osg::Geometry存储几何数据(顶点、法线等)
osgViewer::Viewer3D场景查看器

四、创建自定义场景

1. 创建简单几何体

osg::Geode* createQuad() {
    osg::ref_ptr<osg::Geode> geode = new osg::Geode;
    osg::ref_ptr<osg::Geometry> geom = new osg::Geometry;
    
    // 设置顶点
    osg::Vec3Array* vertices = new osg::Vec3Array;
    vertices->push_back(osg::Vec3(-1,0,-1));
    vertices->push_back(osg::Vec3(1,0,-1));
    vertices->push_back(osg::Vec3(1,0,1));
    vertices->push_back(osg::Vec3(-1,0,1));
    geom->setVertexArray(vertices);
    
    // 设置颜色
    osg::Vec4Array* colors = new osg::Vec4Array;
    colors->push_back(osg::Vec4(1,0,0,1)); // 红
    colors->push_back(osg::Vec4(0,1,0,1)); // 绿
    colors->push_back(osg::Vec4(0,0,1,1)); // 蓝
    colors->push_back(osg::Vec4(1,1,0,1)); // 黄
    geom->setColorArray(colors);
    geom->setColorBinding(osg::Geometry::BIND_PER_VERTEX);
    
    // 添加图元
    geom->addPrimitiveSet(new osg::DrawArrays(osg::PrimitiveSet::QUADS, 0, 4));
    
    geode->addDrawable(geom);
    return geode.release();
}

2. 构建场景图

osg::Group* createScene() {
    osg::ref_ptr<osg::Group> root = new osg::Group;
    
    // 添加多个几何体
    root->addChild(createQuad());
    
    // 添加变换节点
    osg::ref_ptr<osg::MatrixTransform> transform = new osg::MatrixTransform;
    transform->setMatrix(osg::Matrix::translate(2,0,0));
    transform->addChild(createCube());
    root->addChild(transform);
    
    return root.release();
}

五、交互与动画

1. 键盘事件处理

class KeyboardHandler : public osgGA::GUIEventHandler {
public:
    bool handle(const osgGA::GUIEventAdapter& ea, osgGA::GUIActionAdapter& aa) {
        if (ea.getEventType() == osgGA::GUIEventAdapter::KEYDOWN) {
            switch (ea.getKey()) {
                case 'a': 
                    // 处理A键按下
                    return true;
                case osgGA::GUIEventAdapter::KEY_Left:
                    // 处理左箭头
                    return true;
            }
        }
        return false;
    }
};

// 添加到查看器
viewer.addEventHandler(new KeyboardHandler());

2. 简单动画

class AnimationCallback : public osg::NodeCallback {
public:
    void operator()(osg::Node* node, osg::NodeVisitor* nv) {
        osg::MatrixTransform* mt = dynamic_cast<osg::MatrixTransform*>(node);
        if (mt) {
            double time = osg::Timer::instance()->time_s();
            mt->setMatrix(osg::Matrix::translate(0, 0, sin(time)*2));
        }
        traverse(node, nv);
    }
};

// 应用到变换节点
transform->setUpdateCallback(new AnimationCallback());

六、进阶主题

1. 着色器编程

osg::StateSet* addShader(osg::Node* node) {
    osg::ref_ptr<osg::Program> program = new osg::Program;
    program->addShader(osgDB::readShaderFile(osg::Shader::VERTEX, "shader.vert"));
    program->addShader(osgDB::readShaderFile(osg::Shader::FRAGMENT, "shader.frag"));
    
    osg::StateSet* stateset = node->getOrCreateStateSet();
    stateset->setAttributeAndModes(program, osg::StateAttribute::ON);
    
    return stateset;
}

2. 粒子系统

osg::Node* createFireEffect() {
    osgParticle::ParticleSystem* ps = new osgParticle::ParticleSystem;
    // 配置粒子系统...
    
    osgParticle::ModularEmitter* emitter = new osgParticle::ModularEmitter;
    emitter->setParticleSystem(ps);
    // 配置发射器...
    
    osg::Group* root = new osg::Group;
    root->addChild(emitter);
    root->addChild(new osgParticle::ParticleSystemUpdater(ps));
    
    return root;
}

七、调试与优化

1. 性能分析工具

  • osgstats:查看场景统计信息

  • osgviewer --stats:运行时显示性能数据

2. 优化技巧

  • 使用osgUtil::Optimizer优化场景

  • 合理使用LOD(细节层次)节点

  • 合并几何体减少绘制调用

八、学习资源

  1. 官方文档http://www.openscenegraph.org/documentation

  2. 书籍OpenSceneGraph 3.0 Beginner's Guide

  3. 示例代码$OSG_ROOT/share/OpenSceneGraph/bin中的示例程序

内容概要:本文详细介绍了如何使用Matlab对地表水源热泵系统进行建模,并采用粒子群算法来优化每小时的制冷量和制热量。首先,文章解释了地表水源热泵的工作原理及其重要性,随后展示了如何设定基本参数并构建热泵机组的基础模型。接着,文章深入探讨了粒子群算法的具体实现步骤,包括参数设置、粒子初始化、适应度评估以及粒子位置和速度的更新规则。为了确保优化的有效性和实用性,文中还讨论了如何处理实际应用中的约束条件,如设备的最大能力和制冷/制热模式之间的互斥关系。此外,作者分享了一些实用技巧,例如引入混合优化方法以加快收敛速度,以及在目标函数中加入额外的惩罚项来减少不必要的模式切换。最终,通过对优化结果的可视化分析,验证了所提出的方法能够显著降低能耗并提高系统的运行效率。 适用人群:从事暖通空调系统设计、优化及相关领域的工程师和技术人员,尤其是那些希望深入了解地表水源热泵系统特性和优化方法的专业人士。 使用场景及目标:适用于需要对地表水源热泵系统进行精确建模和优化的情景,旨在找到既满足建筑负荷需求又能使机组运行在最高效率点的制冷/制热量组合。主要目标是在保证室内舒适度的前提下,最大限度地节约能源并延长设备使用寿命。 其他说明:文中提供的Matlab代码片段可以帮助读者更好地理解和复现整个建模和优化过程。同时,作者强调了在实际工程项目中灵活调整相关参数的重要性,以便获得更好的优化效果。
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