OpenGL案例--绘制公转和自转的效果

2020-07-21 本文已影响0人黑眼豆豆_

首先我们来看效果

公转自转效果.gif

由上图，我们可以看到，地面由蓝色的网格线组成，最中心有一个大球，地面上分布着小球，而有一个小球围着大球在再转。

渲染流程

渲染流程与之前的OpenGL使用小案例--绘制正方形并进行移动流程是一样的。

渲染流程
从main开始进入程序，我们在main函数中做了这么几件事：

setupRC()，设置我们的渲染环境，这是做为绘画进行一些准备工作，设置背景色，初始化shaderManager等等。

2.注册函数，GLUT 内部运行一个本地消息循环，拦截适当的消息。然后调用我们不同时间注册的回调函数。这就相当于iOS的block以及代理，在特定的时间会調起这些函数。

注册重塑函数:glutReshapeFunc(changeSize);,这个函数会在两个时间点进行触发：
1.程序运行时；
2.窗口大小改变时。
注册显示函数:glutDisplayFunc(RenderScene);这是整个项目的核心内容，在这个函数里，我们会进行图形的绘制。
注册特殊函数:glutSpecialFunc(SpecialKeys);这个函数中，我们点击特殊按钮，来改变图形位置，让图形移动。

glutMainLoop()，这个方法就是为程序提供一个runloop，保证程序处在一个循环中。

准备工作

首先我们需要定义一些变量。

我们定义了3个批次类，为 torusBatch ,sphereBatch floorBatch ,分别对应大球，小球和地板。
通过宏定义#define NUM_SPHERES 50定义了50个小球。

GLShaderManager     shaderManager;          // 着色器管理器
GLMatrixStack       modelViewMatrix;        // 模型视图矩阵堆栈
GLMatrixStack       projectionMatrix;       // 投影矩阵堆栈
GLFrustum           viewFrustum;            // 视景体
GLGeometryTransform transformPipeline;      // 几何图形变换管道

GLTriangleBatch     torusBatch;             //大球
GLTriangleBatch     sphereBatch;            //小球
GLBatch             floorBatch;          //地板

//角色帧 照相机角色帧
GLFrame   cameraFrame;

//**4、添加附加随机球
#define NUM_SPHERES 50
GLFrame spheres[NUM_SPHERES];

Main()

定义窗口大小glutInitWindowSize(800,600);
注册几个函数,
glutReshapeFunc(ChangeSize); 设置视口
glutDisplayFunc(RenderScene); 具体绘制
glutSpecialFunc(SpeacialKeys);特殊键位
SetupRC();初始化项目
glutMainLoop();运行一个循环，以免程序退出

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);
    glutSpecialFunc(SpeacialKeys);
    
    GLenum err = glewInit();
    if (GLEW_OK != err) {
        fprintf(stderr, "GLEW Error: %s\n", glewGetErrorString(err));
        return 1;
    }
    
    
    SetupRC();
    glutMainLoop();    
    return 0;
}

void ChangeSize(int nWidth, int nHeight)

首先，我们设置视口。

    //1. 设置视口
    glViewport(0, 0, nWidth, nHeight);

然后，设置投影矩阵，再将投影矩阵和模型视图矩阵一起存放到变换管道中。

   //2. 创建投影矩阵
   viewFrustum.SetPerspective(35.0f, float(nWidth)/float(nHeight), 1.0f, 100.0f);
   projectionMatrix.LoadMatrix(viewFrustum.GetProjectionMatrix());
    
    //3. 变换管道设置2个矩阵堆栈(管理)
    transformPipeline.SetMatrixStacks(modelViewMatrix, projectionMatrix);

绘制地板

void SetupRC()

首页在SetupRC中做些初始化的工作

清楚缓存中的颜色，并设置背景色为黑色
初始化固定着色器shaderManager
注意，由于项目中绘制了立体图形，所以要进行深度测试glEnable(GL_DEPTH_TEST);大家可以去看正背面剔除、深度测试这篇文章，具体讲到了深度测试。

    //1. 初始化
    glClearColor(0, 0, 0, 1);
    shaderManager.InitializeStockShaders();
    glEnable(GL_DEPTH_TEST);

接下来，将地板数据放入floorBatch这个批次类中。

//3. 地板数据(物体坐标系)
    floorBatch.Begin(GL_LINES, 324);
    for(GLfloat x = -20.0; x <= 20.0f; x+= 0.5) {
        floorBatch.Vertex3f(x, -0.55f, 20.0f);
        floorBatch.Vertex3f(x, -0.55f, -20.0f);
        
        floorBatch.Vertex3f(20.0f, -0.55f, x);
        floorBatch.Vertex3f(-20.0f, -0.55f, x);
    }
    floorBatch.End();

void SetupRC()

接下来绘制地板,我们使用平面着色器进行渲染
但是，首先，清除缓存

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

否则，页面会显示不出样式。

//4.地面绘制;
//定义地板线条颜色
static GLfloat vFloorColor[] = {0.0f,1.0f,0.0f,1.0f};
shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT,transformPipeline.GetModelViewProjectionMatrix(),vFloorColor);
 floorBatch.Draw();

还有，渲染完成后别忘了glutSwapBuffers();进行缓存区交换，从而渲染到屏幕上。

地板.png

绘制大球

void setupRC()

由于OpenGL为我们提供了绘制球的方法，所以在setupRC中我们只需要做一件事

//设置好球的参数后将参数存入torusBatch中
gltMakeSphere(torusBatch, 0.4f, 40, 80);

void RenderScene(void)

现在我们要让这个球进行自转，所以如下操作

首先，我们要在最前面压一个空栈

//压一个空栈
 modelViewMatrix.PushMatrix();

为什么要PushMatrix呢?因为我们这次绘制到屏幕之后，不能对下次操作产生影响，所以压一个栈让每次绘制到处于原始状态。

然后，我们要让球往里面移动，否则看不到

//移动
modelViewMatrix.Translate(0, 0, -3);

接下来，我们让球旋转

//定时器
    static CStopWatch roTimer;
    float yRot = roTimer.GetElapsedSeconds()*60.0f;

//
    modelViewMatrix.Rotate(yRot, 0, 1, 0);

最后绘制大球

//设置点光源的点
 M3DVector4f vLightPos = {0,10,5,1};

//使用点光源着色器
shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_POINT_LIGHT_DIFF,transformPipeline.GetModelViewMatrix(),transformPipeline.GetProjectionMatrix(),vLightPos,vTorusColor);
//绘制
torusBatch.Draw();
modelViewMatrix.PopMatrix();

但这个时候，球并不会转，因为我们并没有调用RenderScene,调用

glutPostRedisplay();

让球进行自转。效果如下:

绘制大球.png

绘制小球

void setupRC()

我们随机定义50个小球，如下

gltMakeSphere(sphereBatch, 0.1f, 30, 60);
    for (int i = 0 ; i<NUM_SPHERES; i++) {
        //Y值固定，x,z值随机
        GLfloat x = ((GLfloat)((random() % 400) - 200) *0.1f);
        GLfloat z = ((GLfloat)((random() % 400) - 200) *0.1f);
        spheres[i].SetOrigin(x,0.0f,z);
    }

我们随机定义球的x和z轴的坐标，而固定y轴的坐标保证球在同一个平面上。

void RenderScene(void)

我们for循环的将小球绘制到屏幕上
注意，push跟pop要成对出现。

for (int i = 0 ; i<NUM_SPHERES; i++) {
        modelViewMatrix.PushMatrix(spheres[i]);
        shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_POINT_LIGHT_DIFF,transformPipeline.GetModelViewMatrix(),transformPipeline.GetProjectionMatrix(),vLightPos,vSphereColor);
        sphereBatch.Draw();
        modelViewMatrix.PopMatrix();
    }

绘制旋转小球

此时我们仍然可以使用之前定义的sphereBatch
具体代码如下

    //旋转
    modelViewMatrix.Rotate(yRot * -2, 0, 1, 0);
    modelViewMatrix.Translate(0.8f, 0.0f, 0.0f);
    shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_POINT_LIGHT_DIFF,transformPipeline.GetModelViewMatrix(),transformPipeline.GetProjectionMatrix(),vLightPos,vSphereColor);
    sphereBatch.Draw();

此时不用push和pop,因为这是最后一个绘制，并不会影响前面的绘制

接入观察者

void SpecialKeys(int key, int x, int y)

我们用上下左右键位对cameraFrame进行控制

void SpecialKeys(int key, int x, int y){
    float linear = 0.1f;
    float angular = float(m3dDegToRad(5.0));
    //往外移动观察者
    if (key == GLUT_KEY_UP) {
        cameraFrame.MoveForward(-linear);
    }
    //往里移动观察者
    if (key == GLUT_KEY_DOWN) {
        cameraFrame.MoveForward(linear);
    }
    //观察者视角往左移动
    if (key == GLUT_KEY_LEFT) {
        cameraFrame.RotateWorld(angular, 0.0, 1.0, 0.0);
    }
    //观察者视角往右移动
    if (key == GLUT_KEY_RIGHT) {
        cameraFrame.RotateWorld(-angular, 0.0, 1.0, 0.0);
    }
}

最后把观察者压栈放入矩阵中

void RenderScene(void)

    //将观察者放入矩阵中
    M3DMatrix44f mCamare;
    cameraFrame.GetCameraMatrix(mCamare);
    modelViewMatrix.PushMatrix(mCamare);

注意，push跟pop要成对出现

    modelViewMatrix.PopMatrix();

运行后就是我们最终的效果了。

OpenGL案例--绘制公转和自转的效果

渲染流程

准备工作

Main()

void ChangeSize(int nWidth, int nHeight)

绘制地板

void SetupRC()

void SetupRC()

绘制大球

void setupRC()

void RenderScene(void)

绘制小球

void setupRC()

void RenderScene(void)

绘制旋转小球

接入观察者

void SpecialKeys(int key, int x, int y)

void RenderScene(void)

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