美国海军NPS OSG教程：OpenSceneGraph几何体与渲染

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"美国海军NPS的OSG教程是一份详细的教学资源，专注于OpenSceneGraph（OSG）的学习，涵盖了从基础的几何体绘制到复杂的场景管理、粒子系统和遮掩技术等多个方面。这份教程是免费提供的，并且提供清晰的版本供下载。" OSG教程详细知识点： 1. **OpenSceneGraph基础**：OSG是一个高性能的3D图形库，用于实时图形应用程序开发。教程的第一部分介绍了如何使用OSG创建和绘制基本的几何体，包括通过OpenGL基元进行底层操作。 2. **StateSet与纹理**：第二课讲述了如何利用StateSet来设置图形的状态，例如添加纹理，使得几何体具有更丰富的视觉效果。 3. **内嵌几何形状和渲染状态**：第三课深入讲解了Shape对象的使用，以及如何改变渲染状态以实现不同的视觉效果。 4. **StateSet工作流程**：第四课详细阐述了StateSet的工作原理，它是如何管理和应用图形属性的。 5. **模型加载与场景构建**：第五课介绍了如何从文件加载3D模型并将其放置到场景中，这是构建复杂场景的基础。 6. **osgText与抬头显示**：第六课涉及osgText模块，用于在3D场景中添加文本，同时讲解了抬头显示（HUD）和RenderBin的概念，用于控制渲染顺序。 7. **节点控制与DOF**：第七课教给读者如何搜索和控制场景中的开关节点和DOF节点，实现对3D对象的动态控制。 8. **更新回调**：第八课介绍了如何使用更新回调来实时修改模型，增强了交互性。 9. **键盘输入处理**：第九课讲解了如何接收和处理键盘输入，以及如何通过更新回调实现响应。 10. **相机定位与视角**：第十课详细探讨了相机的使用，包括自定义矩阵放置相机、跟随节点的相机以及环绕场景的相机，提供了多种视角控制方法。 11. **多摄像机视图**：第十一课进一步扩展了相机的使用，展示了如何用多个独立的摄像机观察场景。 12. **着色器应用**：第十二课涵盖了OpenGL顶点和片元着色器的使用，以及如何传递变量数据和更新着色器，还讲解了如何快速实现灰度效果。 13. **交集测试**：第十四课涉及交集测试，这对于碰撞检测和交互式应用至关重要。 14. **粒子系统**：第十五课介绍了如何在场景中添加粒子效果，以及粒子系统的保存和读取。 15. **节点遮掩**：第十六课讲解了节点遮掩的概念，如何隐藏或显示特定的场景部分，以及相关的示例应用。这个教程全面覆盖了OpenSceneGraph的关键概念和技术，适合希望深入理解和使用OSG进行3D图形编程的开发者。通过学习这些内容，读者将能够创建复杂的3D应用程序，包括交互式场景、动画和特效。

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// 创建程序窗口并启动工作线程

viewer.realize();

// 进入仿真循环。在用户按下 ESC 键之前，viewer.done()都会返回 false。

// 用户也可以使用自己的键盘/鼠标事件处理器来替换缺省的处理器

while( !viewer.done() )

{

//执行新的一帧，其中封装了以下几种 Viewer 类操作：

// advance()通知程序向前移动一帧

// eventTraversal()收集事件并传递给事件处理器和回调

// updateTraversal()用于调用更新回调

// renderingTraversals()负责同步所有的渲染线程，并分配拣选，绘制和交换缓存

viewer.frame();

}

现在我们可以编译和运行上面的代码了（注意代码的调用格式，还有 main 函数是否已经添加了）。在运行时按

下 h 键将触发帮助菜单。按下 ESC 可以退出程序。

第六课 osgText，抬头显示（HUD），渲染元（RenderBin）

目标 ¶

向场景添加文字 - 包括抬头显示信息（HUD）样式的文字，以及放置于场景中的文字。

概述： ¶

Text 文字类派生自 Drawable 类。换句话说，文字类的实例可以被添加到 Geode 中，并作为几何体渲染。Text 类

的方法列表请参照 API 参考文档。此外，“Example osgtext”中也演示了各种方法的使用。本教程仅仅提供对 Text

类各种功能的简单介绍。绘制 HUD 包括两个基本概念：

1. 创建一个子树，其顶层节点设置了适当的投影和模型矩阵。

2. 将 HUD 子树的几何体关联到适当的渲染元（RenderBin），以确保 HUD 几何体在场景图形的其余部分全

部渲染完毕后才进行渲染。

用于渲染 HUD 的子树包括了一个投影矩阵和一个模型矩阵。我们使用水平和垂直范围等于屏幕尺寸的正交投影

矩阵，以保证文字坐标与像素坐标相等。为了保证模型正确，我们还需要使用单位矩阵作为模型观察矩阵。

渲染 HUD 时，我们需要将文字几何体关联到特定的渲染元（RenderBin）中。后者允许用户指定几何体绘制的顺

序。这样我们就可以确保 HUD 几何体是在场景的最后进行渲染的。

代码 ¶

首先，我们声明所需的变量：osg::Text 和 osg::Projection 对象

osg::Group* root = NULL;

osg::Node* tankNode = NULL;

osg::Node* terrainNode = NULL;

osg::PositionAttitudeTransform* tankXform;

//HUD 几何体的叶节点

osg::Geode* HUDGeode = new osg::Geode();

// 用于作 HUD 显示的 Text 实例

osgText::Text* textOne = new osgText::Text();

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// 这个文字实例将跟随坦克显示

osgText::Text* tankLabel = new osgText::Text();

// 投影节点用于定义 HUD 的视景体（view frustrum）

osg::Projection* HUDProjectionMatrix = new osg::Projection;

从文件中读取模型，并设置场景图形的结构，参见前一章教程。

// 初始化根节点

root = new osg::Group();

osgDB::FilePathList pathList = osgDB::getDataFilePathList();

pathList.push_back

("C:\\Projects\\OpenSceneGraph\\OpenSceneGraph-Data\\NPSData\\Models\\T72-Tank\\");

pathList.push_back

("C:\\Projects\\OpenSceneGraph\\OpenSceneGraph-Data\\NPSData\\Models\\JoeDirt\\");

pathList.push_back

("C:\\Projects\\OpenSceneGraph\\OpenSceneGraph-Data\\NPSData\\Textures\\");

osgDB::setDataFilePathList(pathList);

// 读入模型并关联到节点

tankNode = osgDB::readNodeFile("t72-tank_des.flt");

terrainNode = osgDB::readNodeFile("JoeDirt.flt");

// 初始化位置变换节点，用于放置坦克模型

tankXform = new osg::PositionAttitudeTransform());

tankXform->setPosition( osg::Vec3d(5,5,8) );

// 构件场景。将地形节点和位置变换节点关联到根节点

root->addChild(terrainNode);

root->addChild(tankXform);

tankXform->addChild(tankNode);

下一步，设置场景显示 HUD 文字。这里我们向场景中添加一个子树，其顶层节点使用投影和模型观察矩阵。

// 将投影矩阵添加到根节点。投影矩阵的水平和垂直范围与屏幕的尺寸

// 相同。因此该节点子树中的位置坐标将等同于像素坐标

HUDProjectionMatrix->setMatrix(osg::Matrix::ortho2D(0,1024,0,768));

// HUD 模型观察矩阵应使用单位矩阵

osg::MatrixTransform* HUDModelViewMatrix = new osg::MatrixTransform;

HUDModelViewMatrix->setMatrix(osg::Matrix::identity());

// 确保模型观察矩阵不会被场景图形的位置变换影响

HUDModelViewMatrix->setReferenceFrame(osg::Transform::ABSOLUTE_RF);

// 添加 HUD 投影矩阵到根节点，添加 HUD 模型观察矩阵到 HUD 投影矩阵。

// 模型观察矩阵节点的所有子节点都可以使用该投影矩阵进行视景

// 浏览，并使用模型观察矩阵来安置位置

root->addChild(HUDProjectionMatrix);

HUDProjectionMatrix->addChild(HUDModelViewMatrix);

现在我们设置几何体。我们创建一个与屏幕坐标对齐的四边形，并设置其颜色和纹理参数。

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// 将包含 HUD 几何体的 Geode 节点作为 HUD 模型观察矩阵的子节点

HUDModelViewMatrix->addChild( HUDGeode );

// 设置 HUD 的四边形背景，并添加到 Geode 节点

osg::Geometry* HUDBackgroundGeometry = new osg::Geometry();

osg::Vec3Array* HUDBackgroundVertices = new osg::Vec3Array;

HUDBackgroundVertices->push_back( osg::Vec3( 0, 0,-1) );

HUDBackgroundVertices->push_back( osg::Vec3(1024, 0,-1) );

HUDBackgroundVertices->push_back( osg::Vec3(1024,200,-1) );

HUDBackgroundVertices->push_back( osg::Vec3( 0,200,-1) );

osg::DrawElementsUInt* HUDBackgroundIndices =

new osg::DrawElementsUInt(osg::PrimitiveSet::POLYGON, 0);

HUDBackgroundIndices->push_back(0);

HUDBackgroundIndices->push_back(1);

HUDBackgroundIndices->push_back(2);

HUDBackgroundIndices->push_back(3);

osg::Vec4Array* HUDcolors = new osg::Vec4Array;

HUDcolors->push_back(osg::Vec4(0.8f,0.8f,0.8f,0.8f));

osg::Vec2Array* texcoords = new osg::Vec2Array(4);

(*texcoords)[0].set(0.0f,0.0f);

(*texcoords)[1].set(1.0f,0.0f);

(*texcoords)[2].set(1.0f,1.0f);

(*texcoords)[3].set(0.0f,1.0f);

HUDBackgroundGeometry->setTexCoordArray(0,texcoords);

osg::Texture2D* HUDTexture = new osg::Texture2D;

HUDTexture->setDataVariance(osg::Object::DYNAMIC);

osg::Image* hudImage;

hudImage = osgDB::readImageFile("HUDBack2.tga");

HUDTexture->setImage(hudImage);

osg::Vec3Array* HUDnormals = new osg::Vec3Array;

HUDnormals->push_back(osg::Vec3(0.0f,0.0f,1.0f));

HUDBackgroundGeometry->setNormalArray(HUDnormals);

HUDBackgroundGeometry->setNormalBinding(osg::Geometry::BIND_OVERALL);

HUDBackgroundGeometry->addPrimitiveSet(HUDBackgroundIndices);

HUDBackgroundGeometry->setVertexArray(HUDBackgroundVertices);

HUDBackgroundGeometry->setColorArray(HUDcolors);

HUDBackgroundGeometry->setColorBinding(osg::Geometry::BIND_OVERALL);

HUDGeode->addDrawable(HUDBackgroundGeometry);

我们需要创建一个 osg::StateSet，并禁止深度测试（总是在屏幕上绘制），允许 Alpha 混合（使 HUD 背景透明），

以保证 HUD 的渲染正确。然后我们使用一个指定数字的渲染元来分配几何体在拣选遍历中的渲染顺序。代码如

下所示：

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//设置渲染状态，使用上面定义的纹理

osg::StateSet* HUDStateSet = new osg::StateSet();

HUDGeode->setStateSet(HUDStateSet);

HUDStateSet->

setTextureAttributeAndModes(0,HUDTexture,osg::StateAttribute::ON);

//打开 GL_BLEND 混合模式（以保证 Alpha 纹理正确）

HUDStateSet->setMode(GL_BLEND,osg::StateAttribute::ON);

// 禁止深度测试，因此几何体将忽略已绘制物体的深度值，直接进行绘制

HUDStateSet->setMode(GL_DEPTH_TEST,osg::StateAttribute::OFF);

HUDStateSet->setRenderingHint( osg::StateSet::TRANSPARENT_BIN );

// 确认该几何题在最后进行绘制。渲染元（RenderBin）按照数字顺序执行渲染，因此我们设置一个较大

的数字值

HUDStateSet->setRenderBinDetails( 11, "RenderBin");

最后我们设置文字。由于 osg::Text 继承自 osg::Drawable，其实例可以作为 osg::Geode 实例的子节点添加到场景

中。

// 添加文字到 Geode 叶节点中

HUDGeode->addDrawable( textOne );

// 设置 HUD 文字的参数

textOne->setCharacterSize(25);

textOne->setFont("C:/WINDOWS/Fonts/impact.ttf");

textOne->setText("Not so good");

textOne->setAxisAlignment(osgText::Text::SCREEN);

textOne->setPosition( osg::Vec3(360,165,-1.5) );

textOne->setColor( osg::Vec4(199, 77, 15, 1) );

// 声明一个叶节点来保存坦克的标签文字

osg::Geode* tankLabelGeode = new osg::Geode();

// 将坦克标签添加到场景中

tankLabelGeode->addDrawable(tankLabel);

tankXform->addChild(tankLabelGeode);

// 设置坦克标签文字的参数，与坦克的坐标对齐，

// 这里使用 XZ_PLANE 保证文字与坦克的 XZ 平面对齐

tankLabel->setCharacterSize(5);

tankLabel->setFont("/fonts/arial.ttf");

tankLabel->setText("Tank #1");

tankLabel->setAxisAlignment(osgText::Text::XZ_PLANE);

// 设置文字渲染时包括一个对齐点和包围矩形

tankLabel->setDrawMode(osgText::Text::TEXT |

osgText::Text::ALIGNMENT |

osgText::Text::BOUNDINGBOX);

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