OSG绘制空间凹多边形并计算其面积

1. 思路

这个问题其实涉及到OSG中的两个问题：多边形分格化和几何图元遍历。

1) 多边形分格化

在OpenGL/OSG中，由于效率的原因，默认是直接显示的简单的凸多边形。如果直接强行显示凹多边形，渲染结果是不确定的。所以对于复杂的凹多边形，需要将其分解成简单的凸多边形，这个过程就是多边形分格化。在OSG中是通过osgUtil::Tessellator类来实现多边形分格化的。

2) 几何图元遍历

对于二维的凹多边形，可以有办法计算其面积。但是对于三维空间的凹多边形，计算其面积却很困难。这是因为三维空间凹多边形甚至都有可能不是共面的。而我们知道，任何复杂的图形都是通过分解成三角形进行绘制的，只要获取分解成的三角形，计算其面积并相加（空间三角形的面积计算比较简单），就可以得到凹多边形的总面积。
在OSG中提供了一个用来访问图元的类：osg::PrimitiveFunctor，其继承类osg::TriangleFunctor可以获取其三角面图元。几何体类osg::Geometry提供了遍历几何图元的访问器接口。

2. 实现

其具体实现如下。注意在查找多边形分格化的资料的时候，提到了环绕数和环绕规则的概念。在OSG里面也有相应的参数设置。可惜这一段没有看明白，只能根据仿照例子来设置了。

#include 
#include 

#include 
#include 

#include 
#include 

using namespace std;
using namespace osg;

osg::ref_ptr redPolygon;

//计算空间三角形的面积
double CalTriangleArea(const osg::Vec3& a, const osg::Vec3& b, const osg::Vec3& c)
{
    double area = 0;

    double side[3];//存储三条边的长度;

    side[0] = sqrt(pow(a.x() - b.x(), 2) + pow(a.y() - b.y(), 2) + pow(a.z() - b.z(), 2));
    side[1] = sqrt(pow(a.x() - c.x(), 2) + pow(a.y() - c.y(), 2) + pow(a.z() - c.z(), 2));
    side[2] = sqrt(pow(c.x() - b.x(), 2) + pow(c.y() - b.y(), 2) + pow(c.z() - b.z(), 2));

    //不能构成三角形;
    if (side[0] + side[1] <= side[2] || side[0] + side[2] <= side[1] || side[1] + side[2] <= side[0]) return area;

    //利用海伦公式。s=sqr(p*(p-a)(p-b)(p-c));
    double p = (side[0] + side[1] + side[2]) / 2; //半周长;
    area = sqrt(p*(p - side[0])*(p - side[1])*(p - side[2]));

    return area;
}

//三角面片访问器
struct TriangleAreaFunctor
{
    TriangleAreaFunctor()
    {
        sumArea = new double;
    }

    ~TriangleAreaFunctor()
    {
        if (sumArea)
        {
            delete sumArea;
            sumArea = nullptr;
        }
    }

    void operator() (const osg::Vec3& v1, const osg::Vec3& v2, const osg::Vec3& v3) const
    {
        *sumArea = *sumArea + CalTriangleArea(v1, v2, v3);
    }

    double GetSumArea()
    {
        return *sumArea;
    }

protected:
    double *sumArea = nullptr;
};


//
ref_ptr createPolygon()
{
    const float wall[6][3] =
    {
        { -115.54f, 70.873f, -118.952f},
        { -111.516f, 70.7189f, -71.8492f },
        { -88.5345f, 70.8667f, -86.3565f },
        { -64.9495f, 71.8231f, -53.6525f },
        { -52.9755f, 69.028f, -129.093f },
        { -89.2272f, 71.1478f, -105.434f }
    };

    //
    ref_ptr geode = new Geode();
    redPolygon = new osg::Geometry;
    
    //
    osg::ref_ptr redVex = new osg::Vec3Array;
    redPolygon->setVertexArray(redVex);

    for (int i = 0; i< 6; i++)
    {       
        redVex->push_back(osg::Vec3(wall[i][0], wall[i][1], wall[i][2]));
    }
    
    redPolygon->addPrimitiveSet(new osg::DrawArrays(osg::PrimitiveSet::POLYGON, 0, 6));

    //设置颜色数组
    osg::ref_ptr redColors = new osg::Vec4Array;
    redColors->push_back(osg::Vec4(1.0, 0.0, 0.0, 0.5));
    redPolygon->setColorArray(redColors);
    redColors->setBinding(osg::Array::BIND_PER_PRIMITIVE_SET);

    //如果需要透明，则加入这个
    redPolygon->getOrCreateStateSet()->setMode(GL_BLEND, osg::StateAttribute::ON);
    redPolygon->getOrCreateStateSet()->setRenderingHint(osg::StateSet::TRANSPARENT_BIN);
    
    //创建分格化对象(支持凹多边形)
    osg::ref_ptr tscx = new osgUtil::Tessellator;
    //设置分格类型为几何体
    tscx->setTessellationType(osgUtil::Tessellator::TESS_TYPE_GEOMETRY);
    //设置只显示轮廓线为false。设置环绕规则，这里不太懂
    tscx->setWindingType(osgUtil::Tessellator::TESS_WINDING_ODD);
    //使用分格化
    tscx->retessellatePolygons(*(redPolygon.get()));
    
    geode->addDrawable(redPolygon);

    return geode;
}

int main()
{
    //
    ref_ptr root = new Group();
    root->getOrCreateStateSet()->setMode(GL_LIGHTING, osg::StateAttribute::OFF | osg::StateAttribute::OVERRIDE);        //关闭默认光照
    root->addChild(createPolygon());

    //
    osgViewer::Viewer viewer;
    viewer.setSceneData(root);
    viewer.setUpViewInWindow(100, 100, 800, 600);
    viewer.run();

    osg::TriangleFunctor tf;
    redPolygon->accept(tf);
    cout << "面积：" << tf.GetSumArea() << endl;

    return 0;
}

渲染结果如下：

3. 参考

1. OSG学习笔记（三）之如何将非三角面转换为三角面
2. osg几何体的图元的遍历
3. OSG计算并绘制模型中每一个三角面片的法向量
4. OSG(OpenSceneGraph)基础学习9：OSG多边形分格化