1 基于场景的图形绘制

        OpenSceneGraph简称OSG是非常著名的三维可视化，在绘制复杂场景方面比VTK更有优势。在OSG中存在两棵树,即场景树和渲染树。场景树是一棵由Node组成的树，这些Node可能是矩阵变换、状态切换或真正的可绘制对象，它反映了场景的空间结构，也反映了对象的状态。

       OSG程序使用组节点来组织和排列场景中的几何体。场景树通常包括了多种类型的节点，以执行各种各样的用户功能。OSG主要包含3大基本类节点，即Node、 Geode(叶节点)和 Group(组节点)。OSG中其他的大部分节点都继承自Group节点,少部分继承自Node节点及 Geode节点，但Geode和Group均继承自Node节点。

2 场景基本绘图类

在OSG中创建几何体的方法比较简单，通常有3种处理几何体的手段，一是使用松散封装的OpenGL绘图基元；二是使用OSG中的基本几何体：三是从文件中导入场景模型。

（1）向量与数组类

在OSG中定义了大量的类来保存数据，数据通常是以向量的形式来表示的，向量数据主要包括顶点坐标、纹理坐标、颜色和法线等。例如，定义osg:Vec2来保存纹理坐标：定义osg:Vec3来保存顶点坐标和法线坐标；定义osg:Vec4保存颜色的RGBA值。osg:Vec2、osg:Vec3和osg:Vec4是分别用来保存向量的二维数组、三维数组和四维数组，这些类不仅能够保存各种数据，还提供了向量的基本运算机制，如加、减、乘、除四则元算、点积和单位化等相关的操作。

（2）Drawable类

Drawable类是一个纯基类，无法实例化。作为可绘制对象基类的osg::Drawable类，它派生了很多类，

（3）PrimitiveSet类

osg:PrimitiveSet类继承自osg:Object虚基类，但它不具备一般场景中的特性。osg:PrimitiveSet类的继承关系图 

 

该类主要松散封装了OpenGL的绘图基元，通过指定绘图基元来指定几何体顶点将采用哪一种或几种基元绘制。常用的绘图基元包括如下几种：

POINTS-GL POINTS  //绘制点

LINES GL LINES  //绘制线

LINE STRIP GL LINE STRIP  //绘制多段线

LINE_LOOP-GL LINE LOOP  //绘制封闭线

TRIANGLES-GL_TRIANGLES  //绘制一系列的三角形（不共用顶点）

TRIANGLE_STRIP -GL_TRIANGLE STRIP  //绘制一系列三角形（共用后面的两个顶点）

TRIANGLE FAN =GL TRIANGLE FAN   //绘制一系列三角形，顶点顺序与上一条语句绘制的三角形不同

QUADS GL_QUADS  //绘制四边形

QUAD_STRIP GL QUAD STRIP//绘制一系列四边形

POLYGON-GL POLYGON  //绘制多边形

从osg:PrimitiveSet类的继承关系图可以看出，它的派生类主要有如下3个：

☑osg:DrawArrays类。继承自osg:PrimitiveSet,,它封装了glDrawArrays(顶点数组绘图命令，用于指定顶点和绘图基元。

☑osg:DrawElements类。它又派生出3个子类，分别是osg:DrawElementsUByte、osg:DrawElementsUShort和osg:DrawElementsUInt,封装了glDrawElements(的指令，可以起索引的作用，在后面的示例中会用到。

☑osg:DrawArrayLengths类。它的主要作用是多次绘制，即多次调用glDrawArrays(,且每次均使用不同的长度和索引范围，在绘制过程中用得不是很多。

DrawArrays的基本用法如下：

osg::DrawArrays::DrawArrays(GLenum mode,GLint first,GLsizei count )

/*参数说明：第一个参数是指定的绘图基元，即前面所列举的常见绘图基元：第二个参数是指绘制几何体的第一个顶点数在指定顶点的位置数：第三个参数是使用的顶点的总数*/

还有一点值得注意的是，虽然osg:PrimitiveSet类提供与OpenGL一样的顶点机制，但是在内部渲染上还是有一定区别的。根据渲染环境的不同，渲染的方式也是不一样的，可能会采用顶点、顶点数组、显示列表或者glBeginO/glEndO)来渲染几何体，继承自Drawable类的对象（如Geometry)在默认条件下将使用显示列表。其中，osg:Drawable:setUseDisplayList(alse)用于手动禁止使用显示列表。

还有一种比较特殊的情况，如果设置BIND PER PRIMITIVE绑定方式，那么OSG将采用glBeginO/glEndO函数进行渲染。因为在设置使用绑定方式为BIND_PER PRIMITIVE后，它就为每个独立的几何图元设置一种绑定属性。

3 基本几何体绘制

任何复杂的东西都是由一些简单的部分组合构成的，对于OSG创建的场景和对象也同样如此，它们是由简单的图元（我们把构成3D对象的构件称为图元）按照一定的方式排列和组合而成的，OSG中的所有图元都是一维或二维对象，包括单个的点、直线和复杂的多边形。

通过前面的讲述可知，绘制并渲染几何体主要有如下3大步骤：

(1)创建各种向量数据，如顶点、纹理坐标、颜色和法线等。需要注意的是，添加顶点数据时主要按照逆时针顺序添加，以确保背面剔除(backface culling)的正确（后面还会有介绍）。

(2)实例化一个几何体对象(osg:Geometry),设置顶点坐标数组、纹理坐标数组、颜色数组、法线数组、绑定方式及数据解析。

(3)加入叶节点绘制并渲染。

下面一个例子展示了绘制四边形的过程，关键在于构建四边形几何体的过程，createQuad()函数。

主要步骤包括，

（1）创建叶节点对象，

（2）创建几何对象，

（3）创建定点数组，给几何对象设置顶点数据

（4）创建纹理坐标，给几何对象设置纹理坐标

（5）创建颜色数组，给几何对象设置颜色数组

（6）创建法线数组，给几何对象设置法线数组，并设置绑定方式

（7）给几何对象添加图元，设置绘图方式

（8）添加几何对象到叶节点

// osg_hello.cpp : This file contains the 'main' function. Program execution begins and ends there.
//
 
#include <iostream>
 
#ifdef _WIN32
#include <windows.h>
#endif
 
#include <osgViewer/Viewer>
 
#include <osg/Node>
#include <osg/Geode>
#include <osg/Group>
 
#include <osgDB/ReadFile>
#include <osgDB/WriteFile>
 
#include <osgUtil/Optimizer>
 
/// <summary>
/// 创建一个四边形节点
/// </summary>
/// <returns></returns>
osg::ref_ptr<osg::Node> createQuad() {
    //创建一个叶节点
    osg::ref_ptr<osg::Geode> geode = new osg::Geode();
 
    //创建一个几何对象
    osg::ref_ptr<osg::Geometry> geom = new osg::Geometry();
 
    //创建定点数组，注意定点的添加顺序是逆时针的
    osg::ref_ptr<osg::Vec3Array> v = new osg::Vec3Array();
    //添加数据
    v->push_back(osg::Vec3(0.0f, 0.0f, 0.0f));
    v->push_back(osg::Vec3(1.0f, 0.0f, 0.0f));
    v->push_back(osg::Vec3(1.0f, 0.0f, 1.0f));
    v->push_back(osg::Vec3(0.0f, 0.0f, 1.0f));
 
    //设置顶点数据
    geom->setVertexArray(v.get());
 
    //创建纹理坐标
    osg::ref_ptr<osg::Vec2Array> vt = new osg::Vec2Array();
    //添加数据
    vt->push_back(osg::Vec2(0.0f, 0.0f));
    vt->push_back(osg::Vec2(1.0f, 0.0f));
    vt->push_back(osg::Vec2(1.0f, 1.0f));
    vt->push_back(osg::Vec2(0.0f, 1.0f));
 
    //设置纹理坐标
    geom->setTexCoordArray(0, vt.get());
 
    //创建颜色数组
    osg::ref_ptr<osg::Vec4Array>vc = new osg::Vec4Array();
    //添加数据
    vc->push_back(osg::Vec4(1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f));
    vc->push_back(osg::Vec4(0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f)); 
    vc->push_back(osg::Vec4(0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f));
    vc->push_back(osg::Vec4(1.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f));
 
    //设置额色数组
    geom->setColorArray(vc.get()); 
    //设置颜色的绑定方式为单个顶点
    geom->setColorBinding(osg::Geometry::BIND_PER_VERTEX);
    
    // 创建法线数组
    osg::ref_ptr<osg::Vec3Array>nc = new osg::Vec3Array();
    //添加法线
    nc->push_back(osg::Vec3(0.0f, -1.0f, 0.0f));
    
    // 设置法线数组
    geom->setNormalArray(nc.get());
    //设置法线的绑定方式为全部顶点
    geom->setNormalBinding(osg::Geometry::BIND_OVERALL); 
    
    //添加图元，绘图基元为四边形
    geom->addPrimitiveSet(new osg::DrawArrays(osg::PrimitiveSet::QUADS, 0, 4)); 
    
    //添加到叶节点
    geode->addDrawable(geom.get());
 
    return geode.get();
}
 
 
int main()
{
    // 创建Viewer对象，场景浏览器创建一个节点。viewer->setSceneData(root.get())viewer->realize(viewer - un(）;
    osg::ref_ptr<osgViewer::Viewer> viewer = new osgViewer::Viewer();
 
    //创建场最组节点
    osg::ref_ptr<osg::Group> root = new osg::Group();
 
    //读取牛的模型
    //osg::ref_ptr<osg::Node> node = osgDB::readNodeFile("../../test/cow.osg");
    
    //创建可绘制模型
    auto node = createQuad();
 
    //添加到场景
    root->addChild(node.get());
 
    //优化场景数据
    osgUtil::Optimizer optimizer;
    optimizer.optimize(root.get());
 
    //设置场景数据
    viewer->setSceneData(root.get());
 
    //设置渲染的窗口
    //viewer->setUpViewAcrossAllScreens();  //default on all screens
    viewer->setUpViewOnSingleScreen(0);
 
    //开始渣染
    viewer->run();
 
    return 0;
}
 
 

渲染效果如下

 参考资料，

《openscenegraph三维渲染引擎编程指南》4.1--4.2.2节