OpenGL编程(4)

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OpenGL编程(4)

这次我们进入真正的三维世界，例子中将会展示如何使用模型变换来完成我们的三维变换。
这次我们开始解释什么是模型变换。
对于三维世界中的点，我们使用坐标来表示，通常使用三维坐标例如(x,y,z)来表示，不过在几乎所有的3D图形软件包中为了便于计算，使用的全是三维齐次坐标(x,y,z,w)，当w不等于0的时候它表示(x/w,y/w,z/w)，并且除了数学上的考虑之外w是不能等于零的。
对于一个三维齐次坐标，把它乘以一个4阶方阵，就等价于把它做了一些变换，通过这种变换，我们能够把一个点按一定的方法变换到任何一个地方。例如，我们首先获得了一条线段，然后我们可以通过变换得到任何一条线段，三角形等等也是如此。
通常，我们只需要三种变换：平移、旋转、放缩。OpenGL为这三种变换提供了简单的使用方式。
我们使用这些变换方式影响我们的模型变化矩阵，然后OpenGL就通过模型变换矩阵来给我们的点获得新的坐标。
同时，OpenGL为了保证我们的模型变换矩阵不至于变化之后无法恢复，提供了一个矩阵栈来保存矩阵。
大家还记得下列语句吗？现在我做些解释：
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity();
首先，指定操作矩阵类型为模型变换矩阵。然后，将这个矩阵置为单位矩阵。一个三维齐次坐标乘以一个单位矩阵，其结果不会产生任何改变，所以单位矩阵可以作为我们矩阵变换的基础。

下面，我们使用例子来演示。
现在，除非需要，否则不再给出完整的源代码而只给出关键的部分了：
void DrawMyLine(void)
{
glBegin(GL_LINES);
glVertex3f(0.0f,20.0f,0.0f);
glVertex3f(20.0f,20.0f,0.0f);
glEnd();
}

void RenderScene(void)
{
glClearColor(0,0,1,1);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);

glColor3f(1.0f,1.0,1.0f);
glBegin(GL_POINTS);
glVertex3f(0.0f,0.0f,0.0f);
glEnd();

glColor3f(1.0f,1.0f,0.0f);
DrawMyLine();

glPushMatrix();
glTranslatef(30.0f,0.0f,0.0f);
glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f);
DrawMyLine();
glPopMatrix();

glPushMatrix();
glTranslatef(-30.0f,-20.0f,0.0f);
glColor3f(0.0f,1.0f,0.0f);
DrawMyLine();
glPopMatrix();

glPushMatrix();
glRotatef(45.0f,0.0f,0.0f,1.0f);
glColor3f(0.0f,0.0f,0.0f);
DrawMyLine();
glTranslatef(-30.0f,0.0f,0.0f);
DrawMyLine();
glPopMatrix();

glPushMatrix();
glTranslatef(0.0f,-50.0f,0.0f);
glScalef(2.0f,1.0f,1.0f);
glColor3f(0.53f,0.5f,0.6f);
DrawMyLine();
glPopMatrix();

glFinish();
glutSwapBuffers();
}

在函数RenderScene中：
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
指定操作矩阵类型为模型变换矩阵。

glPushMatrix();
......
glPopMatrix();
保存矩阵以及恢复矩阵。

glTranslatef(30.0f,0.0f,0.0f);
将变换矩阵施加一个平移，参数表示xyz三个方向的平移量。

glRotatef(45.0f,0.0f,0.0f,1.0f);
将变换矩阵施加一个旋转，第一个参数表示旋转角度，后三个参数表示一个矢量，它是旋转轴。

glScalef(2.0f,1.0f,1.0f);
将变换矩阵施加一个放缩，三项参数分别是xyz三个方向上的放缩倍数。

在这段函数中，每次绘图调用同一个函数DrawMyLine，由于模型变换矩阵的不同，每次回出来的结果也就不一样。

下面大家可以自己自由组合，看看效果吧。

有了一定的变换基础，下面让我们来通过变换来达到三维效果。
我们的方法是把一个旋转施加到所有的变换之上。
下面给出完整的源代码：
// OpenGL04.cpp

#include <windows.h>
#include <gl\gl.h>
#include <gl\glu.h>
#include <gl\glut.h>

void DrawMyLine(void)
{
glBegin(GL_LINES);
glVertex3f(0.0f,20.0f,0.0f);
glVertex3f(20.0f,20.0f,0.0f);
glEnd();
}

void RenderScene(void)
{
glClearColor(0,0,1,1);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);

glColor3f(1.0f,1.0,1.0f);
glBegin(GL_POINTS);
glVertex3f(0.0f,0.0f,0.0f);
glEnd();

glColor3f(1.0f,1.0f,0.0f);
DrawMyLine();

glPushMatrix();
glTranslatef(30.0f,0.0f,0.0f);
glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f);
DrawMyLine();
glPopMatrix();

glPushMatrix();
glTranslatef(-30.0f,-20.0f,0.0f);
glColor3f(0.0f,1.0f,0.0f);
DrawMyLine();
glPopMatrix();

glPushMatrix();
glRotatef(45.0f,0.0f,0.0f,1.0f);
glColor3f(0.0f,0.0f,0.0f);
DrawMyLine();
glTranslatef(-30.0f,0.0f,0.0f);
DrawMyLine();
glPopMatrix();

glPushMatrix();
glTranslatef(0.0f,-50.0f,0.0f);
glScalef(2.0f,1.0f,1.0f);
glColor3f(0.53f,0.5f,0.6f);
DrawMyLine();
glPopMatrix();

glPushMatrix();
glRotatef(45.0f,0.0f,1.0f,0.0f);
glColor3f(0.0f,0.8f,0.8f);
DrawMyLine();
glRotatef(45.0f,0.0f,0.0f,1.0f);
glColor3f(1.0f,0.75f,0.0f);
DrawMyLine();
glPopMatrix();

glFinish();
glutSwapBuffers();
}

void ResetViewport(GLsizei width,GLsizei height)
{
if(height==0)height=1;
if(width==0)width=1;
glViewport(0,0,width,height);
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
glOrtho(-100.0f,100.0f,-100.0f,100.0f,-100.0f,100.0f);
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity();
}

void RotateScene(int key,int x,int y)
{
static GLfloat xRot=0,yRot=0;
if(key==GLUT_KEY_LEFT)yRot-=3;
if(key==GLUT_KEY_RIGHT)yRot+=3;
if(key==GLUT_KEY_UP)xRot+=3;
if(key==GLUT_KEY_DOWN)xRot-=3;

glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity();
glRotatef(xRot,1.0f,0.0f,0.0f);
glRotatef(yRot,0.0f,1.0f,0.0f);

glutPostRedisplay();
}

int main(void)
{
glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE|GLUT_RGBA);
glutCreateWindow("OpenGL04");
glutDisplayFunc(RenderScene);
glutReshapeFunc(ResetViewport);
glutSpecialFunc(RotateScene);
glutMainLoop();
return 0;
}

在函数main中，多了一句：
glutSpecialFunc(RotateScene);
这是设置glut的特殊响应函数，它对键盘上非字符键做响应，例如上下左右，F1等等。设置的函数对应格式为void (int key,int x,int y)，glut调用它时会传递三个参数，分别是按下的键值，按键时的鼠标x坐标和y坐标。

在函数RotateScene中：
static GLfloat xRot=0,yRot=0;
if(key==GLUT_KEY_LEFT)yRot-=3;
if(key==GLUT_KEY_RIGHT)yRot+=3;
if(key==GLUT_KEY_UP)xRot+=3;
if(key==GLUT_KEY_DOWN)xRot-=3;
这里判断按下的键，并且施加响应的计算，增大或者减少对不同坐标轴的旋转角度。

glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity();
glRotatef(xRot,1.0f,0.0f,0.0f);
glRotatef(yRot,0.0f,1.0f,0.0f);
这里操作模型变换矩阵，先置为单位矩阵，然后绕x轴旋转xRot角度，再绕y轴旋转yRot角度。这样将会使得模型变换矩阵已经旋转过了。

glutPostRedisplay();
通知glut库刷新窗口，即调用RenderScene重新绘图。

由于对模型变换矩阵的变换，所以所有RenderScene里的操作作为整体一开始就有变换，而作为整体之间的各个部分依然由RenderScene来决定。
这里造成的效果就是我们的显示看起来是3D的了。事实上，它们一开始就是3D的，而现在我们可以看出来了。

另外这段程序里有些地方做了一些改变，希望大家自己发现，不再一一叙述。

好，这次就到这里。

klaaa, 2003.03.19.