OpenGL矩阵和矩阵堆栈与基础变换的理解和使用

2019-05-23  本文已影响0人  盾子 
// GLTool.h头文件包含了大部分GLTool中类似C语言的独立函数
#include "GLTools.h"
// 矩阵⼯工具类,⽤用来快速设置正/透视投影
#include "GLFrustum.h"
// 三⻆角形批次类,帮助类,利利⽤用它可以传输顶点/光照/纹理理/颜⾊色数据到存储着⾊色器器中
#include "GLBatch.h"
#include "StopWatch.h"
// 数学库
#include <math.h>
#ifdef __APPLE__
#include <glut/glut.h>
#else
#define FREEGLUT_STATIC
#include <GL/glut.h>
#endif

// 设置图元绘制时的投影方式
GLFrustum           viewFrustum;
//  存储着⾊色器器管理理⼯工具类.
GLShaderManager     shaderManager;
GLTriangleBatch     torusBatch;


// 设置视口和投影矩阵
void ChangeSize(int w, int h)
{
    //防止除以零
    if(h == 0)
        h = 1;
    
    //将视口设置为窗口尺寸
    glViewport(0, 0, w, h);
    
    //设置透视投影
    viewFrustum.SetPerspective(35.0f, float(w)/float(h), 1.0f, 1000.0f);
}

//召唤场景
void RenderScene(void)
{
    //清除屏幕、深度缓存区
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
    
    //1.建立基于时间变化的动画
    static CStopWatch rotTimer;
    //当前时间 * 60s
    float yRot = rotTimer.GetElapsedSeconds() * 60.0f;
    
    //2.矩阵变量
    /*
     mTranslate: 平移
     mRotate: 旋转
     mModelview: 模型视图
     mModelViewProjection: 模型视图投影MVP
     */
    M3DMatrix44f mTranslate, mRotate, mModelview, mModelViewProjection;
    
    //创建一个4*4矩阵变量，将花托沿着Z轴负方向移动2.5个单位长度
    m3dTranslationMatrix44(mTranslate, 0.0f, 0.0f, -2.5f);
    
    //创建一个4*4矩阵变量，将花托在Y轴上渲染yRot度，yRot根据经过时间设置动画帧率
     m3dRotationMatrix44(mRotate, m3dDegToRad(yRot), 0.0f, 1.0f, 0.0f);
    
    //为mModerView 通过矩阵旋转矩阵、移动矩阵相乘，将结果添加到mModerView上
    m3dMatrixMultiply44(mModelview, mTranslate, mRotate);
    
    // 将投影矩阵乘以模型视图矩阵，将变化结果通过矩阵乘法应用到mModelViewProjection矩阵上
    //注意顺序: 投影 * 模型 != 模型 * 投影
     m3dMatrixMultiply44(mModelViewProjection, viewFrustum.GetProjectionMatrix(),mModelview);
  
    //绘图颜色
    GLfloat vBlack[] = { 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f };
    
    //通过平面着色器提交矩阵，和颜色。
    shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT, mModelViewProjection, vBlack);
    //开始绘图
    torusBatch.Draw();
    
    // 交换缓冲区，并立即刷新
    glutSwapBuffers();
    glutPostRedisplay();
}

void SetupRC()
{
    //1.
    glClearColor(0.8f, 0.8f, 0.8f, 1.0f );
    shaderManager.InitializeStockShaders();
    glEnable(GL_DEPTH_TEST);
   
    //2.形成一个球
    gltMakeSphere(torusBatch, 0.4f, 10, 20);
    glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_LINE);
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    gltSetWorkingDirectory(argv[0]);
    
    glutInit(&argc, argv);
    glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGBA | GLUT_DEPTH | GLUT_STENCIL);
    glutInitWindowSize(800, 600);
    glutCreateWindow("ModelViewProjection Example");
    glutReshapeFunc(ChangeSize);
    glutDisplayFunc(RenderScene);
    
    
    GLenum err = glewInit();
    if (GLEW_OK != err) {
        fprintf(stderr, "GLEW Error: %s\n", glewGetErrorString(err));
        return 1;
    }
    
    SetupRC();
    
    glutMainLoop();
    return 0;
}

#include "GLTools.h"
#include "GLShaderManager.h"
#include "GLFrustum.h"
#include "GLBatch.h"
#include "GLMatrixStack.h"
#include "GLGeometryTransform.h"
#include "StopWatch.h"

#include <math.h>
#include <stdio.h>

#ifdef __APPLE__
#include <glut/glut.h>
#else
#define FREEGLUT_STATIC
#include <GL/glut.h>
#endif

GLShaderManager     shaderManager;          // 着色器管理器
GLMatrixStack       modelViewMatrix;        // 模型视图矩阵
GLMatrixStack       projectionMatrix;       // 投影矩阵
GLFrustum           viewFrustum;            // 视景体
GLGeometryTransform transformPipeline;      // 几何图形变换管道
GLTriangleBatch     torusBatch;             // 花托批处理
//角色帧 照相机角色帧
GLFrame             cameraFrame;

void SetupRC()
{
    // 初始化着色器管理器
    shaderManager.InitializeStockShaders();
    
    //开启深度测试
    glEnable(GL_DEPTH_TEST);
    
    //设置清屏颜色到颜色缓存区
    glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
    
    //绘制甜甜圈
    gltMakeTorus(torusBatch, 0.4f, 0.15f, 30, 30);
    
}


// 屏幕更改大小或已初始化
void ChangeSize(int nWidth, int nHeight)
{
    glViewport(0, 0, nWidth, nHeight);
    
    // 创建投影矩阵，。
    viewFrustum.SetPerspective(35.0f, float(nWidth)/float(nHeight), 1.0f, 100.0f);
    
    //并将其加载到投影矩阵堆栈上
    projectionMatrix.LoadMatrix(viewFrustum.GetProjectionMatrix());
    
    // 设置变换管道以使用两个矩阵堆栈（变换矩阵modelViewMatrix ，投影矩阵projectionMatrix）
    //初始化GLGeometryTransform 的实例transformPipeline.通过将它的内部指针设置为模型视图矩阵堆栈 和 投影矩阵堆栈实例，来完成初始化
    //当然这个操作也可以在SetupRC 函数中完成，但是在窗口大小改变时或者窗口创建时设置它们并没有坏处。而且这样可以一次性完成矩阵和管线的设置。
    transformPipeline.SetMatrixStacks(modelViewMatrix, projectionMatrix);
}


//进行调用以绘制场景
void RenderScene(void)
{
    static GLfloat vTorusColor[] = { 1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f };
    
    // 基于时间动画
    static CStopWatch   rotTimer;
    float yRot = rotTimer.GetElapsedSeconds() * 60.0f;
    
    // 清除颜色缓存区和深度缓冲区
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
    
    //**3、设置照相机矩阵
    M3DMatrix44f mCamera;
    //**3、从camraFrame中获取一个4*4的矩阵；
    cameraFrame.GetCameraMatrix(mCamera);
    //**3、将照相机矩阵压入模型视图堆栈中
    modelViewMatrix.PushMatrix(mCamera);
    
    // 绘制旋转甜甜圈
    //modelViewMatrix 顶部矩阵沿着z轴移动2.5单位
    modelViewMatrix.Translate(0.0f, 0.0f, -2.5f);
    
    modelViewMatrix.PushMatrix();
    
    //modelViewMatrix 顶部矩阵旋转yRot度
    modelViewMatrix.Rotate(yRot, 0.0f, 1.0f, 0.0f);
  
    //使用平面着色器 变换管道中的投影矩阵 和 变换矩阵 相乘的矩阵，指定甜甜圈颜色
    shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT, transformPipeline.GetModelViewProjectionMatrix(),vTorusColor);
    
    //开始绘制
    torusBatch.Draw();
    
    // 恢复modelViewMatrix矩阵，移除矩阵堆栈
    //使用PopMatrix推出刚刚变换的矩阵，然后恢复到单位矩阵
    modelViewMatrix.PopMatrix();
    
    //**恢复矩阵**   push跟pop一一对应，push几次就要pop几次。
    modelViewMatrix.PopMatrix();
    
    // 执行缓存区交换
    glutSwapBuffers();
    
    // 告诉glut在显示一遍
    glutPostRedisplay();
}


int main(int argc, char* argv[])
{
    gltSetWorkingDirectory(argv[0]);
    
    glutInit(&argc, argv);
    glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB | GLUT_DEPTH);
    glutInitWindowSize(800,600);
    
    glutCreateWindow("OpenGL SphereWorld");
    
    glutReshapeFunc(ChangeSize);
    glutDisplayFunc(RenderScene);
    
    GLenum err = glewInit();
    if (GLEW_OK != err) {
        fprintf(stderr, "GLEW Error: %s\n", glewGetErrorString(err));
        return 1;
    }
    
    SetupRC();
    glutMainLoop();    
    return 0;
}
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