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OpenGL入門學習之四——顏色的選擇

OpenGL支援兩種顏色模式:一種是RGBA,一種是顏色索引模式。
無論哪種顏色模式,計算機都必須為每一個畫素儲存一些資料。不同的是,RGBA模式中,資料直接就代表了顏色;而顏色索引模式中,資料代表的是一個索引,要得到真正的顏色,還必須去查索引表。

1. RGBA顏色
RGBA模式中,每一個畫素會儲存以下資料:R值(紅色分量)、G值(綠色分量)、B值(藍色分量)和A值(alpha分量)。其中紅、綠、藍三種顏色相組合,就可以得到我們所需要的各種顏色,而alpha不直接影響顏色,它將留待以後介紹。
在RGBA模式下選擇顏色是十分簡單的事情,只需要一個函式就可以搞定。
glColor*系列函式可以用於設定顏色,其中三個引數的版本可以指定R、G、B的值,而A值採用預設;四個引數的版本可以分別指定R、G、B、A的值。例如:
void glColor3f(GLfloat red, GLfloat green, GLfloat blue);
void glColor4f(GLfloat red, GLfloat green, GLfloat blue, GLfloat alpha);
(還記得嗎?3f表示有三個浮點引數~請看第二課中關於glVertex*函式的敘述。)
將浮點數作為引數,其中0.0表示不使用該種顏色,而1.0表示將該種顏色用到最多。例如:
glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);    表示不使用綠、藍色,而將紅色使用最多,於是得到最純淨的紅色。
glColor3f(0.0f, 1.0f, 1.0f);    表示使用綠、藍色到最多,而不使用紅色。混合的效果就是淺藍色。
glColor3f(0.5f, 0.5f, 0.5f);    表示各種顏色使用一半,效果為灰色。
注意:浮點數可以精確到小數點後若干位,這並不表示計算機就可以顯示如此多種顏色。實際上,計算機可以顯示的顏色種數將由硬體決定。如果OpenGL找不到精確的顏色,會進行類似“四捨五入”的處理。

大家可以通過改變下面程式碼中glColor3f的引數值,繪製不同顏色的矩形。
void myDisplay(void)
{
     glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
     glColor3f(0.0f, 1.0f, 1.0f);
     glRectf(-0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.5f);
     glFlush();
}

注意:glColor系列函式,在引數型別不同時,表示“最大”顏色的值也不同。
採用f和d做字尾的函式,以1.0表示最大的使用。
採用b做字尾的函式,以127表示最大的使用。
採用ub做字尾的函式,以255表示最大的使用。
採用s做字尾的函式,以32767表示最大的使用。
採用us做字尾的函式,以65535表示最大的使用。
這些規則看似麻煩,但熟悉後實際使用中不會有什麼障礙。
2、索引顏色
在索引顏色模式中,OpenGL需要一個顏色表。這個表就相當於畫家的調色盤:雖然可以調出很多種顏色,但同時存在於調色盤上的顏色種數將不會超過調色盤的格數。試將顏色表的每一項想象成調色盤上的一個格子:它儲存了一種顏色。
在使用索引顏色模式畫圖時,我說“我把第i種顏色設定為某某”,其實就相當於將調色盤的第i格調為某某顏色。“我需要第k種顏色來畫圖”,那麼就用畫筆去蘸一下第k格調色盤。
顏色表的大小是很有限的,一般在256~4096之間,且總是2的整數次冪。在使用索引顏色方式進行繪圖時,總是先設定顏色表,然後選擇顏色。

2.1、選擇顏色
使用glIndex*系列函式可以在顏色表中選擇顏色。其中最常用的可能是glIndexi,它的引數是一個整形。
void glIndexi(GLint c);
是的,這的確很簡單。

2.2、設定顏色表
OpenGL並直接沒有提供設定顏色表的方法,因此設定顏色表需要使用作業系統的支援。我們所用的Windows和其他大多數圖形作業系統都具有這個功能,但所使用的函式卻不相同。正如我沒有講述如何自己寫程式碼在Windows下建立一個視窗,這裡我也不會講述如何在Windows下設定顏色表。
GLUT工具包提供了設定顏色表的函式glutSetColor,但我測試始終有問題。現在為了讓大家體驗一下索引顏色,我向大家介紹另一個OpenGL工具包:aux。這個工具包是VisualStudio自帶的,不必另外安裝,但它已經過時,這裡僅僅是體驗一下,大家不必深入。
#include <windows.h>
#include <GL/gl.h>
#include <GL/glaux.h>

#pragma comment (lib, "opengl32.lib")
#pragma comment (lib, "glaux.lib")

#include <math.h>
const GLdouble Pi = 3.1415926536;
void myDisplay(void)
{
     int i;
     for(i=0; i<8; ++i)
         auxSetOneColor(i, (float)(i&0x04), (float)(i&0x02), (float)(i&0x01));
     glShadeModel(GL_FLAT);
     glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
     glBegin(GL_TRIANGLE_FAN);
     glVertex2f(0.0f, 0.0f);
     for(i=0; i<=8; ++i)
     {
         glIndexi(i);
         glVertex2f(cos(i*Pi/4), sin(i*Pi/4));
     }
     glEnd();
     glFlush();
}

int main(void)
{
     auxInitDisplayMode(AUX_SINGLE|AUX_INDEX);
     auxInitPosition(0, 0, 400, 400);
     auxInitWindow(L"");
     myDisplay();
     Sleep(10 * 1000);
     return 0;
}

其它部分大家都可以不管,只看myDisplay函式就可以了。首先,使用auxSetOneColor設定顏色表中的一格。迴圈八次就可以設定八格。
glShadeModel等下再講,這裡不提。
然後在迴圈中用glVertex設定頂點,同時用glIndexi改變頂點代表的顏色。
最終得到的效果是八個相同形狀、不同顏色的三角形。

索引顏色雖然講得多了點。索引顏色的主要優勢是佔用空間小(每個畫素不必單獨儲存自己的顏色,只用很少的二進位制位就可以代表其顏色在顏色表中的位置),花費系統資源少,圖形運算速度快,但它程式設計稍稍顯得不是那麼方便,並且畫面效果也會比RGB顏色差一些。“星際爭霸”可能代表了256色的顏色表的畫面效果,雖然它在一臺很爛的PC上也可以執行很流暢,但以目前的眼光來看,其畫面效果就顯得不足了。
目前的PC機效能已經足夠在各種場合下使用RGB顏色,因此PC程式開發中,使用索引顏色已經不是主流。當然,一些小型裝置例如GBA、手機等,索引顏色還是有它的用武之地。

3、指定清除螢幕用的顏色
我們寫:glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);意思是把螢幕上的顏色清空。
但實際上什麼才叫“空”呢?在宇宙中,黑色代表了“空”;在一張白紙上,白色代表了“空”;在信封上,信封的顏色才是“空”。
OpenGL用下面的函式來定義清楚屏幕後螢幕所擁有的顏色。
在RGB模式下,使用glClearColor來指定“空”的顏色,它需要四個引數,其引數的意義跟glColor4f相似。
在索引顏色模式下,使用glClearIndex來指定“空”的顏色所在的索引,它需要一個引數,其意義跟glIndexi相似。
void myDisplay(void)
{
     glClearColor(1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f);
     glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
     glFlush();
}
呵,這個還真簡單~
4、指定著色模型
OpenGL允許為同一多邊形的不同頂點指定不同的顏色。例如:
#include <math.h>
const GLdouble Pi = 3.1415926536;
void myDisplay(void)
{
     int i;
     // glShadeModel(GL_FLAT);
     glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
     glBegin(GL_TRIANGLE_FAN);
     glColor3f(1.0f, 1.0f, 1.0f);
     glVertex2f(0.0f, 0.0f);
     for(i=0; i<=8; ++i)
     {
         glColor3f(i&0x04, i&0x02, i&0x01);
         glVertex2f(cos(i*Pi/4), sin(i*Pi/4));
     }
     glEnd();
     glFlush();
}
在預設情況下,OpenGL會計算兩點頂點之間的其它點,併為它們填上“合適”的顏色,使相鄰的點的顏色值都比較接近。如果使用的是RGB模式,看起來就具有漸變的效果。如果是使用顏色索引模式,則其相鄰點的索引值是接近的,如果將顏色表中接近的項設定成接近的顏色,則看起來也是漸變的效果。但如果顏色表中接近的項顏色卻差距很大,則看起來可能是很奇怪的效果。
使用glShadeModel函式可以關閉這種計算,如果頂點的顏色不同,則將頂點之間的其它點全部設定為與某一個點相同。(直線以後指定的點的顏色為準,而多邊形將以任意頂點的顏色為準,由實現決定。)為了避免這個不確定性,儘量在多邊形中使用同一種顏色。
glShadeModel的使用方法:
glShadeModel(GL_SMOOTH);    // 平滑方式,這也是預設方式
glShadeModel(GL_FLAT);      // 單色方式

小結:
本課學習瞭如何設定顏色。其中RGB顏色方式是目前PC機上的常用方式。
可以設定glClear清除後螢幕所剩的顏色。
可以設定顏色填充方式:平滑方式或單色方式。