Ruotare una sfera usando OpenGL

Mostreremo un possibile codice, usando OpenGL, con il quale verrà disegnata una sfera blu che ruota in 3D in senso antiorario.

E' necessario attivare una GLArea, un Timer, il Componente grafico per la compatibilità con OpenGL (ad esempio: gb.gui.qt.opengl), nonché i Componenti:

• gb.opengl
• gb.opengl.glu

Sarà possibile aumentare o diminuire la dimensione del disegno della Sfera, cliccando rispettivamente sui tasti "+" e "-" della tastiera.

' Variabile per tenere traccia dell'angolo di rotazione per far ruotare la sfera
Private angle As Float
Private zoom As Short = 50


Public Sub Form_Open()

 With Me
   .Title = "Sfera che ruota in senso antiorario"
   .Move(0, 0, Screen.AvailableWidth, Screen.AvailableHeight)
   .Arrangement = Arrange.Fill
 End With

 Timer1.Delay = 16   ' ~60 FPS
 Timer1.Start()

End


Public Sub GLArea1_Draw()

' Pulisce il buffer del colore e della profondità (Z-buffer):
 GL.Clear(GL.COLOR_BUFFER_BIT Or GL.DEPTH_BUFFER_BIT)
' Abilita il test di profondità (necessario per disegnare correttamente gli oggetti 3D sovrapposti):
 GL.Enable(GL.DEPTH_TEST)

' Abilita il sistema di illuminazione OpenGL:
 GL.Enable(GL.LIGHTING)
' Abilita la luce numero 0:
 GL.Enable(GL.LIGHT0)

' Imposta la luce come direzionale (ultimo valore = 0.0):
 Dim lightPos As Float[] = [1.0, 1.0, 1.0, 0.0]

' Componenti della luce: ambientale, diffusa e speculare:
 Dim ambient  As Float[] = [0.2, 0.2, 0.2, 1.0]    ' luce "globale"
 Dim diffuse  As Float[] = [0.8, 0.8, 0.8, 1.0]    ' luce diretta
 Dim specular As Float[] = [1.0, 1.0, 1.0, 1.0]    ' riflessi brillanti

' Applica luce:
 GL.Lightfv(GL.LIGHT0, GL.POSITION, lightPos)
 GL.Lightfv(GL.LIGHT0, GL.AMBIENT, ambient)
 GL.Lightfv(GL.LIGHT0, GL.DIFFUSE, diffuse)
 GL.Lightfv(GL.LIGHT0, GL.SPECULAR, specular)

' === Definizione materiale della sfera ===
' Colore e riflessi del materiale della sfera:
 Dim matAmbient  As Float[] = [0.1, 0.1, 0.3, 1.0]    ' colore in ombra
 Dim matDiffuse  As Float[] = [0.2, 0.4, 1.0, 1.0]    ' colore principale
 Dim matSpecular As Float[] = [1.0, 1.0, 1.0, 1.0]    ' riflesso tipo "metallo"
 Dim shininess As Float = 64.0                        ' intensità del riflesso

' Applica il materiale alla superficie FRONT (anteriore):
 GL.Materialfv(GL.FRONT, GL.AMBIENT, matAmbient)
 GL.Materialfv(GL.FRONT, GL.DIFFUSE, matDiffuse)
 GL.Materialfv(GL.FRONT, GL.SPECULAR, matSpecular)
 GL.Materialf(GL.FRONT, GL.SHININESS, shininess)

' === Imposta la proiezione (visione prospettica) ===
 GL.MatrixMode(GL.PROJECTION)
 GL.LoadIdentity()
' FOV = 45°, rapporto larghezza/altezza, clip vicino/lontano:
 Glu.Perspective(zoom, GLArea1.Width / GLArea1.Height, 0.1, 100.0)

' === Trasformazioni vista ===
 GL.MatrixMode(GL.MODELVIEW)
 GL.LoadIdentity()
 GL.Translatef(0.0, 0.0, -4.0)         ' Sposta la scena indietro (zoom out)
 GL.Rotatef(angle, 0.0, 1.0, 0.0)      ' Ruota attorno all'asse Y (in senso antiorario)

' === Disegna la sfera ===
' raggio = 1.0, 30 suddivisioni in altezza e larghezza:
 DrawSphere(1.0, 30, 30)

' Forza l'esecuzione immediata dei comandi:
 GL.Flush()

End


Private Procedure DrawSphere(radius As Float, slices As Integer, stacks As Integer)

' Disegna manualmente una sfera usando coordinate sferiche
' slices = numero di "colonne" (longitudine), stacks = "righe" (latitudine)

 Dim i, j As Integer
 Dim theta1, theta2, phi As Float
 Dim x, y, z As Float

 For i = 0 To stacks - 1
   theta1 = Pi * i / stacks           ' latitudine corrente
   theta2 = Pi * (i + 1) / stacks     ' latitudine successiva

   GL.Begin(GL.QUAD_STRIP)            ' Usa strisce di quadrilateri

   For j = 0 To slices
     phi = 2 * Pi * j / slices        ' longitudine corrente

' Primo punto sul "parallelo" corrente:
     x = Cos(phi) * Sin(theta1)
     y = Cos(theta1)
     z = Sin(phi) * Sin(theta1)

     GL.Normal3f(x, y, z)             ' Normale per illuminazione
     GL.Vertex3f(radius * x, radius * y, radius * z)

' Secondo punto sul "parallelo" successivo:
     x = Cos(phi) * Sin(theta2)
     y = Cos(theta2)
     z = Sin(phi) * Sin(theta2)
     GL.Normal3f(x, y, z)
     GL.Vertex3f(radius * x, radius * y, radius * z)
   Next

   GL.End()
 Next

End


Public Sub Timer1_Timer()

' Ruota di 1 grado a ogni fotogramma (~60 FPS):
 angle += 1.0
' Riavvolge dopo un giro completo:
 If angle >= 360 Then angle = 0
' Richiede il ridisegno della scena:
 GLArea1.Refresh()

End


Public Sub Form_KeyPress()   ' Gestione della tastiera per controllare lo zoom

 Select Case Key.Code
   Case Key["+"]
     zoom -= 1
   Case Key["-"]
     zoom += 1
 End Select

 zoom = Clamp(zoom, 1, 100)

 GLArea1.Refresh

End

Sfera 3D texturizzata con mappa terrestre e coordinate geografiche

Ora mostreremo un codice per ottenere una sfera 3D texturizzata con mappa terrestre, rotante in senso antiorario e con posizionamento preciso di punti geografici.

Per ottenere la rappresentazione della mappa terrestre al di sopra di una sfera 3D disegnata manualmente in Gambas con OpenGL, è necessario applicare una texture.
Per pplicare una texture mappata che rappresenti il globo terrestre, si deve:

• Usare un'immagine 2D rettangolare della Terra (es. la mappa in proiezione equirettangolare, ossia: orizzontale = longitudine, verticale = latitudine);
• Avvolgerla sulla sfera usando coordinate sferiche (UV)
• Farla ruotare, così da simulare il globo.

Mostriamo un possibile codice, nel quale sarà mostrato anche un punto rosso sulla posizione geografica della città di Roma.
Sarà possibile altresì aumentare o diminuire la dimensione del disegno della Sfera, cliccando rispettivamente sui tasti "+" e "-" della tastiera.

Private angle As Float   ' Angolo di rotazione della sfera (animazione)
Private texID As Integer   ' ID della texture caricata da OpenGL
Private textureLoaded As Boolean   ' Flag che indica se la texture è stata caricata
Private zoom As Short = 50


Public Sub Form_Open()

 With Me
   .Title = "Sfera che ruota in senso antiorario"
   .Move(0, 0, Screen.AvailableWidth, Screen.AvailableHeight)
   .Arrangement = Arrange.Fill
 End With

 Timer1.Delay = 32
 Timer1.Start()

End


Public Sub GLArea1_Draw()

 If Not textureLoaded Then
   Dim img As Image = Image.Load("/tmp/immagine_globo_terrestre.PNG") 
   texID = LoadTexture(img)
   textureLoaded = True
   Print "Texture caricata in GLArea1_Draw()"
 Endif

' Blocca il disegno se la texture non è ancora stata caricata:
 If texID = 0 Then Return

' Pulisce schermo e buffer di profondità:
 GL.Clear(GL.COLOR_BUFFER_BIT Or GL.DEPTH_BUFFER_BIT)
 GL.Enable(GL.DEPTH_TEST)

' Attiva l'uso delle texture:
 GL.Enable(GL.TEXTURE_2D)
' Nessuna luce per test chiaro:
 GL.Disable(GL.LIGHTING)
' Colore pieno: evita che la texture venga scurita:
 GL.Color3f(1.0, 1.0, 1.0)
 GL.BindTexture(GL.TEXTURE_2D, texID)

' Imposta proiezione prospettica:
 GL.MatrixMode(GL.PROJECTION)
 GL.LoadIdentity()
 Glu.Perspective(zoom, GLArea1.Width / GLArea1.Height, 0.1, 100.0)

' Posiziona e ruota la "camera" (ossia l'osservatore):
 GL.MatrixMode(GL.MODELVIEW)
 GL.LoadIdentity()
 GL.Translatef(0.0, 0.0, -4.0)      ' Allontana la sfera dalla camera
 GL.Rotatef(angle, 0.0, 1.0, 0.0)   ' Ruota la sfera attorno all'asse Y

' Disegna la sfera con la texture mappata:
 DrawTexturedSphere(1.0, 40, 40)

' Aggiunge un punto geografico visibile (es. Roma):
 DrawGeoPoint(41.53, 12.32, 1.0)    ' latitudine, longitudine, raggio (se il valore del raggio distanzia il punto dalla sfera)

 GL.Flush()

End


Public Sub Timer1_Timer()

' Incrementa l'angolo per far ruotare la sfera:
 angle += 1.0
 If angle >= 360 Then angle = 0

' Richiede il ridisegno della scena:
 GLArea1.Refresh()

End


Private Function LoadTexture(img As Image) As Integer    ' Carica la texture da un oggetto Image

 Dim tex As Integer
 Dim w As Integer = img.Width
 Dim h As Integer = img.Height

 tex = GL.GenTextures(1)[0]        ' Genera un nuovo ID texture
 GL.BindTexture(GL.TEXTURE_2D, tex)

' Imposta parametri di qualità e comportamento della texture:
 GL.TexParameteri(GL.TEXTURE_2D, GL.TEXTURE_MIN_FILTER, GL.LINEAR)
 GL.TexParameteri(GL.TEXTURE_2D, GL.TEXTURE_MAG_FILTER, GL.LINEAR)
 GL.TexParameteri(GL.TEXTURE_2D, GL.TEXTURE_WRAP_S, GL.REPEAT)
 GL.TexParameteri(GL.TEXTURE_2D, GL.TEXTURE_WRAP_T, GL.REPEAT)

' Carica i pixel RGBA dell'immagine come texture:
 GL.TexImage2D(img)

 Return tex

End


Private Procedure DrawTexturedSphere(radius As Float, slices As Integer, stacks As Integer)    ' Disegna una sfera con texture mappata usando coordinate UV

 Dim i, j As Integer
 Dim theta1, theta2, phi As Float
 Dim x, y, z, u, v As Float

 For i = 0 To stacks - 1
   theta1 = Pi * i / stacks
   theta2 = Pi * (i + 1) / stacks

   GL.Begin(GL.QUAD_STRIP)
   For j = 0 To slices
     phi = 2 * Pi * j / slices

' Primo vertice:
     x = Cos(phi) * Sin(theta1)
     y = Cos(theta1)
     z = Sin(phi) * Sin(theta1)

     u = 1.0 - j / slices            ' Inversione asse U per correzione "specchio"
     v = i / stacks

     GL.Normal3f(x, y, z)
     GL.TexCoord2f(u, v)
     GL.Vertex3f(radius * x, radius * y, radius * z)

' Secondo vertice:
     x = Cos(phi) * Sin(theta2)
     y = Cos(theta2)
     z = Sin(phi) * Sin(theta2)

     u = 1.0 - j / slices            ' Inversione asse U per correzione "specchio"
     v = (i + 1) / stacks

     GL.Normal3f(x, y, z)
     GL.TexCoord2f(u, v)
     GL.Vertex3f(radius * x, radius * y, radius * z)
   Next
   GL.End()
 Next

End


Private Procedure DrawGeoPoint(lat As Float, lon As Float, radius As Float)    ' Disegna un punto rosso su una latitudine/longitudine geografica

 Dim theta, phi As Float
 Dim x, y, z As Float

' Conversione coordinate geografiche → coordinate sferiche 3D:
 theta = Rad(90.0 - lat)
 phi   = Rad(-(lon + 180.0))          ' Allineato alla texture centrata sul Pacifico: longitudine reale (est positivo)

 x = radius * Sin(theta) * Cos(phi)
 y = radius * Cos(theta)
 z = radius * Sin(theta) * Sin(phi)

 GL.PointSize(3.0)                    ' Rende il punto visibile
 GL.Disable(GL.LIGHTING)
 GL.Disable(GL.TEXTURE_2D)
 GL.Color3f(1.0, 0.0, 0.0)            ' Colore rosso

 GL.Begin(GL.POINTS)
   GL.Vertex3f(x, y, z)
 GL.End()

 GL.Enable(GL.TEXTURE_2D)
 GL.Enable(GL.LIGHTING)

End


Public Sub Form_KeyPress()   ' Gestione della tastiera per controllare lo zoom

 Select Case Key.Code
   Case Key["+"]
     zoom -= 1
   Case Key["-"]
     zoom += 1
 End Select

 zoom = Clamp(zoom, 1, 100)

 GLArea1.Refresh

End