OpenSceneGraphの概要

OpenSceneGraphは、高性能3Dアプリケーションを開発するためのオープンソースのクロスプラットフォームライブラリです。 これは、ユーザーの手と足を、その中に定められた制限、つまりライブラリと結び付けるゲームエンジンではありません。ライブラリは、個別にもアセンブリでも優れた動作をする便利なモジュールのセットです。



OpenSceneGraphのコア、実際にはシーングラフは、OpenGLのかなり薄いラッパーです。これにより、オブジェクトの階層を定義し、オブジェクトに対して必要な変換を実行できます。

• ノードの特性を変更します（オブジェクトを空間内で移動し、マテリアル、ライティングプロパティ、シェーダー、およびその他のOpenGLモードと属性をそれらに割り当てます）。
• 任意の方法でツリーを再構築します（オブジェクトを作成および削除し、グラフの他のノードにリンクします）。
• グラフトラバーサルを実行し、各ノードに対してアクションを実行します。
• もちろん、OpenGLを使用してシーンをレンダリングします。

OpenSceneGraphのシーングラフ

シーングラフの各ノードは、Nodeクラスの子孫のインスタンスです。 矢印は親子関係です。



子を持つノードはグループと呼ばれます。 通常のグループは、その子に対して何もしません-それらはすべて、そのままレンダリングされます。 ただし、グループの相続人には追加の動作があります。 たとえば、MatrixTransformはGroupクラスを継承し、変換マトリックスをすべての子に一度に適用できます。 たとえば、戦車の砲塔を担当するマトリックスを変更すると、砲塔は砲身とともに回転します。



OpenSceneGraphの描画プリミティブはDrawableと呼ばれます。 各Drawableは、球、立方体、任意のメッシュ、OpenGLティーポットなどのOpenGL描画プリミティブに対応します。Drawable自体は、Geodeコンテナ（「ジオメトリノード」の略）でのみシーンに到達します。 Geodeには、任意の数のDrawableを含めることができます。



OpenSceneGraphの非常に重要なプロパティは、任意のノードが複数の子を持つことができることです。 これは、同じオブジェクトを複製せず、複製フラグメントを保存するためのコンピューターとビデオアダプターのメモリを無駄にしないために重要です。 たとえば、戦車には複数の車輪と複数のトラックがありますが、それらは同じであるため、1つのコピーに保存でき、戦車の異なる場所に配置されるように、個々のMatrixTransformによって位置を設定します。



ホイールとトラックをねじり、砲塔を回転させ、バレルを制御できる本格的なモデルを作成したい場合、次のようなグラフを取得します。



ホイールをねじるには、左右のホイールのテクスチャマッピングを変更するだけです。 そして、ユーザーは、対応するホイールが一度に回転することを確認します。 同様にキャタピラー-テクスチャの変更により、目に見えるモーションエフェクトを実現できます。

メモリ管理に関する2つの言葉

シーングラフは非常に複雑な構造を持つことがあり、メモリ管理を簡素化するために、OpenSceneGraphは参照カウンターを備えたガベージコレクターを使用します。 osg :: Referencedを継承する各クラスは、osg :: ref_ptrスマートポインターシステムを使用して自動的にインクリメントおよびデクリメントされる独自の参照カウンターを受け取ります。 以下に簡単な例を示します。

{ osg::ref_ptr<osg::Geode> geode = new osg::Geode; } 

この例では、osg :: Geodeの新しいインスタンスが作成され、スマートポインターが初期化され、その後ポインターが破棄され、osg :: Geodeにリンクされていないため、これが使用されます。 子をグループ、GeodeのDrawables、およびグラフオブジェクト間の他のすべての相互参照に追加する場合、スマートポインターが使用されます。 これにより、グラフのルートノードへのリンクを削除すると、すべてのオブジェクトが正しく破棄されます。

ハローワールド

以下は、最小限のOpenSceneGraphアプリケーションです。

 #include <osgViewer/Viewer> int main() { osgViewer::Viewer viewer; return viewer.run(); } 

osgViewerモジュールを使用します。このモジュールは、グラフィックウィンドウを開き、OpenGLを初期化し、デフォルトカメラを作成し、Escapeキーハンドラーとマウスコントローラーを初期化して、カメラを移動できるようにします。 プログラムが起動すると、空のシーンが表示され、Escapeによって閉じられます。
次の手順では、ルートノードを作成します。 たとえば、球体作成コードをviewer.run（）の前に配置します。

  //  Drawable osg::Sphere *shape = new osg::Sphere( osg::Vec3(0.0f, 0.0f, 0.0f), 1.0f); osg::ShapeDrawable *drawable = new osg::ShapeDrawable(shape); //  Geode osg::Geode *geode = new osg::Geode; geode->addDrawable(drawable); //     viewer.setSceneData(geode); 

このアプリケーションを開始すると、スコープが表示されます。



これで、フォントのダウンロードとテキストの表示に進むことができます。 テキストを操作するosgTextライブラリが必要です。

  osgText::Font *font = osgText::readFontFile( "/usr/share/fonts/truetype/msttcorefonts/arial.ttf"); osgText::Text *text = new osgText::Text; text->setFont(font); text->setAxisAlignment(osgText::Text::XZ_PLANE); text->setText(", !", osgText::String::ENCODING_UTF8); osg::Geode *geode = new osg::Geode; geode->addDrawable(text); 

readFontFile関数はファイルからフォントをロードし、次にDrawableの子孫であるTextオブジェクトを作成します。 これは、addDrawableメソッドを使用してGeodeに追加できることを意味します。
プログラムを開始すると、次のテキストが表示されます。

アプリケーションメインループ

ほとんどのグラフィックアプリケーションは、画面上の画像を常に更新する必要があります。新しいオブジェクトの作成と削除、オブジェクトの移動、プロパティの変更、フレームごとのレンダリング：



シーンの変更-これらはアプリケーションが行う操作です。 アプリケーションが更新を完了するまで、次のフレームのレンダリングを開始することはできません。さもないと、レンダリングシステムによるツリートラバース中に、グラフが一貫性のない状態になり、アプリケーションがメモリを破損したり、単にクラッシュしたりします。 これは、更新がより速く完了するほど、FPSの出力が大きくなることを意味します。
実際のアプリケーションを作成する場合、別のスレッドのレンダリングフェーズと同時に重い計算を実行することは理にかなっています。 そこで、新しいシーンオブジェクトを作成できます。 メインサイクルがシーン変更フェーズに達すると、計算結果をシーンオブジェクトにすばやく適用し、作成されたサブツリーをシーングラフにリンクすることができます。 同様に、多数のオブジェクトを削除します。 シーン変更フェーズでは、ツリーからリンクを解除して削除キューに配置し、実際に別のスレッドのオブジェクトを破棄できます。

シーンを変更する方法

たとえば、「He​​llo、Habr」という碑文を画面上で回転させてみましょう。 これを行うには、まずGeodeをMatrixTransformでラップします。

  osg::MatrixTransform *mat = new osg::MatrixTransform; mat->addChild(geode); viewer.setSceneData(mat); 

次に、ビューアにイベントハンドラを登録するように依頼します。

  RotationHandler *handler = new RotationHandler(mat); viewer.addEventHandler(handler); 

各イベントハンドラーは、osgGA :: GUIEventHandlerクラスを継承するオブジェクトです。 ここで、各フレームの前に発生するFRAMEイベントの処理方法に興味があります。

 class RotationHandler: public osgGA::GUIEventHandler { public: RotationHandler(osg::MatrixTransform *mat): m_mat(mat) { } virtual bool handle(const osgGA::GUIEventAdapter& ea, osgGA::GUIActionAdapter &adapter) { osg::Matrix mat; switch (ea.getEventType()) { case osgGA::GUIEventAdapter::FRAME: mat.makeRotate(ea.getTime(), osg::Vec3(0.0f, 0.0f, 1.0f)); m_mat->setMatrix(mat); } } private: osg::ref_ptr<osg::MatrixTransform> m_mat; }; 

プログラムが起動すると、テキストは軸（0、0、1）を中心に回転し始めます。

OpenSceneGraphには他にどのような機能がありますか

シーン構築の基本原則を検討し、シーングラフトラバーサルを残し、ノード（マテリアル、ライティング）に属性を割り当て、カメラ制御、マウスおよびキーボード処理などを行いました。 いくつかの興味深い機能に言及するだけです：

• Visitorパターンの実装により、独自のクラスを記述し、OpenSceneGraphにグラフをバイパスして適切なシーンオブジェクトごとにコードを呼び出すように依頼できます。
• Switchノード（グループの相続人）を使用すると、グラフを迂回することから除外して、子のオンとオフを切り替えることができます。
• LODノード（グループの継承者）を使用すると、カメラからの距離を指定して、どの子をレンダリングするかを指定できます。 カメラから遠く離れたよりシンプルなモデルを使用できます。
• シェーダーのサポート（フラグメントとジオメトリ）;
• 高いパフォーマンスとスケーラビリティを実現するために、複数のカメラからの画像のマルチスレッドレンダリングがサポートされています。 マルチGPUを含む。
• テクスチャへのレンダリングが可能です。
• 多層テクスチャ、異方性照明、バンプマッピング、鏡面ハイライト。
• ユーザーがマウスでポイントするシーンオブジェクトを選択します（より正確には、画面座標を画面に貼り付ける長く鋭い多面体に変換し、この多面体とシーンオブジェクトの交点を検索し、カメラからの距離で見つかったオブジェクトを並べ替えます）;
• マトリックス、四元数、多面体（交差、結合などの計算）、3Dモーフィングを操作するための多くの数学プリミティブ。
• シーンオブジェクトはシリアル化および逆シリアル化できます。 新しいエクスポートおよびインポート形式は、プラグインシステムを使用して簡単に接続できます。 ネイティブ形式（osg）は、オブジェクトのすべての属性を人間が読めるテキスト形式で保存し、逆シリアル化後にグラフを正確に復元できるようにします。
• HUDグラフの特別なノード（ヘッドアップディスプレイ）を使用すると、子を常にモニターに面するように展開できます。
  パーティクルシステムを使用すると、火、煙、火花、各パーティクルの周波数、その飛行経路、寿命、テクスチャなどのプログラミングなど、さまざまな特殊効果を作成できます。
• 半透明のオブジェクトと影のサポート。
• OpenThreadsマルチスレッドライブラリを使用すると、オペレーティングシステムから抽象化し、すべてのプラットフォームに対して単一のコードを記述することができます。
• osgDBモジュールは、単にオブジェクトをディスクにロードおよびアンロードするだけでなく、バ​​ックグラウンドストリーム（ページングモード）でオブジェクトをロードできるオブジェクトデータベースモジュールを備えています。
• Qtとの統合により、GUIをテクスチャにレンダリングし、それをシーン内のオブジェクトに引き伸ばすことができます。 特に、WebブラウザーのQtコンポーネントを取得して、テクスチャに配置し、シーンに表示し、ブラウザーでYouTubeを開いて、ビデオを見ることができます。 そしてそれは機能します。
• 地球の表面（地形）と空（スカイボックス）を視覚化するためのサポートがあります。
• モバイルプラットフォームAndroidおよびiOSで動作する機能。
• 優れたライセンス（緩和されたLGPL）。これにより、ライブラリを閉じられたプロジェクトに静的にリンクすることもできます。

入手先

公式ウェブサイト-www.openscenegraph.org
最高のドキュメントは著者の本です。
無料で利用できる最高のドキュメントは、ライブラリに付属する膨大な数のサンプルと、読みやすく読みやすいすばらしいコードです。