NPS OSG教程：从基础到高级图形绘制与操作

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NPS的OSG教程是一份详尽且深入的指南，专注于OpenSceneGraph (OSG) 开发流程，尤其适合希望了解和实践OSG技术的开发者。教程从基础开始，逐步深入，涵盖了OSG的核心概念和关键功能。首先，教程从第一课开始，讲解了OpenSceneGraph几何体的绘制，强调了底层OpenGL基元的使用，尽管这种方式灵活但工作量较大。读者将学习如何创建和操作Geode类，这是一个派生自Node节点类的组件，用于作为场景图形的基本构建单元，并且能够关联多个Drawable对象，如可绘制图形。接下来的章节中，教程涉及到了StateSet的应用，这是管理渲染状态的关键工具，允许开发者在不同的几何体上设置纹理和其他属性。通过实际操作，学习者可以掌握如何使用内嵌几何形状对象和StateSet来控制渲染效果。随着课程的深入，读者将学会如何从文件加载模型并将它们放置在场景中，以及利用osgText、抬头显示(HUD)和RenderBin等特性来增强用户体验。此外，教程还介绍了节点的搜索、控制和DOF节点的使用，这些都是构建复杂场景结构的基础。第十一课至第十二课转向了高级渲染技术，如使用OpenGL顶点和片元着色器进行自定义图形处理，以及如何传递变量数据和实现渐灰效果。这部分内容对于理解OSG的性能优化和图形定制至关重要。在粒子系统部分，教程展示了如何添加osgParticle效果，并探讨了粒子系统的保存和读取，以及节点遮掩技术，这对于模拟动态效果和交互性场景极为有用。最后，教程不仅教授了基本的摄像机操作，如跟随节点和相机位置调整，还涵盖了多摄像机视角的使用，以及OpenGL着色器的高级应用。这使得读者能够掌握OSG在三维图形渲染中的全面技能。 NPS的OSG教程不仅提供了一个全面的入门指南，还适合有一定经验的开发者深化理解OSG框架，并在实际项目中灵活运用。无论是初学者还是高级开发者，都能从中获益匪浅。

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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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Lu_XingYu

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