初试PyOpenGL一 (Python+OpenGL)

　　很早就一直想学Python，看到一些书都有介绍，不管是做为游戏的脚本语言，还是做为开发项目的主要语言都有提及(最主要的CUDA都开始支持Python，CUDA后面一定要学)，做为先熟悉一下Python,本文用PyOpenGL实现一些基本的显示效果，一个网格，一个球体，加一个能切换第一与第三人称的摄像机。

　　PyOpenGL是一个用Python实现的多平台的OpenGL的API，为了学习Python与PyOpengl,本文也是用的Python，而不是.net版本的IronPython.

      先看一下，相关环境的搭建：

　　首先我们需要下载Python: http://www.python.org/getit/

　　然后是PyOpenGL库：https://pypi.python.org/pypi/PyOpenGL

　　和PyOpenGL库常连在一起用的二个库，一个库numpy，提供常用的科学计算包含矩阵运算，数组转换与序列化，还有一个是3D常用的图片处理库：Python Imaging Library (PIL)。

　　numpy下载：http://sourceforge.net/projects/numpy/files/ 简介:http://sebug.net/paper/books/scipydoc/numpy_intro.html

　　Python Imaging Library (PIL)下载：http://www.pythonware.com/products/pil/

　　当上面环境安装完成后，我们先来实现一个基本的球体VBO实现，代码请参考前面的WebGL 利用FBO完成立方体贴图中的球的代码：

 1 #common.py

 2 import math

 3 from OpenGL.GL import *

 4 from OpenGL.arrays import vbo

 5 from OpenGL.GLU import *

 6 from OpenGL.GLUT import *

 7 #import OpenGL.GLUT as glut

 8 import numpy as ny

 9 #Python Imaging Library (PIL)

10 class common:

11     bCreate = False

12 

13 #球的实现

14 class sphere(common):

15     def __init__(this,rigns,segments,radius):

16         this.rigns = rigns

17         this.segments = segments

18         this.radius = radius

19     def createVAO(this):

20         vdata = []

21         vindex = []

22         for y in range(this.rigns):

23             phi = (float(y) / (this.rigns - 1)) * math.pi

24             for x in range(this.segments):

25                 theta = (float(x) / float(this.segments - 1)) * 2 * math.pi

26                 vdata.append(this.radius * math.sin(phi) * math.cos(theta))

27                 vdata.append(this.radius * math.cos(phi))

28                 vdata.append(this.radius * math.sin(phi) * math.sin(theta))

29                 vdata.append(math.sin(phi) * math.cos(theta))

30                 vdata.append(math.cos(phi))

31                 vdata.append(math.sin(phi) * math.sin(theta))

32         for y in range(this.rigns - 1):

33             for x in range(this.segments - 1):

34                 vindex.append((y + 0) * this.segments + x)

35                 vindex.append((y + 1) * this.segments + x)

36                 vindex.append((y + 1) * this.segments + x + 1)

37                 vindex.append((y + 1) * this.segments + x + 1)

38                 vindex.append((y + 0) * this.segments + x + 1)

39                 vindex.append((y + 0) * this.segments + x)

40         #this.vboID = glGenBuffers(1)

41         #glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER,this.vboID)

42         #glBufferData (GL_ARRAY_BUFFER, len(vdata)*4, vdata, GL_STATIC_DRAW)

43         #this.eboID = glGenBuffers(1)

44         #glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER,this.eboID)

45         #glBufferData (GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, len(vIndex)*4, vIndex,

46         #GL_STATIC_DRAW)

47         this.vbo = vbo.VBO(ny.array(vdata,'f'))

48         this.ebo = vbo.VBO(ny.array(vindex,'H'),target = GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER)

49         this.vboLength = this.segments * this.rigns

50         this.eboLength = len(vindex)

51         this.bCreate = True

52     def drawShader(this,vi,ni,ei):

53         if this.bCreate == False:

54             this.createVAO()

55         #glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER,this.vboID)

56         #glVertexAttribPointer(vi,3,GL_FLOAT,False,24,0)

57         #glEnableVertexAttribArray(vi)

58         #glVertexAttribPointer(ni,3,GL_FLOAT,False,24,12)

59         #glEnableVertexAttribArray(ni)

60         #glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER,this.eboID)

61         #glDrawElements(GL_TRIANGLES,this.eboLength,GL_UNSIGNED_INT,0)

62         this.vbo.bind()

63     def draw(this):

64         if this.bCreate == False:

65             this.createVAO()

66         #glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER,this.vboID)

67         #glInterleavedArrays(GL_N3F_V3F,0,None)

68         #glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER,this.eboID)

69         #glDrawElements(GL_TRIANGLES,this.eboLength,GL_UNSIGNED_INT,None)

70         this.vbo.bind()

71         glInterleavedArrays(GL_N3F_V3F,0,None)

72         this.ebo.bind()

73         glDrawElements(GL_TRIANGLES,this.eboLength,GL_UNSIGNED_SHORT,None)  

球

　　这段代码画球，不同于我最开始用的每个三角形分成四个三角形的代码，基本思想是和地球仪上的经纬线一样，画出经纬线的点(顶点位置)，然后有顺序的连接在一起(顶点索引)就可以了。

　　这里先说下python,和我之前接触的语言来看，我发现这个出乎意料的最和F#比较接近，虽然他们一个是动态语言，一个是静态语言，但是他们首先都是强类型语言，并且都支持多范式(对象式，过程式，函数式),同做为强类型语言，默认都不需要声明类型，不知Python是否和F#一样，是用的类型推导，有个比较明显的地方和F#一样的地方就是，在这里def __init__(this,rigns,segments,radius)，首先righs,segments,radius开始鼠标移上去都是unknow type,但是在别的地方调用common.sphere(16,16,1)后，他就能推断出righs,segments,radius都为int.并且和F#一样，声明类的方法时，都需要带一个表示自己的参数，且都和C#不一样(限定this)可以自定义这个参数的名称.当然还有最大的共同点，他们都是用缩进来控制语言块(满分)，现在写C#代码有些不满意的地方都是因此而起啊。基于以上这些，写python感觉很亲切，也很爽，和F#一样，能写出很简洁的代码，相信一个学习过F#的人来写python，肯定也有此类感觉。当然python做为动态语言，比F#,C#来说，开发效率更高，比如，在上面一段中，this.vboLength = this.segments * this.rigns，这里直接动态声明一个属性vboLength，而不需要和F#与C#一样来先声明一个这样的属性，当然，net4.0中的DLR来说，也是能实现这种效果，但是用起来感觉就不一样了。

　　大家如果有兴趣了解各编程语言，强烈推荐郑晖大神的冒号课堂系列文章 第一篇冒号课堂§1.1：开班发言

　　下面是网格的代码，代码也可以参考前面柏林噪声实践(一) 海波，一样是生成网格上所有的x,z点，然后组织索引，看代码：

 1 class plane(common):

 2     def __init__(this,xres,yres,xscale,yscale):

 3         this.xr,this.yr,this.xc,this.yc = xres - 1,yres - 1,xscale,yscale

 4     def createVAO(this):

 5         helfx = this.xr * this.xc * 0.5

 6         helfy = this.yr * this.yc * 0.5

 7         vdata = []

 8         vindex = []

 9         for y in range(this.yr):

10             for x in range(this.xr):

11                 vdata.append(this.xc * float(x) - helfx)

12                 vdata.append(0.)

13                 vdata.append(this.yc * float(y) - helfy)

14         for y in range(this.yr - 1):

15             for x in range(this.xr - 1):

16                 vindex.append((y + 0) * this.xr + x)

17                 vindex.append((y + 1) * this.xr + x)

18                 vindex.append((y + 0) * this.xr + x + 1)

19                 vindex.append((y + 0) * this.xr + x + 1)

20                 vindex.append((y + 1) * this.xr + x)

21                 vindex.append((y + 1) * this.xr + x + 1)

22         print len(vdata),len(vindex)

23         this.vbo = vbo.VBO(ny.array(vdata,'f'))

24         this.ebo = vbo.VBO(ny.array(vindex,'H'),target = GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER)

25         this.eboLength = len(vindex)

26         this.bCreate = True

27     def draw(this):

28         if this.bCreate == False:

29             this.createVAO()

30         this.vbo.bind()

31         glInterleavedArrays(GL_V3F,0,None)

32         this.ebo.bind()

33         glDrawElements(GL_TRIANGLES,this.eboLength,GL_UNSIGNED_SHORT,None)   

网络

　　哈哈，大家发现了，我都是把以前写的javascripe,F#代码拿来改写的，毕竟我也只是一个python新手，把别的语言拿来改写我认为是最快熟悉一门语言的方法。同样，下面第一，第三人称漫游代码也是我前面Opengl绘制我们的小屋(四)第三人称漫游，Opengl绘制我们的小屋(二)第一人称漫游里的代码改写的，具体思路请转至这二篇文章。

 1 class camera:

 2     origin = [0.0,0.0,0.0]

 3     length = 1.

 4     yangle = 0.

 5     zangle = 0.

 6     __bthree = False

 7     def __init__(this):

 8         this.mouselocation = [0.0,0.0]

 9         this.offest = 0.01

10         this.zangle = 0. if not this.__bthree else math.pi

11     def setthree(this,value):

12         this.__bthree = value

13         this.zangle = this.zangle + math.pi

14         this.yangle = -this.yangle          

15     def eye(this):

16         return this.origin if not this.__bthree else this.direction()

17     def target(this):

18         return this.origin if this.__bthree else this.direction()

19     def direction(this):

20         if this.zangle > math.pi * 2.0 :

21             this.zangle < - this.zangle - math.pi * 2.0

22         elif this.zangle < 0. :

23             this.zangle < - this.zangle + math.pi * 2.0

24         len = 1. if not this.__bthree else this.length if 0. else 1.

25         xy = math.cos(this.yangle) * len

26         x = this.origin[0] + xy * math.sin(this.zangle)

27         y = this.origin[1] + len * math.sin(this.yangle)

28         z = this.origin[2] + xy * math.cos(this.zangle)        

29         return [x,y,z]

30     def move(this,x,y,z):

31         sinz,cosz = math.sin(this.zangle),math.cos(this.zangle)        

32         xstep,zstep = x * cosz + z * sinz,z * cosz - x * sinz

33         if this.__bthree : 

34             xstep = -xstep

35             zstep = -zstep

36         this.origin = [this.origin[0] + xstep,this.origin[1] + y,this.origin[2] + zstep]        

37     def rotate(this,z,y):

38         this.zangle,this.yangle = this.zangle - z,this.yangle + y if not this.__bthree else -y

39     def setLookat(this):

40         ve,vt = this.eye(),this.target()

41         #print ve,vt

42         glLoadIdentity()

43         gluLookAt(ve[0],ve[1],ve[2],vt[0],vt[1],vt[2],0.0,1.0,0.0)        

44     def keypress(this,key, x, y):

45         if key in ('e', 'E'):

46             this.move(0.,0.,1 * this.offest)

47         if key in ('f', 'F'):

48             this.move(1 * this.offest,0.,0.)

49         if key in ('s', 'S'):

50             this.move(-1 * this.offest,0.,0.)

51         if key in ('d', 'D'):

52             this.move(0.,0.,-1 * this.offest)

53         if key in ('w', 'W'):

54             this.move(0.,1 * this.offest,0.)

55         if key in ('r', 'R'):

56             this.move(0.,-1 * this.offest,0.)

57         if key in ('v', 'V'):

58             #this.__bthree = not this.__bthree

59             this.setthree(not this.__bthree)

60         if key == GLUT_KEY_UP:

61             this.offest = this.offest + 0.1

62         if key == GLUT_KEY_DOWN:

63             this.offest = this.offest - 0.1

64     def mouse(this,x,y):  

65         rx = (x - this.mouselocation[0]) * this.offest * 0.1

66         ry = (y - this.mouselocation[1]) * this.offest * -0.1

67         this.rotate(rx,ry)

68         print x,y

69         this.mouselocation = [x,y]

摄像机漫游

　　代码很简单，当然，做为一个类来说，其实setLookat,keypress,mouse这三个方法应该分离出去的，不过用了使用方便，也便于放在一起理解。其中keypress与mouse实现键盘启用常用的基本漫游，其中EDSF前后左右移动，WR分别向上与向下，鼠标右键加移动鼠标控制方向，V切换第一人称与第三人称。UP与DOWN切换前面操作的移动幅度。其中len = 1. if not this.__bthree else this.length if 0. else 1.这个解释下,在不是第三人称漫游下,长度为1,否则在第三人称漫游下,长度取length的长度,如果length为0,则取1的长度.其实就是相当二个三元运算符,但是感觉理解起来更方便.

　　下面来看具体调用并显示的代码：

 1 from OpenGL.GL import *

 2 from OpenGL.GLUT import *

 3 from OpenGL.GLU import *

 4 

 5 import common

 6 import sys

 7 

 8 window = 0

 9 sph = common.sphere(16,16,1)

10 camera = common.camera()

11 plane = common.plane(12,12,1.,1.)

12 def InitGL(width,height):

13     glClearColor(0.1,0.1,0.5,0.1)

14     glClearDepth(1.0)

15     glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_LINE)

16     glMatrixMode(GL_PROJECTION)

17     glLoadIdentity()

18     gluPerspective(45.0,float(width)/float(height),0.1,100.0)    

19     camera.move(0.0,3.0,-5)    

20     

21 def DrawGLScene():

22     glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT)

23     glMatrixMode(GL_MODELVIEW)     

24     camera.setLookat()

25     plane.draw() 

26     glTranslatef(-1.5,0.0,0.0)

27     glBegin(GL_QUADS)                  

28     glVertex3f(-1.0, 1.0, 0.0)          

29     glVertex3f(1.0, 1.0, 0.0)           

30     glVertex3f(1.0, -1.0, 0.0)          

31     glVertex3f(-1.0, -1.0, 0.0)        

32     glEnd()    

33     glTranslatef(3.0, 0.0, 0.0)

34     sph.draw()                         

35     glutSwapBuffers()

36 

37 def mouseButton( button, mode, x, y ):    

38     if button == GLUT_RIGHT_BUTTON:

39         camera.mouselocation = [x,y]

40 

41 def ReSizeGLScene(Width, Height): 

42     glViewport(0, 0, Width, Height)        

43     glMatrixMode(GL_PROJECTION)

44     glLoadIdentity()

45     gluPerspective(45.0, float(Width)/float(Height), 0.1, 100.0)

46     glMatrixMode(GL_MODELVIEW)

47     

48 def main():

49     global window

50     glutInit(sys.argv)

51     glutInitDisplayMode(GLUT_RGBA | GLUT_DOUBLE | GLUT_DEPTH)

52     glutInitWindowSize(640,400)

53     glutInitWindowPosition(800,400)

54     window = glutCreateWindow("opengl")

55     glutDisplayFunc(DrawGLScene)

56     glutIdleFunc(DrawGLScene)

57     glutReshapeFunc(ReSizeGLScene)

58     glutMouseFunc( mouseButton )

59     glutMotionFunc(camera.mouse)

60     glutKeyboardFunc(camera.keypress)

61     glutSpecialFunc(camera.keypress)

62     InitGL(640, 480)

63     glutMainLoop()

64 

65 main()

显示效果

　　代码很简单，把球，网络，漫游摄像机应用进去。注意glutMouseFunc( mouseButton )与glutMotionFunc(camera.mouse)组合用才能达到原来OpenTK提供的鼠标检测功能，因为glutmousefunc只检测鼠标的按下等动作，意思你一直按下移动他是不会引用的，在这引用的是glutmotionfunc,这个大家可以自己去试验。

　　下面放出效果图：

　　效果很简单，主要是为了下文先做一个基本的效果，同时也是用pyOpengl对前面的一点总结。

　　代码下载：代码 和上面说的一样，其中EDSF前后左右移动，WR分别向上与向下，鼠标右键加移动鼠标控制方向，V切换第一人称与第三人称。UP与DOWN切换前面操作的移动幅度。