繪圖功能實作方式

OpenGL 繪圖函式庫在 1992 年由 Silicon Graphics Inc. (SGI)所 提出，是一個跨平臺並被業界視為標準的三維繪圖函式庫[31]。許多 (Orthographic Projection)。

1. 透視投影

後的尺寸。這種投影方式多用於工業設計軟體上，因為要求精 確地將物體各種重要性質真實呈現，不會因為投影使結果有變 形或不符實際的狀況。

圖 3-1：透視投影與垂直投影

繪圖指令可分成三種，幾何圖形的繪製、圖片的繪製、字串的繪 製。接著將分別介紹如何以OpenGL 繪圖函式庫實作各種繪圖功能。

1. 幾何圖形的繪製

圖 3-2 為 AWT 中所有的幾何圖形繪製指令，OpenGL 最基本 的繪圖元素為點、直線以及三角形，因此若要以OpenGL 繪製 出這些基本圖形，得以一連串之直線或三角形組合出各種不同 的圖形。其中無法直接透過線段或三角形組合而成的，就以逼 近的方式來實作，例如圓弧、橢圓、扇形等等。

圖 3-2：AWT 中基本的幾何圖形[25]

圖3-3 為以連續的線段模擬圓形，利用角度與圓的半徑，可求 出圓周上任意位置的點座標。而應該以多少角度的間距逼近，

從圖中可以發現，當以十五度為間距逼近時，人眼已經感覺不 出其為一有稜有角的多邊形，而會將它當作是一個平滑的圓 形。對填滿的圓則利用類似的方式，只是基本元素由線段改為 填滿的三角形。

圖 3-3：用不同數量的線段模擬圓

2. 圖片的繪製

為了能受惠於硬體加速，繪製圖片的指令將以材質貼圖

(Texturing)的方式實作，將一張張需要繪製的圖片，先載入至 顯示卡的記憶體中，產生成一張張的材質，當要繪製該圖片 時，如圖 3-4 所示，將對應的材質(Texture)貼到與圖片大小相 同的矩形(Rectangle)上，達到圖片繪製的效果。

圖 3-4：用材質貼圖來達成圖片繪製

但是OpenGL 繪圖函式庫在產生材質時有些限制，材質的長與 寬必須為二的冪次，若是原始圖片(Source image)之長寬並非 二的冪次，就必須如圖3-5 所示，要事先將圖片的長與寬放大 至二的冪次，此時若還是以一比一的比例進行貼圖，因材質 (Texture)大小已較原始圖片大，故圖片繪製結果會縮小。因此 在貼圖時，長與寬並非二的冪次之情況必須計算對應的材質區 塊，避免將整張尺寸已變大之材質以一比一之比例貼上。不過 OpenGL 的擴充功能可以支援長寬並非二的冪次之材質，但此 功能在較新的顯示卡上才有支援。

圖 3-5：材質的長與寬必須是二的冪次

3. 字串的繪製

OpenGL 本身的 API 並沒有提供直接繪製字串之功能，因此字 串的繪製方式有三種：位元映射圖(Bitmap)、材質貼圖(Texture) 以及輪廓繪製(Outline)。圖 3-6 為三種不同繪製方式所展現出 來的不同效果。

圖 3-6：字串繪製的三種方式

位元映射圖儲存了文字的像素(pixel)資料，每個像素以一位元 儲存。材質貼圖為將每個字都先以圖片的方式繪製出來，最後 在繪製字串時，將每個字都以材質的方式繪製到對應的位置。

這種方式能夠擁有較好的效果，因為可以在繪製成圖片時，選 用較好的解析度甚至先作反鋸齒效果後，再以材質貼圖的方式 繪製。然而這兩種方式，在直接放大來繪製字型點數大的字串 時，會使得繪製的品質降低，如圖3-6 Bitmap 與 Texture 兩張 圖所示，在邊緣的地方將會看到鋸齒狀出現。而材質貼圖比位 元遮罩好的原因在於其受惠於硬體加速，因此繪圖效能比較 好。

輪廓繪製是將每個字的輪廓以線段的方式組合成一個或數個 多邊形，如圖 3-6 Outline 此圖所示，因這種方式將字以幾何圖 形呈現，所以在繪製尺寸較大的字時不會有品質變差的情況產 生，還能夠應用於三維立體的字，或是其他幾何圖形能擁有的 效果，例如光影。但當繪製筆畫較複雜的文字時，例如中文字，

因為要處理的多邊形變多，使得繪製的效能會因此下降。

本論文考慮以上各種方式的優缺點後，採用材質貼圖與輪廓繪 製兩種方式混合使用。當字型大小大於16 點時，因圖片耗用 記憶體的考量，我們採用輪廓繪製的方式。而字型大小在 16 點以下時，則選用材質貼圖的方式，但為改善材質貼圖繪字時 的缺點，將動態產生不同大小之材質，用作不同大小字體的繪 製。為減少重覆產生材質所造成的影響，我們快取(Cache)了 已經產生過的材質，未來若要繪製同樣的字時，就不必再重新 產生同樣的材質，對於效能上將會有較好的提升。