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VisualC++ と OpenGL を利用した仮想物理実験室
仮想物理実験室の構築 （ver1.0）

文責：遠藤 理平 （2009年12月 9日） カテゴリ：コンピュータ・シミュレーション講座 授業日誌(81)｜仮想物理実験室(325)

コンピュータ・シミュレーションによる、仮想物理実験室のプロトタイプ（ver.1.0）です。
マウスドラッグで回転し、キーボードの「I」でズームイン、キーボードの「O」でズームアウトします。

OpenGL と C++ によるソース

VisualC++ の新規プロジェクトを立ち上げ、 以下のC++言語のソースを次のソースをコピー＆ペーストしてください。実行の前にこのページの下にある「gl_screenshot.h」と「gl_material.h」を予め準備してください。

main.cpp ファイル

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// 仮想物理実験室(ver 1.0)
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
#include <math.h>
#include <fstream>
#include <sstream>
#include <iostream>
#include <direct.h>
#include <time.h>
#include <GL/glut.h>
#include <GL/gl_material.h>
#include <GL/gl_screenshot.h>
using namespace std;
double PI = acos(-1.0);

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// 変数の定義
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
#define _BITMAP 0 //アニメーション作成用ビットマップの保存 0:しない　1:する

//--------------------------------------------------------
// 仮想物理実験室変数の定義
//--------------------------------------------------------
double t = 0.0;  //時刻
double dt= 0.01; //時間刻み
int tn = 0;      //ステップ数
//--------------------------------------------------------
// OpenGL用変数定義
//--------------------------------------------------------
//////////////////////////////////////////
// ウィンドウ生成用
int WindowPositionX = 200;                         //生成するウィンドウ位置のX座標
int WindowPositionY = 200;                         //生成するウィンドウ位置のY座標
int WindowWidth     = 512;                         //生成するウィンドウの幅
int WindowHeight    = 512;                         //生成するウィンドウの高さ
char WindowTitle[]  = "仮想物理実験室(ver 1.0)";   //ウィンドウのタイトル
//////////////////////////////////////////
// アニメーション用　ビットマップ保存
gl_screenshot gs; //「gl_screenshot」クラスのインスタンス「gs」を宣言
//////////////////////////////////////////
// 床描画用
static GLfloat floor_planar[4];
static GLfloat floor_s = 50.0f; //床の広さ（1辺=2.0*floor_s）
static GLfloat pM[16];
static GLfloat LightPosition[4] = { -10, -20, 70, 1 }; //光源の位置
typedef struct _QUADS_VERTEX{
 GLfloat v0[3];
 GLfloat v1[3];
 GLfloat v2[3];
 GLfloat v3[3];
}QUADS_VERTEX;
static QUADS_VERTEX floor_v = {
 {  floor_s,  floor_s, 0.0f },
 { -floor_s,  floor_s, 0.0f },
 { -floor_s, -floor_s, 0.0f },
 {  floor_s, -floor_s, 0.0f },
};
void findPlane(GLfloat plane[4], GLfloat v0[3], GLfloat v1[3], GLfloat v2[3]);
void DrawFloor(bool bTexture);

//////////////////////////////////////////
// マウスドラッグ用
int cx, cy;                                             // ドラッグ開始位置
double sx, sy;                                          // マウスの絶対位置→ウィンドウ内での相対位置の換算係数
double cq[4] = { 1.0, 0.0, 0.0, 0.0 };                  // 回転の初期値 (クォータニオン)
double tq[4];                                           // ドラッグ中の回転 (クォータニオン)
double rt[16];                                          // 回転の変換行列
unsigned int listNumber;
float camera_z_pos =200.0;

//////////////////////////////////////////
// 文字描画用
int text_list;
char t_char[20];
char t_char2[20];
void DRAW_STRING(int x, int y, char *string, void *font = GLUT_BITMAP_TIMES_ROMAN_24);
void DISPLAY_TEXT(int x, int y, char *string);

//--------------------------------------------------------
// 回転用
//--------------------------------------------------------
void qmul(double r[], const double p[], const double q[]);
void qrot(double r[], double q[]);

//--------------------------------------------------------
// 関数のプロトタイプ
//--------------------------------------------------------
//////////////////////////////////////////
// メイン関数用
void Initialize(void);
void Display(void);
void Idle(void);
void Keyboard(unsigned char key, int x, int y);
void mouse_motion(int x, int y);
void mouse_on(int button, int state, int x, int y);
void mouse_wheel(float);
//////////////////////////////////////////
// 描画用
void Calculate(void);      //計算
void DrawStructure(void);  //描画
void Ground(void);         //大地の描画
//////////////////////////////////////////
// 影描画用
void shadowMatrix(GLfloat *m, GLfloat plane[4],  GLfloat light[4]);
void DrawShadow(void);

//--------------------------------------------------------
// メイン関数
//--------------------------------------------------------
int main(int argc, char *argv[]){
 srand((unsigned)time(NULL));
#if _BITMAP
 _mkdir("bitmap"); //bmpファイル保存用のフォルダの作成
#endif
 glutInit(&argc, argv);                                     //環境の初期化
 glutInitWindowPosition(WindowPositionX, WindowPositionY);  //ウィンドウの位置の指定
 glutInitWindowSize(WindowWidth, WindowHeight);             //ウィンドウサイズの指定
 glutInitDisplayMode(GLUT_RGBA | GLUT_DEPTH | GLUT_DOUBLE); //ディスプレイモードの指定
 glutCreateWindow(WindowTitle);                             //ウィンドウの作成
 glutDisplayFunc(Display);                                  //描画時に呼び出される関数を指定する（関数名：Display）
 glutMouseFunc(mouse_on);                                   //マウスクリック時に呼び出される関数
 glutMotionFunc(mouse_motion);                              //マウスドラッグ解除時に呼び出される関数
 glutKeyboardFunc(Keyboard);                                //キーボード入力時に呼び出される関数を指定する（関数名：Keyboard）
 glutIdleFunc(Idle);                                        //プログラムアイドル状態時に呼び出される関数
 Initialize();                                              //初期設定の関数を呼び出す
 glutMainLoop();
 return 0;
}
//--------------------------------------------------------
// 初期設定の関数
//--------------------------------------------------------
void Initialize(void){
 glClearColor(1.0, 1.0, 1.0, 1.0); //背景色
 glEnable( GL_DEPTH_TEST ); //デプスバッファを使用：glutInitDisplayMode() で GLUT_DEPTH を指定する
 glDepthFunc( GL_LEQUAL );
 glClearDepth( 1.0 );
 //////////////////////////////////////////
 // ディスプレイリストを作成
 listNumber = glGenLists(1);
 glNewList( listNumber, GL_COMPILE );
 glEndList();
 //////////////////////////////////////////
 // マウスポインタ位置のウィンドウ内の相対的位置への換算用
 sx = 1.0 / (double)WindowWidth;
 sy = 1.0 / (double)WindowHeight;
 // 回転行列の初期化
 qrot(rt, cq);
 //////////////////////////////////////////
 // 床
 findPlane( floor_planar,
       floor_v.v0,
       floor_v.v1,
       floor_v.v2 );
 //////////////////////////////////////////
 //透視変換行列の設定
 glMatrixMode(GL_PROJECTION);//行列モードの設定（GL_PROJECTION : 透視変換行列の設定、GL_MODELVIEW：モデルビュー変換行列）
 glLoadIdentity();//行列の初期化
 gluPerspective(30.0, (double)WindowWidth/(double)WindowHeight, 0.1, 1000.0); //透視投影法の視体積gluPerspactive(th, w/h, near, far);

}
//--------------------------------------------------------
// 描画の関数
//--------------------------------------------------------
void Display(void) {
 glClear( GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT | GL_STENCIL_BUFFER_BIT);

 //////////////////////////////////////////
 //モデルビュー変換行列の設定
 glMatrixMode(GL_MODELVIEW);//行列モードの設定（GL_PROJECTION : 透視変換行列の設定、GL_MODELVIEW：モデルビュー変換行列）
 glLoadIdentity();//行列の初期化
 glViewport(0, 0, WindowWidth, WindowHeight);

 //////////////////////////////////////////
 //視点の設定
 gluLookAt(
      0.0,  0.0,  camera_z_pos, // 視点の位置x,y,z;
      0.0,  0.0,  0.0,   // 視界の中心位置の参照点座標x,y,z
      0.0,  1.0,  0.0 ) ;  //視界の上方向のベクトルx,y,z

 //////////////////////////////////////////
 //ステンシルバッファクリア値の設定
 glClearStencil( 0 );
 glCullFace( GL_BACK );
 glEnable( GL_CULL_FACE );
 glEnable( GL_AUTO_NORMAL );
 glEnable( GL_NORMALIZE );

 //////////////////////////////////////////
 // 平面射影行列の算出
 shadowMatrix(pM,floor_planar,LightPosition);

 //////////////////////////////////////////
 // 回転
 glMultMatrixd(rt);

 //////////////////////////////////////////
 // 光源ON
 glEnable( GL_LIGHTING );
 glEnable( GL_LIGHT0 );
 glLightfv( GL_LIGHT0,GL_POSITION,LightPosition );

 //////////////////////////////////////////
 // 描画
 glPushMatrix();
   Calculate();     //計算
   DrawStructure(); //物体
   DrawShadow();    //影
 glPopMatrix();

 //////////////////////////////////////////
 //陰影OFF
 glDisable(GL_AUTO_NORMAL);
 glDisable(GL_NORMALIZE);
 glDisable(GL_LIGHTING);

 Ground(); // 地面の描画

 //////////////////////////////////////////
 //文字の描画
 strcpy_s(t_char2, "t = ");
 sprintf_s(t_char, "%5.2f", t);
 strcat_s(t_char2, t_char);
 DISPLAY_TEXT(5, 95, t_char2  );

 //////////////////////////////////////////
 //ビットマップの保存
 #if _BITMAP
   ostringstream fname;
   int tt = tn +10000;
   fname  << "bitmap/" << tt << ".bmp" ;//出力ファイル名
   string name = fname.str();
   gs.screenshot(name.c_str(), 24);
 #endif

 glutSwapBuffers(); //glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE)でダブルバッファリングを利用可
}
//--------------------------------------------------------
// 計算と物体の描画
//--------------------------------------------------------
void Calculate(){
  t = dt * double(tn);
  tn++;
}
void DrawStructure(){
  glPushMatrix();
  glMaterialfv(GL_FRONT, GL_AMBIENT, ms_ruby.ambient);
  glMaterialfv(GL_FRONT, GL_DIFFUSE, ms_ruby.diffuse);
  glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR, ms_ruby.specular);
  glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SHININESS, &ms_ruby.shininess);
  glTranslated(0.0, 0.0, 20.0);//平行移動値の設定
  glutSolidCube(10.0);//引数：(一辺の長さ)
  glPopMatrix();
}
//--------------------------------------------------------
// 大地の描画
//--------------------------------------------------------
void Ground(void) {
   double ground_max_x = 300.0;
   double ground_max_y = 300.0;
   glColor3d(0.8, 0.8, 0.8);  // 大地の色
   glBegin(GL_LINES);
   for(double ly = -ground_max_y ;ly <= ground_max_y; ly+=10.0){
     glVertex3d(-ground_max_x, ly, -1.1);
     glVertex3d(ground_max_x, ly , -1.1);
   }
   for(double lx = -ground_max_x ;lx <= ground_max_x; lx+=10.0){
     glVertex3d(lx, ground_max_y , -1.1);
     glVertex3d(lx, -ground_max_y, -1.1);
   }
   glEnd();
}
//--------------------------------------------------------
// アイドル時に呼び出される関数
//--------------------------------------------------------
void Idle(){
 glutPostRedisplay(); //glutDisplayFunc()を１回実行する
}
//--------------------------------------------------------
// キーボード入力時に呼び出される関数
//--------------------------------------------------------
void Keyboard(unsigned char key, int x, int y){
 switch ( key )
 {
 case 'i':
    camera_z_pos -= 10.0;
    break;
 case 'o':
    camera_z_pos += 10.0;
    break;

 default:
   break;
 }
 cout << camera_z_pos << endl;
}
//--------------------------------------------------------
// マウスドラッグ時
//--------------------------------------------------------
void mouse_motion(int x, int y){
 double dx, dy, a;

 // マウスポインタの位置のドラッグ開始位置からの変位
 dx = (x - cx) * sx;
 dy = (y - cy) * sy;

 // マウスポインタの位置のドラッグ開始位置からの距離
 a = sqrt(dx * dx + dy * dy);

 if( a != 0.0 )
 {
   // マウスのドラッグに伴う回転のクォータニオン dq を求める
   double ar = a * 2.0 * PI * 0.5;
   double as = sin(ar) / a;
   double dq[4] = { cos(ar), dy * as, dx * as, 0.0 };

   // 回転の初期値 cq に dq を掛けて回転を合成
   qmul(tq, dq, cq);

   // クォータニオンから回転の変換行列を求める
   qrot(rt, tq);
 }
}
//--------------------------------------------------------
// マウスクリック時
//--------------------------------------------------------
void mouse_on(int button, int state, int x, int y){
 switch (button) {
 case 0:
   switch (state) {
   case 0:
     // ドラッグ開始点を記録
     cx = x;
     cy = y;
     break;
   case 1:
     // 回転の保存
     cq[0] = tq[0];
     cq[1] = tq[1];
     cq[2] = tq[2];
     cq[3] = tq[3];
     break;
   default:
     break;
   }
   break;
 default:
   break;
 }
 cout << x << " " << y<<endl;
}
//--------------------------------------------------------
// 床平面の方程式と行列の計算
//--------------------------------------------------------
void findPlane(
 GLfloat plane[4],  // 作成する平面方程式の係数
 GLfloat v0[3],    // 頂点１
 GLfloat v1[3],    // 頂点２
 GLfloat v2[3])    // 頂点３
{
 GLfloat vec0[3], vec1[3];

 // Need 2 vectors to find cross product.
 vec0[0] = v1[0] - v0[0];
 vec0[1] = v1[1] - v0[1];
 vec0[2] = v1[2] - v0[2];

 vec1[0] = v2[0] - v0[0];
 vec1[1] = v2[1] - v0[1];
 vec1[2] = v2[2] - v0[2];

 // find cross product to get A, B, and C of plane equation
 plane[0] = vec0[1] * vec1[2] - vec0[2] * vec1[1];
 plane[1] = -(vec0[0] * vec1[2] - vec0[2] * vec1[0]);
 plane[2] = vec0[0] * vec1[1] - vec0[1] * vec1[0];

 plane[3] = -(plane[0] * v0[0] + plane[1] * v0[1] + plane[2] * v0[2]);
}
void shadowMatrix(
 GLfloat *m,      // 作成する行列のポインタ
 GLfloat plane[4],  // 射影する表面の平面方程式の係数
 GLfloat light[4])  // 光源の同時座標値
{
 GLfloat dot;

 // Find dot product between light position vector and ground plane normal.
 dot = plane[0] * light[0] +
     plane[1] * light[1] +
     plane[2] * light[2] +
     plane[3] * light[3];

 m[0]  = dot - light[0] * plane[0];
 m[4]  = 0.f - light[0] * plane[1];
 m[8]  = 0.f - light[0] * plane[2];
 m[12] = 0.f - light[0] * plane[3];

 m[1]  = 0.f - light[1] * plane[0];
 m[5]  = dot - light[1] * plane[1];
 m[9]  = 0.f - light[1] * plane[2];
 m[13] = 0.f - light[1] * plane[3];

 m[2]  = 0.f - light[2] * plane[0];
 m[6]  = 0.f - light[2] * plane[1];
 m[10] = dot - light[2] * plane[2];
 m[14] = 0.f - light[2] * plane[3];

 m[3]  = 0.f - light[3] * plane[0];
 m[7]  = 0.f - light[3] * plane[1];
 m[11] = 0.f - light[3] * plane[2];
 m[15] = dot - light[3] * plane[3];
}
//--------------------------------------------------------
// 床の描画と影の描画
//--------------------------------------------------------
void DrawFloor(bool bTexture){
 if( bTexture ){
 // 床にテクスチャを使う時はココで設定する
 //  glBindTexture( GL_TEXTURE_2D, );

   glDisable(GL_LIGHTING);
   glBegin(GL_QUADS);
 //    glTexCoord2f( , );
     glVertex3fv( floor_v.v0 );
 //    glTexCoord2f( , );
     glVertex3fv( floor_v.v1 );
 //    glTexCoord2f( , );
     glVertex3fv( floor_v.v2 );
 //    glTexCoord2f( , );
     glVertex3fv( floor_v.v3 );
   glEnd();
   glEnable(GL_LIGHTING);
 }else{
   glDisable(GL_LIGHTING);
   glBegin(GL_QUADS);
     glVertex3fv( floor_v.v0 );
     glVertex3fv( floor_v.v1 );
     glVertex3fv( floor_v.v2 );
     glVertex3fv( floor_v.v3 );
   glEnd();
   glEnable(GL_LIGHTING);
 }
}
void DrawShadow(void){
 /////////////////////////////////////////////
 //床のステンシルを付ける
 glEnable(GL_STENCIL_TEST);
 glStencilFunc( GL_ALWAYS, 1, ~0);
 //これから描画するもののステンシル値にすべて１タグをつける
 glStencilOp(GL_KEEP,GL_KEEP ,GL_REPLACE);
 glColor4f(0.7f, 0.4f, 0.0f, 1.0f);
 DrawFloor( true );//床の描画

 /////////////////////////////////////////////
 //カラー・デプスバッファマスクをセットする
 //これで以下の内容のピクセルの色の値は、書き込まれない。
 glColorMask(0,0,0,0);
 glDepthMask(0);
 /////////////////////////////////////////////
 //床にオブジェクトの影のステンシルを付ける
 glEnable(GL_STENCIL_TEST);
 glStencilFunc( GL_EQUAL, 1, ~0);
 //これから描画するもののステンシル値にすべて１タグをつける
 glStencilOp(GL_KEEP,GL_KEEP ,GL_INCR);
 glDisable(GL_DEPTH_TEST);
 glPushMatrix();
   glMultMatrixf(pM);
   DrawStructure();
 glPopMatrix();
 glEnable(GL_DEPTH_TEST);

 /////////////////////////////////////////////
 //ビットマスクを解除
 glColorMask(1,1,1,1);
 glDepthMask(1);

 /////////////////////////////////////////////
 //影をつける
 glStencilFunc( GL_EQUAL, 2, ~0 );
 glEnable(GL_BLEND);
   glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);
   glColor4f(0.1f, 0.1f, 0.1f, 0.5f);
   glDisable(GL_DEPTH_TEST);
     DrawFloor( false );//床の描画
   glEnable(GL_DEPTH_TEST);
   glDisable(GL_BLEND);
 glDisable(GL_STENCIL_TEST);

}

//--------------------------------------------------------
// 文字描画
//--------------------------------------------------------
void DISPLAY_TEXT(int x, int y, char *string){
glDisable(GL_LIGHTING);
glDisable(GL_LIGHT0);

 glPushAttrib(GL_ENABLE_BIT);
 glMatrixMode(GL_PROJECTION);
 glPushMatrix();
 glLoadIdentity();
 gluOrtho2D(0, 100, 0, 100);
 glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
 glPushMatrix();
 glLoadIdentity();
 glColor3f(0.0, 0.0, 0.0);
 glCallList(text_list);
 glPopMatrix();
 glMatrixMode(GL_PROJECTION);
 glPopMatrix();
 glPopAttrib();
 glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
 text_list=glGenLists(1);
 glNewList(text_list,GL_COMPILE);

 DRAW_STRING(x, y, string , GLUT_BITMAP_TIMES_ROMAN_24);
 glEndList();

glEnable(GL_LIGHTING);
glEnable(GL_LIGHT0);
}
void DRAW_STRING(int x, int y, char *string, void *font){
 int len, i;
 glRasterPos2f(x, y);
 len = (int) strlen(string);
 for (i = 0; i < len; i++){
   glutBitmapCharacter(font, string[i]);
 }
}
//--------------------------------------------------------
// マウスドラッグによる回転
//--------------------------------------------------------
//////////////////////////////////////////////
// クォータニオンの積 r <- p x q
static void qmul(double r[], const double p[], const double q[])
{
 r[0] = p[0] * q[0] - p[1] * q[1] - p[2] * q[2] - p[3] * q[3];
 r[1] = p[0] * q[1] + p[1] * q[0] + p[2] * q[3] - p[3] * q[2];
 r[2] = p[0] * q[2] - p[1] * q[3] + p[2] * q[0] + p[3] * q[1];
 r[3] = p[0] * q[3] + p[1] * q[2] - p[2] * q[1] + p[3] * q[0];
}
/////////////////////////////////////////////
// 回転の変換行列 r <- クォータニオン q
static void qrot(double r[], double q[]){
 double x2 = q[1] * q[1] * 2.0;
 double y2 = q[2] * q[2] * 2.0;
 double z2 = q[3] * q[3] * 2.0;
 double xy = q[1] * q[2] * 2.0;
 double yz = q[2] * q[3] * 2.0;
 double zx = q[3] * q[1] * 2.0;
 double xw = q[1] * q[0] * 2.0;
 double yw = q[2] * q[0] * 2.0;
 double zw = q[3] * q[0] * 2.0;

 r[ 0] = 1.0 - y2 - z2;
 r[ 1] = xy + zw;
 r[ 2] = zx - yw;
 r[ 4] = xy - zw;
 r[ 5] = 1.0 - z2 - x2;
 r[ 6] = yz + xw;
 r[ 8] = zx + yw;
 r[ 9] = yz - xw;
 r[10] = 1.0 - x2 - y2;
 r[ 3] = r[ 7] = r[11] = r[12] = r[13] = r[14] = 0.0;
 r[15] = 1.0;
}

gl_screenshot.h

「gl_screenshot.h」は、ウインドウの内容をビットマップファイルへ出力するために必要なプログラムです。本プログラムは「OpenGL（Akita National College of Technology Yamamoto's Laboratory ）」で公開されています。オリジナルは、「gl_screenshot.cpp」「gl_screenshot.h」で構成されていますが、本講座では２つの上記の２つのファイルを「gl_screenshot.h」にまとめて利用しています。

テキストエディタを起動し以下のソースをコピー＆ペーストし、ファイル名を「gl_screenshot.h」としてください。 今後も利用するので、「gl_screenshot.h」ファイルを「glut.h」と同じ場所におきます。 

//--------------------------------------------------------
// 画面の内容をビットマップファイルに出力
//--------------------------------------------------------
// 以下のページで公開されているソースを利用させていただきます。
// http://akita-nct.jp/yamamoto/comp/OpenGL/OpenGL.html
//--------------------------------------------------------
// filename: 出力ファイル名
// bpp: ピクセルあたりのビット数（24, 32）

#ifndef GL_SCREENSHOT_H_INCLUDED
#define GL_SCREENSHOT_H_INCLUDED

#include <stdlib.h> 

#include <GL/glut.h>
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <vector>

// ビットマップのヘッダ
struct BITMAPFILEHEADER_ {
  //char bfType1;
  //char bfType2;
  unsigned long  bfSize;
  unsigned short bfReserved1;
  unsigned short bfReserved2;
  unsigned long  bfOffBits;
};

struct BITMAPINFOHEADER_ {
    unsigned long  biSize;
    long           biWidth;
    long           biHeight;
    unsigned short biPlanes;
    unsigned short biBitCount;
    unsigned long  biCompression;
    unsigned long  biSizeImage;
    long           biXPixPerMeter;
    long           biYPixPerMeter;
    unsigned long  biClrUsed;
    unsigned long  biClrImporant;
};

class gl_screenshot {
public:
  gl_screenshot(){};
  ~gl_screenshot(){};
  bool screenshot(const char* filename, int bpp=32)
  {
    const int width    = glutGet(GLUT_WINDOW_WIDTH);   // 画像の大きさ
    const int height   = glutGet(GLUT_WINDOW_HEIGHT);
    // ピクセルデータ全体のサイズ
    const int datasize = height*((((width*bpp/8) + 3) >> 2) << 2);
    // ファイルサイズ
    const int filesize = 2 + sizeof(BITMAPFILEHEADER_) + sizeof(BITMAPINFOHEADER_) + datasize;

    // ビットマップのヘッダ
    BITMAPFILEHEADER_ bmfh = {filesize, 0, 0, 54,};
    BITMAPINFOHEADER_ bmih = {40, width, height, 1, bpp, 0, 0, 0, 0, 0, 0,};

    // データのフォーマット
    int format;
    if (bpp == 24) {
      format = GL_RGB;
    }
    else if (bpp == 32) {
      format = GL_RGBA;
    }
    else {
      std::cerr << "invalid parameter 'bpp'" << std::endl;
      return false;
    }

    // データをもらう
    std::vector<GLubyte> buf(datasize);
    //glPixelStorei(GL_PACK_ALIGNMENT, 1);
    //glReadBuffer(GL_FRONT);
    glReadPixels(0, 0, width, height, format, GL_UNSIGNED_BYTE, &buf[0]);

    // RGB → BGR
    for (int i=0; i<datasize; i+=bpp/8) {
      std::swap(buf[i], buf[i+2]);
    }

    // 出力
    std::ofstream fs(filename, std::ios::out | std::ios::trunc | std::ios::binary);
    if (!fs) {
      std::cerr << "fstream::open() failed." << std::endl;
      return false;
    }
    
    fs.write("BM", 2);
    fs.write(reinterpret_cast<const char*>(&bmfh), sizeof(BITMAPFILEHEADER_));
    fs.write(reinterpret_cast<const char*>(&bmih), sizeof(BITMAPINFOHEADER_));
    fs.write(reinterpret_cast<const char*>(&buf[0]), datasize);
    fs.close();

    return true;
  }
};
#endif

gl_material.h

「gl_material.h」は、光源に対する光沢などの質感を定義しているインクルードファイルです。 本プログラムは「OpenGL（Akita National College of Technology Yamamoto's Laboratory ）」で公開されています。

テキストエディタを起動し以下のソースをコピー＆ペーストし、ファイル名を「gl_material.h」としてください。今後も利用するので、「gl_material.h」ファイルを「glut.h」と同じ場所におきます。 

//--------------------------------------------------------
// 物質質感の定義
//--------------------------------------------------------
// 以下のページで公開されているソースを利用させていただきます。
// http://akita-nct.jp/yamamoto/comp/OpenGL/OpenGL.html
//--------------------------------------------------------
struct MaterialStruct {
 GLfloat ambient[4];
 GLfloat diffuse[4];
 GLfloat specular[4];
 GLfloat shininess;
};
//////////////////////////////////////////
//ruby(ルビー)
MaterialStruct ms_ruby  = {
 {0.1745,   0.01175,  0.01175,   1.0},
 {0.61424,  0.04136,  0.04136,   1.0},
 {0.727811, 0.626959, 0.626959,  1.0},
 76.8};
//emerald(エメラルド)
MaterialStruct ms_emerald = {
	{0.0215,  0.1745,   0.0215,  1.0},
	{0.07568, 0.61424,  0.07568, 1.0},
	{0.633,   0.727811, 0.633,   1.0},
	76.8};
//jade(翡翠)
MaterialStruct ms_jade = {
	{0.135,     0.2225,   0.1575,   1.0},
	{0.54,      0.89,     0.63,     1.0},
	{0.316228,  0.316228, 0.316228, 1.0},
	12.8};
//obsidian(黒曜石)
MaterialStruct ms_obsidian  = {
	{0.05375, 0.05,    0.06625, 1.0},
	{0.18275, 0.17,    0.22525, 1.0},
	{0.332741,0.328634,0.346435,1.0},
	38.4};
// pearl(真珠)
MaterialStruct ms_pearl  = {
	{0.25,     0.20725,  0.20725,  1.0},
	{1,        0.829,    0.829,    1.0},
	{0.296648, 0.296648, 0.296648, 1.0},
	10.24};
//turquoise(トルコ石)
MaterialStruct ms_turquoise  = {
	{0.1,     0.18725, 0.1745,  1.0},
	{0.396,   0.74151, 0.69102, 1.0},
	{0.297254,0.30829, 0.306678,1.0},
	12.8};
//brass(真鍮)
MaterialStruct ms_brass  = {
	{0.329412,  0.223529, 0.027451, 1.0},
	{0.780392,  0.568627, 0.113725, 1.0},
	{0.992157,  0.941176, 0.807843, 1.0},
	27.89743616};
//bronze(青銅)
MaterialStruct ms_bronze  = {
	{0.2125,   0.1275,   0.054,   1.0},
	{0.714,    0.4284,   0.18144, 1.0},
	{0.393548, 0.271906, 0.166721,1.0},
	25.6};
//chrome(クローム)
MaterialStruct ms_chrome  = {
	{0.25,    0.25,     0.25,     1.0},
	{0.4,     0.4,      0.4,      1.0},
	{0.774597,0.774597, 0.774597, 1.0},
	76.8};
//copper(銅)
MaterialStruct ms_copper  = {
	{0.19125,  0.0735,   0.0225,  1.0},
	{0.7038,   0.27048,  0.0828,  1.0},
	{0.256777, 0.137622, 0.086014,1.0},
	12.8};
//gold(金)
MaterialStruct ms_gold  = {
	{0.24725,  0.1995,   0.0745,    1.0},
	{0.75164,  0.60648,  0.22648,   1.0},
	{0.628281, 0.555802, 0.366065,  1.0},
	51.2};
//silver(銀)
MaterialStruct ms_silver  = {
	{0.19225,  0.19225,  0.19225, 1.0},
	{0.50754,  0.50754,  0.50754, 1.0},
	{0.508273, 0.508273, 0.508273,1.0},
	51.2};
//プラスチック(黒)
MaterialStruct ms_black_plastic  = {
	{0.0,    0.0,    0.0,  1.0},
	{0.01,   0.01,   0.01, 1.0},
	{0.50,   0.50,   0.50, 1.0},
	32};
//プラスチック(シアン)
MaterialStruct ms_cyan_plastic  = {
	{0.0,   0.1,    0.06,    1.0},
	{0.0,       0.50980392,0.50980392,1.0},
	{0.50196078,0.50196078,0.50196078,1.0},
	32};
//プラスチック(緑)
MaterialStruct ms_green_plastic  = {
	{0.0,     0.0,   0.0,  1.0},
	{0.1,     0.35,  0.1,  1.0},
	{0.45,    0.55,  0.45, 1.0},
	32};
//プラスチック(赤)
MaterialStruct ms_red_plastic  = {
	{0.0,     0.0,     0.0,  1.0},
	{0.5,     0.0,     0.0,  1.0},
	{0.7,     0.6,     0.6,  1.0},
	32};
//プラスチック(白)
MaterialStruct ms_white_plastic  = {
	{0.0,   0.0,     0.0,  1.0},
	{0.55,  0.55,    0.55, 1.0},
	{0.70,  0.70,    0.70, 1.0},
	32};
//プラスチック(黄)
MaterialStruct ms_yellow_plastic  = {
	{0.0,  0.0,     0.0,  1.0},
	{0.5,  0.5,     0.0,  1.0},
	{0.60, 0.60,    0.50, 1.0},
	32};
//ゴム(黒)
MaterialStruct ms_black_rubber  = {
	{0.02,   0.02,    0.02, 1.0},
	{0.01,   0.01,    0.01, 1.0},
	{0.4,    0.4,     0.4,  1.0},
	10.0};
//ゴム(シアン)
MaterialStruct ms_cyan_rubber  = {
	{0.0,     0.05,    0.05, 1.0},
	{0.4,     0.5,     0.5,  1.0},
	{0.04,    0.7,     0.7,  1.0},
	10.0};
//ゴム(緑)
MaterialStruct ms_green_rubber  = {
	{0.0,    0.05,    0.0,  1.0},
	{0.4,    0.5,     0.4,  1.0},
	{0.04,   0.7,     0.04, 1.0},
	10.0};
//ゴム(赤)
MaterialStruct ms_red_rubber  = {
	{0.05,     0.0,     0.0,  1.0},
	{0.5,      0.4,     0.4,  1.0},
	{0.7,      0.04,    0.04, 1.0},
	10.0};
//ゴム(白)
MaterialStruct ms_white_rubber  = {
	{0.05,   0.05,    0.05, 1.0},
	{0.5,    0.5,     0.5,  1.0},
	{0.7,    0.7,     0.7,  1.0},
	10.0};
//ゴム(黄)
MaterialStruct ms_yellow_rubber  = {
	{0.05,  0.05,    0.0,  1.0},
	{0.5,   0.5,     0.4,  1.0},
	{0.7,   0.7,     0.04, 1.0},
	10.0};

プログラムの説明

利用時に必要な部分だけを解説します。それ以外は必要に応じて行います。

アニメーション作成用ビットマップの保存

#define _BITMAP 1 // 0:しない　1:する

上記のパラメータで「1」を設定すると、ウィンドウ画面に描画された図を１フレームごとに保存します。 保存先は「（実行フォルダ）/bitmap/」で、「10000.bmp」から順番にファイル名をつけていきます。 その後、ビットマップデータを連続的につなげることでアニメーションを作成します。 （アニメーションの作り方は後日解説します） 

#define _BITMAP 1 //アニメーション作成用ビットマップの保存 0:しない　1:する

上記のパラメータで「1」を設定すると、ウィンドウ画面に描画された図を１フレームごとに保存します。 保存先は「（実行フォルダ）/bitmap/」で、「10000.bmp」から順番にファイル名をつけていきます。 その後、ビットマップデータを連続的につなげることでアニメーションを作成します。 （アニメーションの作り方は後日解説します）

物体の描画

void DrawStructure(){
  glPushMatrix();
  glMaterialfv(GL_FRONT, GL_AMBIENT, ms_ruby.ambient);
  glMaterialfv(GL_FRONT, GL_DIFFUSE, ms_ruby.diffuse);
  glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR, ms_ruby.specular);
  glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SHININESS, &ms_ruby.shininess);
  glTranslated(0.0, 0.0, 20.0);                               //平行移動値の設定
  glutSolidCube(10.0);                                        //引数：(一辺の長さ)
  glPopMatrix();
}

この関数の中で描画した物体は、光源による光沢や影が描画されます。

20091219-1.gif

VisualC++ と OpenGL を利用した仮想物理実験室

第０章　仮想物理実験室の構築

第１章　様々な運動

第２章　ニュートンの運動方程式

第３章　剛体の運動（エネルギー保存則と運動量保存則）

付録

  • 【Ａ－１】参考文献
    ・（A-1-1）OpenGL について
    ・（A-1-2）VisualC++ について
    ・（A-1-3）物理シミュレーション
    ・（A-1-4）数値計算

未分類

力学

量子力学

波動論

【目次】 (VisualC++ を使った OpenGL 入門)

未分類




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