PyOpenGL с шейдерами
В предыдущей статье были рассмотрены основы работы с OpenGL в Python. Для вывода графики использовались встроенные функции модуля glut и фиксированный конвейер OpenGL без шейдеров. По просьбе пользователей habrahabr.ru, на базе предыдущего урока был создан шаблон PyOpenGL приложения, использующего шейдеры и буферные объекты.Роскошной графики, как и в предыдущей статье, ожидать не стоит. Цель данной статьи — продемонстрировать возможность работы с шейдерами и буферными объектами с использованием модуля PyOpenGL.Итак, для работы нам понадобятся:
Интерпретатор языка Python (ссылка). Среда разработки PyCharm (ссылка) (или любая другая на ваш вкус, подойдет даже блокнот). Библиотека PyOpenGL (ссылка). В среде разработке создадим и сохраним новый файл с кодом Python.Для работы с 3D графикой (в частности, OpenGL) необходимо импортировать несколько модулей: from OpenGL.GL import * from OpenGL.GLUT import * Модуль glut будет использован для создания окна и обработки нажатия клавиш. Дополнительно импортируем функцию random из одноименного модуля (пригодится для изменения цвета полигона): from random import random Подготовка. Инициализируем режим отображения с использованием двойной буферизации и цветов в формате RGB (двойная буферизация позволяет избежать мерцания во время перерисовки экрана): glutInitDisplayMode (GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB) Зададим начальный размер окна (ширина, высота): glutInitWindowSize (300, 300) Укажем начальное положение окна относительно левого верхнего угла экрана: glutInitWindowPosition (50, 50) Выполним инициализацию OpenGl: glutInit (sys.argv) Создадим окно с заголовком «Shaders!»: glutCreateWindow (b«Shaders!») Определим процедуру, отвечающую за вывод графики на экран: glutDisplayFunc (draw) Определим процедуру, выполняющуюся при «простое» программы: glutIdleFunc (draw) Определяем процедуру, отвечающую за обработку специальных клавиш: glutSpecialFunc (specialkeys) Задаем серый цвет для очистки экрана: glClearColor (0.2, 0.2, 0.2, 1) До этого момента код был практически не отличим от использованного в предыдущей статье, но теперь все сильно меняется, в дело вступают шейдеры! Для удобства создаем процедуру, подготавливающую шейдер к использованию: # Процедура подготовки шейдера (тип шейдера, текст шейдера) def create_shader (shader_type, source): # Создаем пустой объект шейдера shader = glCreateShader (shader_type) # Привязываем текст шейдера к пустому объекту шейдера glShaderSource (shader, source) # Компилируем шейдер glCompileShader (shader) # Возвращаем созданный шейдер return shader С использованием процедуры create_shader создадим вершинный шейдер: # Положение вершин не меняется # Цвет вершины — такой же как и в массиве цветов vertex = create_shader (GL_VERTEX_SHADER,»« varying vec4 vertex_color; void main (){ gl_Position = gl_ModelViewProjectionMatrix * gl_Vertex; vertex_color = gl_Color; }»«) Таким же образом создадим фрагментный шейдер: # Определяет цвет каждого фрагмента как «смешанный» цвет его вершин fragment = create_shader (GL_FRAGMENT_SHADER,»« varying vec4 vertex_color; void main () { gl_FragColor = vertex_color; }»«) Создаем пустой объект шейдерной программы: program = glCreateProgram () Приcоединяем вершинный и фрагментный шейдеры к программе: glAttachShader (program, vertex) glAttachShader (program, fragment) «Собираем» шейдерную программу: glLinkProgram (program) Сообщаем OpenGL о необходимости использовать данную шейдерную программу при выводе объектов на экран: glUseProgram (program) Теперь нам нужно определится что и каким цветом выводить на экран. Для этого создадим два массива. Первый массив — с координатами вершин (три вершины по три координаты): pointdata = [[0, 0.5, 0], [-0.5, -0.5, 0], [0.5, -0.5, 0]] Второй массив — с цветами для каждой вершины (по одному цвету для каждой): pointcolor = [[1, 1, 0], [0, 1, 1], [1, 0, 1]] Эти два массива можно объединить в один, но для наглядности и удобства восприятия они разнесены. На этом подготовительные мероприятия завершены и можно запустить основной цикл программы: glutMainLoop () Далее рассмотрим процедуры, отвечающие за обработку нажатий клавиш и, собственно, вывод объектов на экран.Обработчик нажатий клавиш. За обработку нажатий клавиш в нашей программе отвечает процедура specialkeys. В коде specialkeys в зависимости от того, какая стрелка на клавиатуре была нажата, мы, с использованием процедуры glRotatef, осуществляем поворот по осям x или y, по часовой стрелке или в обратном направлении, на 5 градусов. При нажатии клавиши END заполняем массив pointcolor случайными числами в диапазоне 0 до 1, тем самым меняя цвет отображаемого полигона. Код процедуры specialkeys: # Процедура обработки специальных клавиш def specialkeys (key, x, y): # Сообщаем о необходимости использовать глобального массива pointcolor global pointcolor # Обработчики специальных клавиш if key == GLUT_KEY_UP: # Клавиша вверх glRotatef (5, 1, 0, 0) # Вращаем на 5 градусов по оси X if key == GLUT_KEY_DOWN: # Клавиша вниз glRotatef (-5, 1, 0, 0) # Вращаем на -5 градусов по оси X if key == GLUT_KEY_LEFT: # Клавиша влево glRotatef (5, 0, 1, 0) # Вращаем на 5 градусов по оси Y if key == GLUT_KEY_RIGHT: # Клавиша вправо glRotatef (-5, 0, 1, 0) # Вращаем на -5 градусов по оси Y if key == GLUT_KEY_END: # Клавиша END # Заполняем массив pointcolor случайными числами в диапазоне 0–1 pointcolor = [[random (), random (), random ()], [random (), random (), random ()], [random (), random (), random ()]] Процедура перерисовки. За перерисовку в нашей программе отвечает процедура draw. Первым делом очищаем экран и заполняем его серым цветом: glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT) Включаем использование массивов вершин и цветов: glEnableClientState (GL_VERTEX_ARRAY) glEnableClientState (GL_COLOR_ARRAY) Далее укажем OpenGL где взять массив вершин, для этого используем процедуру glVertexPointer: glVertexPointer (3, GL_FLOAT, 0, pointdata) Первый параметр данной процедуры определяет сколько используется координат для одной вершины, второй параметр определяет тип данных для каждой координаты, третий параметр определяет смещение между вершинами в массиве. Если вершины идут одна за другой, то смещение 0. Четвертый параметр указывает на первую координату первой вершины в массиве.Аналогично укажем OpenGL где взять массив цветов: glColorPointer (3, GL_FLOAT, 0, pointcolor) Все необходимые данные указаны, осталось только все нарисовать. С использованием процедуры glDrawArrays мы можем вывести все содержимое массивов на экран за один проход: glDrawArrays (GL_TRIANGLES, 0, 3) Первый параметр данной процедуры определяет то, какой тип примитивов будет использоваться при выводе объектов на экран (треугольники, точки, линии и др.), второй параметр должен указывать на начальный индекс в указанных массивах, третьим параметром мы указываем количество рисуемых примитивов (в нашем случае это 3 вершины — 9 координат).Отключаем использование массивов вершин и цветов и выводим все нарисованное в памяти на экран: glDisableClientState (GL_VERTEX_ARRAY) glDisableClientState (GL_COLOR_ARRAY) glutSwapBuffers () В результате в окне программы мы наблюдаем треугольник с плавными переходами цветов. Треугольник можно вращать с использованием клавиш «стрелок». При нажатии кнопки END происходит смена цвета треугольника на случайный.Весь код программы: # -*- coding: utf-8 -*- # Импортируем все необходимые библиотеки: from OpenGL.GL import * from OpenGL.GLUT import * #import sys # Из модуля random импортируем одноименную функцию random from random import random # объявляем массив pointcolor глобальным (будет доступен во всей программе) global pointcolor
# Процедура обработки специальных клавиш def specialkeys (key, x, y): # Сообщаем о необходимости использовать глобального массива pointcolor global pointcolor # Обработчики специальных клавиш if key == GLUT_KEY_UP: # Клавиша вверх glRotatef (5, 1, 0, 0) # Вращаем на 5 градусов по оси X if key == GLUT_KEY_DOWN: # Клавиша вниз glRotatef (-5, 1, 0, 0) # Вращаем на -5 градусов по оси X if key == GLUT_KEY_LEFT: # Клавиша влево glRotatef (5, 0, 1, 0) # Вращаем на 5 градусов по оси Y if key == GLUT_KEY_RIGHT: # Клавиша вправо glRotatef (-5, 0, 1, 0) # Вращаем на -5 градусов по оси Y if key == GLUT_KEY_END: # Клавиша END # Заполняем массив pointcolor случайными числами в диапазоне 0–1 pointcolor = [[random (), random (), random ()], [random (), random (), random ()], [random (), random (), random ()]]
# Процедура подготовки шейдера (тип шейдера, текст шейдера) def create_shader (shader_type, source): # Создаем пустой объект шейдера shader = glCreateShader (shader_type) # Привязываем текст шейдера к пустому объекту шейдера glShaderSource (shader, source) # Компилируем шейдер glCompileShader (shader) # Возвращаем созданный шейдер return shader
# Процедура перерисовки def draw (): glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT) # Очищаем экран и заливаем серым цветом glEnableClientState (GL_VERTEX_ARRAY) # Включаем использование массива вершин glEnableClientState (GL_COLOR_ARRAY) # Включаем использование массива цветов # Указываем, где взять массив верши: # Первый параметр — сколько используется координат на одну вершину # Второй параметр — определяем тип данных для каждой координаты вершины # Третий парметр — определяет смещение между вершинами в массиве # Если вершины идут одна за другой, то смещение 0 # Четвертый параметр — указатель на первую координату первой вершины в массиве glVertexPointer (3, GL_FLOAT, 0, pointdata) # Указываем, где взять массив цветов: # Параметры аналогичны, но указывается массив цветов glColorPointer (3, GL_FLOAT, 0, pointcolor) # Рисуем данные массивов за один проход: # Первый параметр — какой тип примитивов использовать (треугольники, точки, линии и др.) # Второй параметр — начальный индекс в указанных массивах # Третий параметр — количество рисуемых объектов (в нашем случае это 3 вершины — 9 координат) glDrawArrays (GL_TRIANGLES, 0, 3) glDisableClientState (GL_VERTEX_ARRAY) # Отключаем использование массива вершин glDisableClientState (GL_COLOR_ARRAY) # Отключаем использование массива цветов glutSwapBuffers () # Выводим все нарисованное в памяти на экран
# Здесь начинется выполнение программы # Использовать двойную буферезацию и цвета в формате RGB (Красный Синий Зеленый) glutInitDisplayMode (GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB) # Указываем начальный размер окна (ширина, высота) glutInitWindowSize (300, 300) # Указываем начальное # положение окна относительно левого верхнего угла экрана glutInitWindowPosition (50, 50) # Инициализация OpenGl glutInit (sys.argv) # Создаем окно с заголовком «Shaders!» glutCreateWindow (b«Shaders!») # Определяем процедуру, отвечающую за перерисовку glutDisplayFunc (draw) # Определяем процедуру, выполняющуюся при «простое» программы glutIdleFunc (draw) # Определяем процедуру, отвечающую за обработку клавиш glutSpecialFunc (specialkeys) # Задаем серый цвет для очистки экрана glClearColor (0.2, 0.2, 0.2, 1) # Создаем вершинный шейдер: # Положение вершин не меняется # Цвет вершины — такой же как и в массиве цветов vertex = create_shader (GL_VERTEX_SHADER,»« varying vec4 vertex_color; void main (){ gl_Position = gl_ModelViewProjectionMatrix * gl_Vertex; vertex_color = gl_Color; }»«) # Создаем фрагментный шейдер: # Определяет цвет каждого фрагмента как «смешанный» цвет его вершин fragment = create_shader (GL_FRAGMENT_SHADER,»« varying vec4 vertex_color; void main () { gl_FragColor = vertex_color; }»«) # Создаем пустой объект шейдерной программы program = glCreateProgram () # Приcоединяем вершинный шейдер к программе glAttachShader (program, vertex) # Присоединяем фрагментный шейдер к программе glAttachShader (program, fragment) # «Собираем» шейдерную программу glLinkProgram (program) # Сообщаем OpenGL о необходимости использовать данную шейдерну программу при отрисовке объектов glUseProgram (program) # Определяем массив вершин (три вершины по три координаты) pointdata = [[0, 0.5, 0], [-0.5, -0.5, 0], [0.5, -0.5, 0]] # Определяем массив цветов (по одному цвету для каждой вершины) pointcolor = [[1, 1, 0], [0, 1, 1], [1, 0, 1]] # Запускаем основной цикл glutMainLoop () Результат выполнения программы (картинки):
и немного видео:[embedded content]
Только зарегистрированные пользователи могут участвовать в опросе. Войдите, пожалуйста.
