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Ruby+gosu+opengl で、OpenGl 2.0風にシェーダを用意して描画してみるテストその2。json形式にしたモデルデータファイルを読み込んで描画。
#!ruby -Ku
# -*- mode: ruby; coding: utf-8 -*-
# Last updated: <2017/03/16 14:03:26 +0900>
#
# Ruby + gosu + opengl の動作確認
# gosu-examples の opengl_integration.rb を弄ってOpenGL絡みの部分だけを列挙
#
# OpenGL 2.0風。GLSLでシェーダを書いて描画するテスト
# phongシェーディング + テクスチャマッピング
# tinywavefrontobj.rb で出力した json を読んで描画してみる
#
# 床井研究室 - 第1回 シェーダプログラムの読み込み
# http://marina.sys.wakayama-u.ac.jp/~tokoi/?date=20051006
#
# 床井研究室 - 第2回 Gouraud シェーディングと Phong シェーディング
# http://marina.sys.wakayama-u.ac.jp/~tokoi/?date=20051007
#
# 床井研究室 - 第3回 テクスチャの参照
# http://marina.sys.wakayama-u.ac.jp/~tokoi/?date=20051008
#
# 算譜記録帳: OpenGLでの頂点データの扱いの変化
# http://mklearning.blogspot.com/2014/08/opengl.html
#
# OpenGLプログラミング - Wikibooks
# https://ja.wikibooks.org/wiki/OpenGLプログラミング
#
# gosu-examples
# https://github.com/gosu/gosu-examples
require 'gosu'
require 'gl'
require 'json'
TEX_FILE = "wavefront/UVCheckerMap01-1024.png"
# JSON_FILE = "wavefront/cube_tri_simple.json"
JSON_FILE = "wavefront/cube_tri_tex.json"
USE_MY_SHADER = true
# プログラマブルシェーダのソースファイル名
SHADER_SRC_LIST = [
[
# 0 : テクスチャ無し
"phong_shading.vert", # 頂点シェーダ
"phong_shading.frag", # フラグメントシェーダ
],
[
# 1 : テクスチャ有り
"phong_shading_with_tex.vert",
"phong_shading_with_tex.frag",
],
]
WIDTH, HEIGHT = 640, 480
LIGHT_POS = [0.0, 0.0, 3.0, 1.0] # 光源の位置
LIGHT_AMB = [0.1, 0.1, 0.1, 1.0] # 環境光
LIGHT_DIF = [1.0, 1.0, 1.0, 1.0] # 拡散光
LIGHT_SPE = [1.0, 1.0, 1.0, 1.0] # 鏡面光
class GlObj
# 初期化
def initialize(pos_x = 0.0, pos_y = 0.0, pos_z = -3.0)
@pos = { :x => pos_x, :y => pos_y, :z => pos_z }
@rot_x = 10.0
@rot_y = 0.0
# テクスチャ画像読み込み
@img = Gosu::Image.new(TEX_FILE, :tileable => true)
# OpenGL用のテクスチャ情報を取得
@texinfo = @img.gl_tex_info
# 巨大テクスチャを与えるとgosu側が gl_tex_info を取得できない時がある
abort "Error : #{TEX_FILE} is not load. Can't get gl_tex_info" unless @texinfo
# プラグラマブルシェーダを設定
# テクスチャ未使用/使用版の2つを設定
@shader = []
if USE_MY_SHADER
SHADER_SRC_LIST.each do |vert_src_fn, frag_src_fn|
@shader.push(init_shader(vert_src_fn, frag_src_fn))
end
end
# Wavefront(.obj)のモデルデータを読み込み
File.open(JSON_FILE) { |file|
hash = JSON.load(file)
@vtx = hash["vertex"]
@nml = hash["normal"] if hash.key?("normal")
@uv = hash["uv"] if hash.key?("uv")
@face = hash["face"]
}
# VBOを用意。バッファを生成。
# 頂点配列、法線配列、uv配列、頂点インデックス配列の4つを確保
@buffers = glGenBuffers(4)
# バッファにデータを設定
# 頂点配列
data = @vtx.pack("f*") # Rubyの場合、データはpackして渡す
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, @buffers[0]) # バッファ種類を設定
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, data.size, data, GL_STATIC_DRAW)
# 法線配列
if @nml
data = @nml.pack("f*")
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, @buffers[1])
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, data.size, data, GL_STATIC_DRAW)
end
# uv配列
if @uv
data = @uv.pack("f*")
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, @buffers[2])
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, data.size, data, GL_STATIC_DRAW)
end
# 頂点インデックス配列
@face_size = @face.size
data = @face.pack("S*")
glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, @buffers[3])
glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, data.size, data, GL_STATIC_DRAW)
end
# 更新処理
def update
@rot_y = (@rot_y + 0.5) % 360.0
end
# 描画処理
def draw(z)
# Gosu.gl(z値)でOpenGLの描画を行う
# 描画後にGosu側の描画ができるようにしてくれるらしい
Gosu.gl(z) { exec_gl }
end
private
include Gl
# プログラマブルシェーダの初期化
def init_shader(vert_src_fn, frag_src_fn)
# 1. シェーダオブジェクト作成
vert_shader = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER)
frag_shader = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER)
# 頂点シェーダを設定
File.open(vert_src_fn, "rb") { |file|
src = file.read
glShaderSource(vert_shader, src) # 2. シェーダのソースを渡す
glCompileShader(vert_shader) # 3. シェーダをコンパイル
# 4. 正しくコンパイルできたか確認
compiled = glGetShaderiv(vert_shader, GL_COMPILE_STATUS)
abort "Error : Compile error in vertex shader" if compiled == GL_FALSE
}
# フラグメントシェーダを設定
File.open(frag_src_fn, "rb") { |file|
src = file.read
glShaderSource(frag_shader, src) # 2. シェーダのソースを渡す
glCompileShader(frag_shader) # 3. シェーダをコンパイル
# 4. 正しくコンパイルできたか確認
compiled = glGetShaderiv(frag_shader, GL_COMPILE_STATUS)
abort "Error : Compile error in fragment shader" if compiled == GL_FALSE
}
shader = glCreateProgram # 5. プログラムオブジェクト作成
glAttachShader(shader, vert_shader) # 6. シェーダオブジェクトを登録
glAttachShader(shader, frag_shader)
glLinkProgram(shader) # 7. シェーダプログラムをリンク
# 8. 正しくリンクできたか確認
linked = glGetProgramiv(shader, GL_LINK_STATUS)
abort "Error : Linke error" if linked == GL_FALSE
glUseProgram(shader) # 9. シェーダプログラムを適用
glDeleteShader(vert_shader) # 10. 設定が終わったので後始末
glDeleteShader(frag_shader)
return shader
end
# OpenGL関係の処理
def exec_gl
glClearColor(0.3, 0.3, 1.0, 0.0) # 画面クリア色を r,g,b,a で指定
glClearDepth(1.0) # デプスバッファをクリア
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT) # 画面クリア
glDepthFunc(GL_LESS) # 奥行き比較関数の種類を指定
glEnable(GL_DEPTH_TEST) # デプスバッファを使う
glDisable(GL_CULL_FACE) # 片面表示を無効化
glEnable(GL_BLEND) # アルファブレンドを有効化
glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA)
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, LIGHT_POS) # 光源の位置
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, LIGHT_AMB) # 環境光
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, LIGHT_DIF) # 拡散光
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, LIGHT_SPE) # 鏡面光
glEnable(GL_LIGHTING) # 光源の有効化
glEnable(GL_LIGHT0) # 0番目のライトを有効化
glMatrixMode(GL_PROJECTION) # 透視投影の設定
glLoadIdentity # 変換行列の初期化
glFrustum(-0.10, 0.10, -0.075, 0.075, 0.1, 100) # 視野範囲を設定
glMatrixMode(GL_MODELVIEW) # モデルビュー変換の指定
glLoadIdentity # 変換行列の初期化
glTranslate(@pos[:x], @pos[:y], @pos[:z]) # 平行移動
glRotate(@rot_x, 1.0, 0.0, 0.0) # 回転
glRotate(@rot_y, 0.0, 1.0, 0.0) # 回転
# 材質を設定
ambient = [0.5, 0.5, 0.5, 1.0]
diffuse = [0.5, 0.5, 0.5, 1.0]
specular = [0.3, 0.3, 0.3, 1.0]
shininess = 100.0
glMaterial(GL_FRONT_AND_BACK, GL_AMBIENT, ambient)
glMaterial(GL_FRONT_AND_BACK, GL_DIFFUSE, diffuse)
glMaterial(GL_FRONT_AND_BACK, GL_SPECULAR, specular)
glMaterial(GL_FRONT_AND_BACK, GL_SHININESS, shininess)
# モデルデータを描画
# ----------------------------------------
# 利用シェーダを指定
if USE_MY_SHADER
if @uv
glUseProgram(@shader[1]) # テクスチャ使用シェーダ
else
glUseProgram(@shader[0]) # テクスチャ未使用シェーダ
end
end
# float型(C言語)のバイト数を求める。…他にいい方法があるのでは?
nf = [0.0].pack("f*").size
glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY) # 頂点配列を有効化
glEnableClientState(GL_NORMAL_ARRAY) if @nml # 法線配列を有効化
glEnableClientState(GL_TEXTURE_COORD_ARRAY) if @uv # uv配列を有効化
# 頂点配列を指定
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, @buffers[0]) # 使用バッファを指定
glVertexPointer(
3, # 1頂点に値をいくつ使うか。x,y,zなら3
GL_FLOAT, # 値の型
0, # stride. データの間隔
0 # バッファオフセット
)
if @nml
# 法線配列を指定。法線は必ずx,y,zを渡すのでサイズ指定は不要
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, @buffers[1])
glNormalPointer(
GL_FLOAT, # 値の型
0, # stride. データの間隔
0, # バッファオフセット
)
end
if @uv
# uv配列を指定
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, @buffers[2])
glTexCoordPointer(
2, # 1頂点に値をいくつ使うか。u,vなら2
GL_FLOAT, # 値の型
0, # stride. データの間隔
0, # バッファオフセット
)
end
glEnable(GL_TEXTURE_2D) # テクスチャ有効化
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, @texinfo.tex_name) # テクスチャ割り当て
# テクスチャの補間を指定
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR)
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR)
# 頂点インデックス配列を指定して描画
glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, @buffers[3])
glDrawElements(
GL_TRIANGLES, # プリミティブ種類
@face_size, # 頂点インデックスの個数
GL_UNSIGNED_SHORT, # 頂点インデックスの型
0 # バッファオフセット
)
glDisable(GL_TEXTURE_2D) # テクスチャ無効化
glDisableClientState(GL_VERTEX_ARRAY) # 頂点配列を無効化
glDisableClientState(GL_NORMAL_ARRAY) if @nml # 法線配列を無効化
glDisableClientState(GL_TEXTURE_COORD_ARRAY) if @uv # uv配列を無効化
end
end
# メインクラス
class MyWindow < Gosu::Window
# 初期化
def initialize
super WIDTH, HEIGHT
self.caption = "Ruby + Gosu + OpenGL, programmable shader (Phong) + VBO"
@gl_obj = GlObj.new(0.0, 0.0, -3.5)
end
# 更新
def update
@gl_obj.update
end
# 描画
def draw
z = 0
@gl_obj.draw(z)
end
def button_down(id)
# ESCが押されたら終了
close if id == Gosu::KbEscape
end
end
MyWindow.new.show
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