PythonによるOpen Dynamics Engine講座　その4

概要

ここでは、PyOpenGLの使い方を説明します。サンプルプログラムはここにあります。このプログラムは単に立方体が横にずれていくだけを描画します。

まず、OpenGL.GL、OpenGL.GLU、OpenGL.GLUTをインポートします。ここで　from OpenGL.GL import *　となってますが、単にimportだけした場合、関数(例えば.glClearColor()を使うときにOpenGL.GL.glClearColor()としなければなりませんが、from 〜import*としておくとglClearColor()ですみます。
あと、if __name__ == "__main__":　main()　というのがありますが、これはmain()をC言語でいうmain関数に割り当てます。
Pythonはmain関数なんか作らなくても直接プログラムにコマンドみたいに書けば実行してくれます。サンプルでもx = 0とかは関数内ではなく直接実行しています。
しかし、main関数にある程度まとめたほうが見やすいです。

プログラムの手順は以下のとおりです。

1. 物体の位置x、y、zを0とする。
2. init_GL()を実行する。
3. _drawfunc ():を実行する。
4. 無限ループ(glutMainLoop)開始。
5. _idlefunc ()を実行する。
6. もし、キーが押されたら_keyfuncを実行する。

init_GL()

init_GL()では、ウィンドウの作成、裏面は描画しないことの定義を行っています。
各関数は以下のことを実行しているものと思われます。

• glutInit：初期化
• glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_DOUBLE)：GLUT_RGBはR(赤)、G(緑)、B(青)を使うことだと思います。
  GLUT_DOUBLEはこれをGLUT_SINGLEにすると滑らかな動きでなくなったりします。
• glutInitWindowPosition (x, y)、 glutInitWindowSize (width, height);glutCreateWindow("test")
  ウィンドウを画面端からx、y位置に、横ががwidth、縦がheight、testという表示で作成します。
• glEnable(GL_CULL_FACE)、glCullFace(GL_BACK)：面の裏を描画しなくなります。

_drawfunc ()

_drawfunc ()では、prepare_GL()の実行、draw_body()の実行、glutSwapBuffers()を実行しています。

glutSwapBuffers()を実行しないと、画面が更新されません。

glutDisplayFunc (_drawfunc)とする必要があります。

prepare_GL()

prepare_GLでは、画面の初期化、光源の設定、視点の設定を実行しています。
各関数は以下のことを実行しているものと思われます。

• glViewport(px,py,width,height)：x、yには0、width、heightにはウィンドウのサイズを入れるのが普通だと考えられます。
  x、yをいじると描画される画像が左上からx、yだけずれます。width、heightを変えると、行がする画像がが縦長になったり、大きくなったりします。
• glClearColor(0.8,0.8,0.9,0)、glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT)：
  画面を(0.8,0.8,0.9)の色でいったん初期化します。
• glLightfv(GL_LIGHT0,GL_POSITION,[0,0,1,0])、glLightfv(GL_LIGHT0,GL_DIFFUSE,[1,1,1,1])、glLightfv(GL_LIGHT0,GL_SPECULAR,[1,1,1,1])：
  光源の情報を設定します。
• gluPerspective (45,1.3333,0.2,20)：視界の広がりを指定。
• gluLookAt (2.4, 3.6, 4.8, 0.5, 0.5, 0, 0, 1, 0)：視点の位置座標、見たい位置座標、視界の上方向のベクトルです。
  この場合、(2.4, 3.6, 4.8)の座標から(0.5, 0.5, 0)の座標の方向を見ていて、視界の上方向のベクトルは(0,1,0)です。

draw_body()

draw_body()では立方体の描画をやってます。

• glMaterialfv(GL_FRONT_AND_BACK, GL_DIFFUSE, green)：色(材質)の設定。この場合は(0.0, 1.0, 0.0)の緑に設定。
• glPushMatrix()〜glPopMatrix()：状態の保存。これを行うと、〜で描画した物体しか移動、回転、拡大を行わない。
• glMultMatrixd(rot)：変換行列rotだけ物体を移動、回転。
• glScale(sx, sy, sz)：sx、sy、sz倍だけ各軸に拡大。
• glutSolidCube(1)：辺の長さが1の立方体を描画。

回転行列rotは

となっている場合、x、y、zは物体の位置です。
R11〜R33は物体の姿勢を表しています。
例えば、x軸にθ回転したい場合、R11〜R33は

となり、y軸に回転したい場合は、

z軸に回転したい場合は、

とすれば良い。

glutSolidCube()以外にも、ドーナツ型を描画するglutSolidTorus(GLdouble innerRadius, GLdouble outerRadius, GLint nsides, GLint rings)、円錐を描画するglutSolidCone(GLdouble base, GLdouble height, GLint slices, GLint stacks)、球を描画するglutSolidSphere(GLdouble radius, GLint slices, GLint stacks)があります。

• glutSolidTorus(innerRadius,outerRadiu,、 nsides, rings):
  innerRadiusは内側の半径、outerRadiusは外側の半径、nsides、ringsは分割数です。
• glutSolidCone(base, height, slices, stacks)：
  baseは底面の半径、heightは高さ、slices、stacksは分割数です。
• glutSolidSphere(radius, slices, stacks)：
  radiusは半径、slices、stacksは分割数です。

あと、

glBegin(GL_TRIANGLES)
glVertex3f(x1,y1,z1)
glVertex3f(x2,y2,z2)
glVertex3f(x3,y3,z3)
glEnd()

で、glVertex3fの座標三点を結んだ三角形、

glBegin(GL_QUADS)
glVertex3f(x1,y1,z1)
glVertex3f(x2,y2,z2)
glVertex3f(x3,y3,z3)
glVertex3f(x4,y4,z4)
glEnd()

で、glVertex3fの座標四点を結んだ四角形が描画できます。

_idlefunc ()

_idlefunc ()では、物体の位置xの移動、glutPostRedisplay ()による再描画を行っています。

Pythonではglobal x という風にしないと関数の外で使った変数は使えません。

glutIdleFunc (_idlefunc)とする必要があります。

_keyfunc(c, x, y)

_keyfunc(c, x, y)はキーの入力を処理します。例えば、if c == "a" :などとすると、aを押したときに何かを実行させることができます。

サンプルの場合、何を押してもsys.exit (0)で強制終了します。

glutKeyboardFunc (_keyfunc)とする必要があります。

あと、マウスの入力に関する関数 glutMouseFunc(_mousefunc)、glutMotionFunc(_glutMotion)があります。

次回はPyOpenGLとpyODEを使って落ちる球を描画します。

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