Ruotare una sfera usando OpenGL
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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