在OpenGL中渲染3DMAX模型

1、前言

　　OpenGL是一个硬件和图形软件接口，由于它在三维真实感图形制作中性能优秀，诸如Microsoft、SGI、IBM、DEC、 SUN等计算机主导公司都采用了OpenGL标准，OpenGL已经成为事实上的高性能和交互式视景标准。Microsoft 公司在Window95/NT操作系统中支持OpenGL前，只有在昂贵的图形工作站上才能运行OpenGL程序，随着支持OpenGL图形加速卡的出现和PC机性能的提高，OpenGL在PC机上得到广泛的应用。OpenGL中很容易实现模型的各种变换、着色、光照、纹理、交互操作和动画，但是它只能提供基本几何元素的造型函数，使得复杂模型的建模相对困难。3DMAX是Kinetix公司的三维图形建模和动画软件，能方便建立各种复杂物体模型，但是很难进行程序控制。因此，我们自然想到在3DMAX中建立好复杂模型后，在OpenGL中实现对其方便控制和变换。

    2、OpenGL的基本操作
　　
    1）物体的绘制：通过点、线、多边形实现。
　　
    2）变换：投影变换、几何变换、裁剪变换、视口变换。
　　
    3）着色：OpenGL提供RGBA模式和颜色索引模式，提供224种颜色。
　　
    4）纹理映射：在具体模型表面加上现实世界中物体的纹理，可使三维模型更生动。
　　
    5）交互操作和动画：OpenGL辅助函数库提供了消息响应函数，可以较方便的实现交互程序控制。
　　
    6）其它：光照、反走样、混合、雾化等功能。

    3、3DMAX ASE模型描述及OpenGL控制

　　3.1 用C语言数据结构描述3DMAX模型

　　在3DMAX中建立好模型后，仅以三角形网格方式存为ASE文件（ASCII文件），在程序中我们需建立对应的模型数据结构，本文以C语言数据结构为例。 例子ASE文件包含简单的一个金字塔和球体，具体内容如下（略去头部）：

　　*GEOMOBJECT
　　{
　　　　// 单个物体模型的开头
　　　　*NODENAME "Pyramid01"　　// 物体名称
　　　　... ...
　　　　*MESH
　　　　{
　　　　　　// 网格
　　　　　　*TIMEVALUE　　　　0
　　　　　　*MESHNUMVERTEX　　6　　// 物体的顶点数
　　　　　　*MESHNUMFACES　　 8　　// 物体的三角形面数
　　　　　　*MESHVERTEXLIST
　　　　　　{
　　　　　　　　*MESHVERTEX00.00000.000030.0000　　// 顶点坐标
　　　　　　　　... ...
　　　　　　　　*MESHVERTEX50.00000.00000.0000
　　　　　　}
　　　　　　*MESHFACELIST
　　　　　　{
　　　　　　　　// 面号和构成面的顶点
　　　　　　　　*MESHFACE0:A:0 B:1 C:2 AB:1 BC:1 CA:0
　　　　　　　　... ...
　　　　　　　　*MESHFACE7:A:4 B:5 C:1 AB:0 BC:1 CA:1
　　　　　　}
　　　　}
　　　　... ...
　　}

　　*GEOMOBJECT
　　{
　　　　// 格式同上个物体
　　　　*NODENAME "Sphere01"
　　　　... ...
　　}

　　分析上面的ASE文件结构，可得到通用的对应ASE文件的C模型数据结构如下。
　　点的定义：

　　typedef struct PointType
　　{
　　　　double x,x,y;
　　}POINTTYPE;

　　三角形面的定义：

　　typedef struct FaceType
　　{
　　　　int a,b,c;
　　}FACETYPE;

　　单个物体的定义：

　　typedef struct ObjectType
　　{
　　　　int VertexNum;　　　　　 // 点的个数
　　　　POINTTYPE *PointList;　　// 点列表
　　　　int FaceNum;　　　　　　 // 面的个数
　　　　FACETYPE *FaceList;　　　// 面列表
　　　　OBJECTTYPE *Next;　　　　// 指向下一物体的指针
　　}OBJECTTYPE;

　　多个物体：

　　typedef struct ObjectsHead
　　{
　　　　int ObjectNum;　　　　　　 // 物体的个数
　　　　OBJECTTYPE *ObjectList;　　// 物体的列表
　　}OBJECTSHEAD;

3.2 读入3DMAX物体数据以OpenGL实现动画

    从ASE文件导入物体数据：

　　int GetObjects(char *FileName,OBJECTSHEAD　*Objects)　　// 从文件中读入到Objects中
　　{
　　　　FILE fp;　　　　　 // 文件指针
　　　　char line[200];　　// 存储文件中一行的数据
　　　　OBJECTTYPE *p,q;
　　　　POINTTYPE tempoint;
　　　　FACETYPE tempface;

　　　　if (fp=open(FileName,"r")<=0)
　　　　　　then return -1;　　// 读文件失败

　　　　Objects->ObjectList=NULL;
　　　　Objects->ObjectNum=0;

　　　　while(not eof(fp))
　　　　{
　　　　　　getlint(fp,line);　// 从文件中读入一行到Line;自定义函数;
　　　　　　if(JudgeIn(line,"GEOMOBJECT"))
　　　　　　{
　　　　　　　　// 物体定义的头部
　　　　　　　　q=malloc sizeof(OBJECTTYPE);　// 为物体分配空间
　　　　　　　　q->Next:=NULL;
　　　　　　　　if (Objects→ObjectList=NULL)
　　　　　　　　　　p=ObjectList=q;
　　　　　　　　else
　　　　　　　　{
　　　　　　　　　　p->Next:=q;
　　　　　　　　　　p=p→Next;
　　　　　　　　}
　　　　　　　　++Objects->ObjectNum;
　　　　　　}
　　　　　　if (JudgeIn(line,"*MESHNUMVERTEX"))
　　　　　　{
　　　　　　　　q->VertexNum=GetVertexNum(line);　　// 读入点数
　　　　　　　　q->PointList=(POINTTYPE *) malloc(sizeof(POINTTYPE)*q→VertexNum);
　　　　　　}
　　　　　　if (JudgeIn(line,"*MESHNUMFACES") )
　　　　　　{
　　　　　　　　q->FaceNum=GetFaceNum(line);　　// 读入面数
　　　　　　　　q->FaceList=(FACETYPE *) malloc(sizeof(FACETYPE)*q->FaceNum);
　　　　　　}
　　　　　　if (JudgeIn(line," *MESHVERTEX"))
　　　　　　{
　　　　　　　　GetPoint(line,tempoint);　　// 读入点座标
　　　　　　　　AddPoint(q->PointList,tempoint);
　　　　　　}

　　　　　　// 将点加入点列表中
　　　　　　if(JudgeIn(line," * MESHFACE"))
　　　　　　{
　　　　　　　　GetFace(line,temface);　　// 读入面
　　　　　　　　AddFace(q->PointList,temface);
　　　　　　}　// 将面加入面列表中
　　　　}　// While语句结束

　　　　fclose(fp);
　　　　return 1;
　　}

　　在OpenGL中实现动画控制：

　　#include 　　 // OpenGL核心库
　　#include 　　// OpenGL实用库
　　#include 　// OpenGL辅助库

　　OBJECTSHEAD　*Objects;
　　Gldouble rx="0",ry=0,rz=0;　　// rx,ry,rz为物体旋转的角度
　　void CALLBACK myReshape(GLSize w,Glsize h)　　// 窗口改变尺寸回调函数
　　{
　　　　glViewPort(0,0,w,h);
　　}
　　void CALLBACK display()　// 显示物体回调函数
　　{
　　　　int j,k;
　　　　OBJECTTYPE *p;
　　　　Delay(1000);
　　　　Rx=rx+0.1;
　　　　Ry=ry+0.1;
　　　　Rz=rz+0.1;

　　　　glClear(GLCOLORBUFFERBIT);　　// 清除OpenGL的颜色缓冲
　　　　glPushMatrix();
　　　　glRotate(rx,ry,rz,0.0);　　　 // 旋转物体

　　　　p=Objects->ObjectList;

　　　　for( j="1";jnum;j++)
　　　　{
　　　　　　for(k=1;k>p->FaceNum;k++)
　　　　　　{
　　　　　　　　glBegin(GLTRIANGLES);　　// 用OpenGL命令绘制三角形网格
　　　　　　　　　　glVertex3f(p->PointList[(p->Face-List[i]).a], p->PointList[(p->Face-List[i]).b]);
　　　　　　　　　　glVertex3f(p->PointList[(p->Face-List[i]).b], p->PointList[(p->Face-List[i]).c]);
　　　　　　　　　　glVertex3f(p->PointList[(p->Face-List[i]).c], p->PointList[(p->Face-List[i]).a]);
　　　　　　　　glEnd();
　　　　　　}
　　　　　　p=p->Next;
　　　　}
　　　　glPopMatrix();
　　　　glFlush()l;　　// 与显示区交换数据
　　}

　　void main(void)
　　{
　　　　auxInitDisplayMode(AUXSINGLE|AUXRGB);　　// 初始化显示模式
　　　　auxInitPosition(0,0,400,400);　　　　　　// 初始化窗口位置和大小
　　　　auInitWindow("OPENGL-3DMAX例子");　　　　// 标题
　　　　glClearColor(0.0,0.0,0.0,0.0);　　　　　 // 清除显示区
　　　　auxReshapeFunc(myReshape);
　　　　auxMainLoop(display);
　　}

    4、结束语
　　
    把3DMAX模型应用于OpenGL中，降低了OpenGL复杂建模的难度，我们可以得到较真实的复杂物体模型。在飞机运动模拟和远程姿态监控的具体应用中，我们在OpenGL程序中引入3DMAX飞机模型，得到了满意的三维动画效果。同样，我们还可以编制AutoCAD、UG等多种图形接口程序，把在AutoCAD、UG等CAD软件中建立的物体模型引入OpenGL的应用程序中，将可应用于飞行模拟、运动虚拟仿真、商业广告、游戏制作、影视采辑等多个领域。