Python OpenGL詳解

一、Python OpenGL簡介

Python OpenGL是Python語言下的一個高性能圖形庫，主要用於渲染二維和三維圖像。它可以在多個平台上運行，包括Windows、Linux和MacOS。 Python OpenGL是基於OpenGL編寫的，OpenGL是一個標準的圖形API，支持多種編程語言。

Python OpenGL結合了Python的簡單易用性和OpenGL的高性能，是一個非常強大的工具。Python OpenGL具有靈活性、可移植性和易用性，擁有強大的圖形功能，使得它成為圖形開發領域中非常受歡迎的一個工具。

Python OpenGL主要包括兩個庫，一個是PyOpenGL，一個是PyOpenGL-accelerate。 PyOpenGL提供了一個OpenGL的Python封裝，它執行OpenGL的所有操作，包括渲染和微調。PyOpenGL-accelerate是PyOpenGL的加速版本，它提供了針對特定硬體的優化。

二、Python OpenGL的基本操作

PyOpenGL主要使用OpenGL進行渲染。OpenGL是一個基於狀態機的圖形API，使用過程中需要進行狀態的設置和查詢。為了方便，PyOpenGL提供了許多函數和類，使你可以使用Python代碼調用OpenGL的函數。

以下是一個使用Python OpenGL進行渲染的基本流程：

import OpenGL.GL as gl
import OpenGL.GLUT as glut

def display():
    gl.glClear(gl.GL_COLOR_BUFFER_BIT)
    gl.glBegin(gl.GL_TRIANGLES)
    gl.glVertex2f(-0.5, -0.5)
    gl.glVertex2f(0, 0.5)
    gl.glVertex2f(0.5, -0.5)
    gl.glEnd()
    glut.glutSwapBuffers()

def main():
    glut.glutInit()
    glut.glutInitWindowSize(512, 512)
    glut.glutCreateWindow(b"OpenGL window")
    glut.glutDisplayFunc(display)
    glut.glutMainLoop()

if __name__ == "__main__":
    main()

這個程序創建了一個OpenGL窗口，並在其中繪製了一個三角形。 主要步驟如下：

1. 導入OpenGL.GL和OpenGL.GLUT庫。
2. 定義一個顯示函數，在其中執行OpenGL命令繪製三角形。
3. 定義一個主函數， 初始化OpenGL，設置窗口大小，創建窗口，將顯示函數綁定到窗口，並進入主事件循環。
4. 使用if\_\_name\_\_ == “\_\_main\_\_”: main() 進行程序入口的調用。

三、Python OpenGL的常用功能

1. 紋理映射

紋理映射是一種將圖片應用到三維模型上的技術，通過紋理映射，可以使模型看起來更加真實。

以下是一個使用紋理映射的例子：

import OpenGL.GL as gl
import OpenGL.GLUT as glut
from PIL import Image

def load_texture(filename):
    img = Image.open(filename)
    img_data = numpy.array(list(img.getdata()), numpy.int8)
    texture = gl.glGenTextures(1)
    gl.glBindTexture(gl.GL_TEXTURE_2D, texture)
    gl.glPixelStorei(gl.GL_UNPACK_ALIGNMENT, 1)
    gl.glTexImage2D(gl.GL_TEXTURE_2D, 0, gl.GL_RGB, img.size[0], img.size[1], 0, gl.GL_RGB, gl.GL_UNSIGNED_BYTE, img_data)
    gl.glTexParameteri(gl.GL_TEXTURE_2D, gl.GL_TEXTURE_MAG_FILTER, gl.GL_LINEAR)
    gl.glTexParameteri(gl.GL_TEXTURE_2D, gl.GL_TEXTURE_MIN_FILTER, gl.GL_LINEAR)
    return texture

def draw_box(texture):
    gl.glBindTexture(gl.GL_TEXTURE_2D, texture)
    gl.glBegin(gl.GL_QUADS)
    gl.glTexCoord2f(0.0, 0.0)
    gl.glVertex3f(-1.0, -1.0, 1.0)
    gl.glTexCoord2f(1.0, 0.0)
    gl.glVertex3f(1.0, -1.0, 1.0)
    gl.glTexCoord2f(1.0, 1.0)
    gl.glVertex3f(1.0, 1.0, 1.0)
    gl.glTexCoord2f(0.0, 1.0)
    gl.glVertex3f(-1.0, 1.0, 1.0)
    
    gl.glTexCoord2f(1.0, 0.0)
    gl.glVertex3f(-1.0, -1.0, -1.0)
    gl.glTexCoord2f(1.0, 1.0)
    gl.glVertex3f(-1.0, 1.0, -1.0)
    gl.glTexCoord2f(0.0, 1.0)
    gl.glVertex3f(1.0, 1.0, -1.0)
    gl.glTexCoord2f(0.0, 0.0)
    gl.glVertex3f(1.0, -1.0, -1.0)
    
    gl.glTexCoord2f(0.0, 1.0)
    gl.glVertex3f(-1.0, 1.0, -1.0)
    gl.glTexCoord2f(0.0, 0.0)
    gl.glVertex3f(-1.0, 1.0, 1.0)
    gl.glTexCoord2f(1.0, 0.0)
    gl.glVertex3f(1.0, 1.0, 1.0)
    gl.glTexCoord2f(1.0, 1.0)
    gl.glVertex3f(1.0, 1.0, -1.0)
    
    gl.glTexCoord2f(1.0, 1.0)
    gl.glVertex3f(-1.0, -1.0, -1.0)
    gl.glTexCoord2f(0.0, 1.0)
    gl.glVertex3f(1.0, -1.0, -1.0)
    gl.glTexCoord2f(0.0, 0.0)
    gl.glVertex3f(1.0, -1.0, 1.0)
    gl.glTexCoord2f(1.0, 0.0)
    gl.glVertex3f(-1.0, -1.0, 1.0)
    
    gl.glTexCoord2f(1.0, 0.0)
    gl.glVertex3f(1.0, -1.0, -1.0)
    gl.glTexCoord2f(1.0, 1.0)
    gl.glVertex3f(1.0, 1.0, -1.0)
    gl.glTexCoord2f(0.0, 1.0)
    gl.glVertex3f(1.0, 1.0, 1.0)
    gl.glTexCoord2f(0.0, 0.0)
    gl.glVertex3f(1.0, -1.0, 1.0)    
    gl.glEnd()

def display():
    gl.glClear(gl.GL_COLOR_BUFFER_BIT | gl.GL_DEPTH_BUFFER_BIT)
    gl.glLoadIdentity()
    glu.gluLookAt(0, 0, -10, 0, 0, 0, 0, 1, 0)
    draw_box(texture)
    glut.glutSwapBuffers()

def main():
    glut.glutInit()
    glut.glutInitWindowSize(640, 480)
    glut.glutCreateWindow("Texture Mapping")
    glut.glutDisplayFunc(display)
    glut.glutIdleFunc(idle)
    glut.glutKeyboardFunc(keyboard)
    texture = load_texture("texture1.jpg")
    gl.glEnable(gl.GL_TEXTURE_2D)
    gl.glEnable(gl.GL_DEPTH_TEST)
    gl.glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0)
    glut.glutMainLoop()

if __name__ == "__main__":
    main()

這個程序創建了一個包含圖片的立方體，並使用紋理映射把圖片應用到立方體的表面上。

2. 光照

光照是渲染三維場景時非常重要的一個方面，它可以使得場景看起來更加真實。

以下是一個使用光照的例子：

import OpenGL.GL as gl
import OpenGL.GLUT as glut

def init_lights():
    light0_position = [-1, 1, 0, 0]
    light0_ambient = [0, 0, 0, 1]
    light0_diffuse = [1, 1, 1, 1]
    light0_specular = [1, 1, 1, 1]

    gl.glLightfv(gl.GL_LIGHT0, gl.GL_POSITION, light0_position)
    gl.glLightfv(gl.GL_LIGHT0, gl.GL_AMBIENT, light0_ambient)
    gl.glLightfv(gl.GL_LIGHT0, gl.GL_DIFFUSE, light0_diffuse)
    gl.glLightfv(gl.GL_LIGHT0, gl.GL_SPECULAR, light0_specular)

    gl.glEnable(gl.GL_LIGHT0)
    gl.glEnable(gl.GL_LIGHTING)
    gl.glShadeModel(gl.GL_SMOOTH)

def display():
    gl.glClear(gl.GL_COLOR_BUFFER_BIT | gl.GL_DEPTH_BUFFER_BIT)
    gl.glLoadIdentity()
    glu.gluLookAt(0, 0, 10, 0, 0, 0, 0, 1, 0)
    gl.glRotatef(30, 1, 0, 0)
    gl.glRotatef(30, 0, 1, 0)
    glut.glutSolidTeapot(2)
    glut.glutSwapBuffers()

def main():
    glut.glutInit()
    glut.glutInitWindowSize(640, 480)
    glut.glutCreateWindow("Lighting")
    glut.glutDisplayFunc(display)
    glut.glutIdleFunc(idle)
    glut.glutKeyboardFunc(keyboard)
    init_lights()
    gl.glEnable(gl.GL_DEPTH_TEST)
    gl.glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0)
    glut.glutMainLoop()

if __name__ == "__main__":
    main()

這個程序創建了一個包含光照的茶壺。

3. 多邊形剖分

多邊形剖分是指將一個複雜的多邊形分割為若干簡單多邊形的過程。在渲染三維圖像時，多邊形剖分可以使得渲染效率更高，同時可以減少z-fighting問題的發生。

以下是一個使用多邊形剖分的例子：

import OpenGL.GL as gl

import OpenGL.GLUT as glut

import numpy
def draw_character(c, position):
 if c == 'A':
 gl.glBegin(gl.GL_TRIANGLES)
 gl.glVertex3f(-1.0, 0.0, 0.0)
 gl.glVertex3f(0.0, 1.0, 0.0)
 gl.glVertex3f(1.0, 0.0, 0.0)
 gl.glEnd()
 elif c == 'B':
 gl.glBegin(gl.GL_POLYGON)
 gl.glVertex3f(-1.0, -1.0, 0.0)
 gl.glVertex3f(-1.0, 1.0, 0.0)
 gl.glVertex3f(1.0, 1.0, 0.0)
 gl.glVertex3f(0.5, 0.0, 0.0)
 gl.glVertex3f(1.0, -1.0, 0.0)
 gl.glEnd()
def display():
 gl.glClear(gl.GL_COLOR_BUFFER_BIT | gl.GL_DEPTH_BUFFER_BIT)
 gl.glLoadIdentity()
 glu.gluLookAt(0, 0, 10, 0, 0, 0, 0, 1, 0)
 gl.glRotatef(30, 1, 0, 0)
 gl.glRotatef(30, 0, 1, 0)
 gl.glPolygonMode(gl.GL_FRONT_AND_BACK, gl.GL_FILL)
 for c, position in zip(string.ascii_uppercase, numpy.linspace(-10, 10, 26)):
 gl.glPushMatrix()
 gl.glTranslatef(position, 0.0, 0.0)
 draw_character(c, position)
 gl.glPopMatrix()
 glut.glutSwapBuffers()
def main():
 glut.glutInit()
 glut.glutInitWindowSize(640, 480)
 glut.glutCreateWindow("Polygon Tessellation")
原創文章，作者：PDKUJ，如若轉載，請註明出處：https://www.506064.com/zh-tw/n/332891.html