osgFX扩展库-异性光照、贴图、卡通特效（1）
本章将简单介绍 osgFX扩展库及osgSim 扩展库。osgFX库用得比较多,osgSim库不常用，因此，这里只对这个库作简单的说明。
osgFX扩展库
osgFX是一个OpenSceneGraph 的附加库，是一个用于实现一致、完备、可重用的特殊效果的构架工具，其效果可以添加到OSG 的节点中，它同时还包含了一系列预定义好的特殊效果。可以用一个简单的继承关系图来表示，如图 12-1 。
图 12-1 osgFX类的承关系图
异性光照特效
各向异性光照(Anisotropic Lighting)特效使用单一通道，它使用了一种各向异性的光照来替代OpenGL 的标准光照模型。几何体顶点的颜色在这里不是直接进行计算的，而是纹理映射到用户指定的光照图板的结果。这里需要使用顶点着色器(vertex program)来计算纹理坐标S和T的值:S=N×H ；T=N×L ，这里N表示顶点的法线，L表示光到顶点的向量，H表示中间向量。这种特效很好地演示了State::getInitialViewMatrix()方法的使用，它可以直接获取视口的初始矩阵并实现直接与视口相关的特效，而不需要任何假借的工作，但该特效需要ARB_vertex_program扩展的支持。
osgFX::AnisotropicLighting 的继承关系图如图12-2所示。
图12-2 osgFX::AnisotropicLighting 的继承关系图
从继承关系图中可以看出，osgFX::AnisotropicLighting是一个组节点，它继承自osgFX::Effect类。后面将要介绍的集中特效同样继承自 osgFX::Efect类。因此，如果读者需要自己编写相关的特效，可以继承自osgFX::Effect 类
下面介绍osgFX::AnisotropicLighting 的一些成员函数：
- osg::lmage* getLightingMap () // 得到光照贴图
- const osg::Image " getLightingMap () const // 得到const光照贴图
- void setLightingMap(osg::Image *image) // 设置光照贴图
- int getLightNumber() const // 得到光源数
- void setLightNumber(int n) // 设置光源数，通常支持的光源数8个以下
异性光照特效示例
下面通过一个例子来学习如何在场景中添加osgFX::AnisotropicLighting 特效代码如程序清单12-1所示。
1. /********************************** 异性光照特效示例12-1 ************************************/
2. void anisotropicLighting_12_1(const string &strDataFolder)
3. {
4. osg::ref_ptr viewer = new osgViewer::Viewer();
5. osg::ref_ptr traits = new osg::GraphicsContext::Traits;
6. traits->x = 40;
7. traits->y = 40;
8. traits->width = 600;
9. traits->height = 480;
10. traits->windowDecoration = true;
11. traits->doubleBuffer = true;
12. traits->sharedContext = 0;
13.
14. osg::ref_ptr gc = osg::GraphicsContext::createGraphicsContext(traits.get());
15.
16. osg::ref_ptr camera = viewer->getCamera();
17. camera->setGraphicsContext(gc.get());
18. camera->setViewport(new osg::Viewport(0, 0, traits->width, traits->height));
19. GLenum buffer = traits->doubleBuffer ? GL_BACK : GL_FRONT;
20. camera->setDrawBuffer(buffer);
21. camera->setReadBuffer(buffer);
22.
23. // 读取模型，读取飞机模型
24. string strDataPath = strDataFolder + "cessna.osg";
25. osg::ref_ptr node = osgDB::readNodeFile(strDataPath);
26.
27. // 读取贴图
28. strDataPath = strDataFolder + "Images\\osg256.png";
29. osg::ref_ptr image = osgDB::readImageFile(strDataPath);
30.
31. // 创建各向异性光照
32. osg::ref_ptr atl = new osgFX::AnisotropicLighting();
33.
34. // 设置光照图
35. atl->setLightingMap(image);
36.
37. // 设置光源数，支持光源数在8以下
38. atl->setLightNumber(7);
39. atl->addChild(node.get());
40.
41. osg::ref_ptr root = new osg::Group();
42. root->addChild(atl.get());
43.
44. // 优化场景数据
45. osgUtil::Optimizer optimizer;
46. optimizer.optimize(root.get());
47.
48. viewer->setSceneData(root.get());
49.
50. viewer->realize();
51. viewer->run();
52. }
运行程序，截图如图12-3 所示。
图12-3异性光照特效示例截图
凹凸贴图特效
凹凸贴图(Bump Mapping)特效可以创建一种凹凸不平的表面效果。其子节点必须使用两种纹理，一种是漫反射颜色，另一种是法线贴图(可以使用 aVIDIA 的法线贴图生成器或其他工具，根据高度图自动生成)。此外，还需要创建正切空间 (tangent-space)的基向量并将其关联到每个 Geometry 几何体上(这一步骤可以调用BumpMapping::prepareChildren()方法迅速完成)。注意Geometry对象的漫反射颜色和法线贴图纹理都必须提前定义好对应的UV贴图.该特效推荐使用一种运用了ARB顶点和片段着色器的技法，另外，还定义了一种不使用片段着色器的技法。后者无法处理环境和镜面组件的运算，因此在运行时很受限制。
osgFX::BumpMapping 的继承关系图如图12-4所示。
图12-4 osgFX::BumpMapping 的继承关系图
从继承关系图中可以看出osgFX::BumpMapping 继承自ogFX::Effect类，也是一个组节点，可以添加自己的叶节点。
下面介绍osgFX::BumpMapping 的一些成员函数:
int getLightNumber()const// 得到光源数
void setLightNumber(int n) // 设置光源数
int getDiffuseTextureUnit()const// 得到漫反射纹理单元
void setDiffuseTextureUnit(int n) // 设置漫反射纹理单元
int getNormalMapTextureUnit()const// 得到法线纹理单元
void setNormalMapTextureUnit(int n) // 设置法线纹理单元
osg::Texture2D* getOverrideDiffuseTexture()//得到替代子节点的漫反射纹理
const osg::Texture2D * getOverrideDiffuseTexture()const// 得到替代子节点的漫反射纹理
void setOverrideDiffuseTexture(osg::Texture2D *texture) // 设置替代子节点的漫反射的纹理
osg::Texture2D* getOverrideNormalMapTexture()// 得到替代子节点的法线纹理
const osg:Texture2D * getOverrideNormalMapTexture()const// 得到替代子节点的法线纹理
void setOverrideNormalMapTexture(osg::Texture2D *texture) // 设置替代子节点的法线纹理
void prepareGeometry(osg::Geomctry *geo) //预备一个Geometry用来实现凸凹光照
void prepareNode(osg::Node *node) //预备一个Geometry用来实现凸凹光照
void prepareChildren0) //预备一个Geomctry 用来实现凸凹光照
void setUpDemo()//设置默认的漫反射和法线贴图环境 贴图特效示例
下面通过一个例子来学习如何在场景中添加osgFX::BumpMapping 特效。
代码如程序清单 12-2所示。
1. /********************************** 凹凸贴图特效示例12-2 ************************************/
2. void bumpMapping_12_2(const string &strDataFolder)
3. {
4. osg::ref_ptr viewer = new osgViewer::Viewer();
5. osg::ref_ptr root = new osg::Group();
6. osg::ref_ptr traits = new osg::GraphicsContext::Traits;
7. traits->x = 40;
8. traits->y = 40;
9. traits->width = 600;
10. traits->height = 480;
11. traits->windowDecoration = true;
12. traits->doubleBuffer = true;
13. traits->sharedContext = 0;
14.
15. osg::ref_ptr gc = osg::GraphicsContext::createGraphicsContext(traits.get());
16.
17. osg::ref_ptr camera = viewer->getCamera();
18. camera->setGraphicsContext(gc.get());
19. camera->setViewport(new osg::Viewport(0, 0, traits->width, traits->height));
20. GLenum buffer = traits->doubleBuffer ? GL_BACK : GL_FRONT;
21. camera->setDrawBuffer(buffer);
22. camera->setReadBuffer(buffer);
23.
24. // 读取模型，读取飞机模型
25. string strDataPath = strDataFolder + "cessna.osg";
26. osg::ref_ptr node = osgDB::readNodeFile(strDataPath);
27.
28. //创建凹凸贴图对象
29. osg::ref_ptr bm = new osgFX::BumpMapping();
30. //添加子节点
31. bm->addChild(node.get());
32. //设置光源数
33. //bm->setLightNumber(6);
34. //设置漫反射纹理单元
35. bm->setDiffuseTextureUnit(0);
36. //设置法线纹理单元，注意不能于前面的漫反射单元相同
37. bm->setNormalMapTextureUnit(1);
38. //设置默认的漫反射和法线贴图环境，并设置相关的纹理坐标
39. bm->setUpDemo();
40.
41. root->addChild(bm.get());
42.
43. // 优化场景数据
44. osgUtil::Optimizer optimizer;
45. optimizer.optimize(root.get());
46.
47. viewer->setSceneData(root.get());
48.
49. viewer->realize();
50. viewer->run();
51. }
运行程序，截图如图12-5 所示。
图12-5 凹凸贴图特效示例图
卡通染特效
卡通渲染(Cartoon)特效实现了一种名为卡通着色(Cel-Shading)的方法，从而产生一种卡通式的(非真实感的)渲染效果。它需要两个通道支持:第一个用于绘制实体表面，第二个用于绘制轮廓线。该特效需要使用顶点着色器来设置纹理坐标，以便在运行时生成的纹理单元0上实现一种尖锐的光照效果。该特效需要ARB_vertex_program扩展或者OpenGL着色语言的支持。osgFX::Cartoon的继承关系图如图12-6所示。
图12-6 osgFX::Cartoon 的继承关系图
1. // 得到轮廊线的颜色
2. const osg::Vec4 & getOutlineColor() const
3. // 设置轮廓线的颜色
4. void setOutlineColor (const osg::Vec4 &color)
5. // 得到轮廓线的宽度
6. float getOutlineLineWidth()const
7. // 设置轮廊线的宽度
8. void setOutlincLineWidth (float w)
9. // 得到光源数
10. int getLightNumber() const
11. // 设置光源数
12. void setLightNumber(int n)
卡通渲染特效示例
下面通过一个例子来学习如何在场景中添加osgFX::Cartoon特效。
代码如程序清单12-3所示。
1. /********************************** 卡通渲染特效示例12-3 ************************************/
2. void cartoon_12_3(const string &strDataFolder)
3. {
4. osg::ref_ptr viewer = new osgViewer::Viewer();
5. osg::ref_ptr root = new osg::Group();
6. osg::ref_ptr traits = new osg::GraphicsContext::Traits;
7. traits->x = 40;
8. traits->y = 40;
9. traits->width = 600;
10. traits->height = 480;
11. traits->windowDecoration = true;
12. traits->doubleBuffer = true;
13. traits->sharedContext = 0;
14.
15. osg::ref_ptr gc = osg::GraphicsContext::createGraphicsContext(traits.get());
16.
17. osg::ref_ptr camera = viewer->getCamera();
18. camera->setGraphicsContext(gc.get());
19. camera->setViewport(new osg::Viewport(0, 0, traits->width, traits->height));
20. GLenum buffer = traits->doubleBuffer ? GL_BACK : GL_FRONT;
21. camera->setDrawBuffer(buffer);
22. camera->setReadBuffer(buffer);
23.
24. // 读取模型，读取飞机模型
25. string strDataPath = strDataFolder + "cessna.osg";
26. osg::ref_ptr node = osgDB::readNodeFile(strDataPath);
27.
28. // 创建卡通渲染对象
29. osg::ref_ptr ct = new osgFX::Cartoon();
30. ct->setOutlineColor(osg::Vec4(1.0, 1.0, 1.0, 1.0)); // 设置轮廓线的颜色
31. ct->setOutlineLineWidth(2.0);// 设置轮廓线的宽度
32. ct->setLightNumber(0); // 设置光源数，通常设置为0
33. ct->addChild(node.get());//添加子节点
34.
35. root->addChild(ct.get());
36.
37. // 优化场景数据
38. osgUtil::Optimizer optimizer;
39. optimizer.optimize(root.get());
40.
41. viewer->setSceneData(root.get());
42.
43. viewer->realize();
44. viewer->run();
45. }
运行程序，截图如图 12-7
图 12-7卡通渲染特效例截图