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OPENGL学习（四）GLUT三维图像绘制
2022-07-24 18:42:00 【季马宝宝】
对于三维目标来说，最主要的就是有坐标变换问题，也就是说有视角问题
1.绘制一个旋转的立方体（普通视角变换）
下面这个程序只是我们看的方向一直在转，不是物体真的在转
#include <gl/glut.h>
#include <iostream>
#include <vector>
//绕每个轴旋转的角度
GLfloat angle_x = 30;
GLfloat angle_y = 30;
GLfloat angle_z = 30;
//点结构体
struct Point {
GLfloat x, y, z;//位置
GLfloat r, g, b;//颜色
Point() = default;
};
//定义一个Point数组为面，每个面包括四个点
using face=std::vector<Point>;
//faces数组中存了所有面
std::vector<face> Faces;
//立方体顶点
GLfloat vertexes[8][3] = {
{
1.0, 1.0, 1.0},
{
1.0,-1.0, 1.0},
{
-1.0,-1.0, 1.0},
{
-1.0, 1.0, 1.0},
{
1.0, 1.0,-1.0},
{
1.0,-1.0,-1.0},
{
-1.0,-1.0,-1.0},
{
-1.0, 1.0,-1.0} };
//立方体六个面
int facesId[6][4] = {
{
0, 1, 2, 3},
{
4, 5, 6, 7},
{
0, 4, 7, 3},
{
1, 5, 6, 2},
{
0, 4, 5, 1},
{
3, 7, 6, 2} };
//六个面分别的颜色
GLfloat facesColor[6][3] = {
{
1.0, 1.0, 0.0},
{
1.0, 0.0, 1.0},
{
0.0, 1.0, 1.0},
{
1.0, 0.0, 0.0},
{
0.0, 1.0, 0.0},
{
0.0, 0.0, 1.0}};
//画一个面
void drawFace(face& points)
{
glBegin(GL_POLYGON);
for(auto &pt:points)
{
glColor3f(pt.r, pt.g, pt.b);
glVertex3f(pt.x, pt.y, pt.z);
}
glEnd();
}
//当窗口发生变化（如改变大小）时自动调用
void mydisplay()
{
//清除颜色缓存
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
for (auto &tmp_face : Faces)
{
drawFace(tmp_face);
}
//修改视角
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity();
glRotatef(angle_x, 1, 0, 0);
glRotatef(angle_y, 0, 1, 0);
glRotatef(angle_z, 0, 0, 1);
//使用DOUBLE_BUFFER后，使用以下代码来交换前后台内存
glutSwapBuffers();
}
//初始化函数，一般包括视角等
void init()
{
//全屏颜色变成黑色
glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
//开启深度，阻挡后面的元素
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
//改变投影视图，
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
//opengl是一个状态机，要先清空之前的变换矩阵数据，所以每次视角操作时都要先变为单位矩阵
glLoadIdentity();
glOrtho(-2.0, 2.0, -2.0, 2.0, -2.0, 2.0);
//修改视角
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity();
glRotatef(angle_x, 1, 0, 0);
glRotatef(angle_y, 0, 1, 0);
glRotatef(angle_z, 0, 0, 1);
}
//初始化六个面数组
void initVertexes()
{
for (int i = 0; i < 6; i++)
{
face tmp_face;
for (int j = 0; j < 4; j++)
{
Point pt;
pt.x = vertexes[facesId[i][j]][0];
pt.y = vertexes[facesId[i][j]][1];
pt.z = vertexes[facesId[i][j]][2];
pt.r = facesColor[i][0];
pt.g = facesColor[i][1];
pt.b = facesColor[i][2];
tmp_face.emplace_back(pt);
}
Faces.push_back(tmp_face);
}
}
//旋转函数
void rotate(int x)
{
angle_x += 1;
if (angle_x >= 360)angle_x = 0;
//立刻绘制
glutPostRedisplay();
//设置新定时器
glutTimerFunc(10, rotate, 0);
}
int main(int argc, char** argv)
{
glutInit(&argc, argv);
//displayMode，增加GLUT_DEPTH使得深度
glutInitDisplayMode( GLUT_DOUBLE|GLUT_RGB|GLUT_DEPTH);
//设置窗口名
glutCreateWindow("Cubic");
//初始化六个面
initVertexes();
//设置定时函数
glutTimerFunc(10, rotate, 0);
//绑定display函数
glutDisplayFunc(mydisplay);
//设定opengl初始状态
init();
//开启窗口循环
glutMainLoop();
return 0;
}
2.绘制一个旋转的立方体（透视视角变化）
透视函数参数图下所示
#include <gl/glut.h>
#include <iostream>
#include <vector>
//绕每个轴旋转的角度
GLfloat angle_x = 30;
GLfloat angle_y = 30;
GLfloat angle_z = 30;
//点结构体
struct Point {
GLfloat x, y, z;//位置
GLfloat r, g, b;//颜色
Point() = default;
};
//定义一个Point数组为面，每个面包括四个点
using face=std::vector<Point>;
//faces数组中存了所有面
std::vector<face> Faces;
//立方体顶点
GLfloat vertexes[8][3] = {
{
1.0, 1.0, 1.0},
{
1.0,-1.0, 1.0},
{
-1.0,-1.0, 1.0},
{
-1.0, 1.0, 1.0},
{
1.0, 1.0,-1.0},
{
1.0,-1.0,-1.0},
{
-1.0,-1.0,-1.0},
{
-1.0, 1.0,-1.0} };
//立方体六个面
int facesId[6][4] = {
{
0, 1, 2, 3},
{
4, 5, 6, 7},
{
0, 4, 7, 3},
{
1, 5, 6, 2},
{
0, 4, 5, 1},
{
3, 7, 6, 2} };
//六个面分别的颜色
GLfloat facesColor[6][3] = {
{
1.0, 1.0, 0.0},
{
1.0, 0.0, 1.0},
{
0.0, 1.0, 1.0},
{
1.0, 0.0, 0.0},
{
0.0, 1.0, 0.0},
{
0.0, 0.0, 1.0}};
//画一个面
void drawFace(face& points)
{
glBegin(GL_POLYGON);
for(auto &pt:points)
{
glColor3f(pt.r, pt.g, pt.b);
glVertex3f(pt.x, pt.y, pt.z);
}
glEnd();
//修改视角
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity();
gluLookAt(0, 0, 4, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0);
glRotatef(angle_x, 1, 0, 0);
glRotatef(angle_y, 0, 1, 0);
glRotatef(angle_z, 0, 0, 1);
}
//当窗口发生变化（如改变大小）时自动调用
void mydisplay()
{
//清除颜色缓存
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
for (auto &tmp_face : Faces)
{
drawFace(tmp_face);
}
//使用DOUBLE_BUFFER后，使用以下代码来交换前后台内存
glutSwapBuffers();
}
//初始化函数，一般包括视角等
void init()
{
//全屏颜色变成黑色
glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
//开启深度，阻挡后面的元素
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
//改变投影视图，
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
//opengl是一个状态机，要先清空之前的变换矩阵数据，所以每次视角操作时都要先变为单位矩阵
glLoadIdentity();
//使用透视变换，也可以使用gluPerspective函数，参数有所不同
glFrustum(-2.0, 2.0, -2.0, 2.0, 2.0, 20.0);
//修改视角
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity();
gluLookAt(0, 0, 4, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0);
glRotatef(angle_x, 1, 0, 0);
glRotatef(angle_y, 0, 1, 0);
glRotatef(angle_z, 0, 0, 1);
}
//初始化六个面数组
void initVertexes()
{
for (int i = 0; i < 6; i++)
{
face tmp_face;
for (int j = 0; j < 4; j++)
{
Point pt;
pt.x = vertexes[facesId[i][j]][0];
pt.y = vertexes[facesId[i][j]][1];
pt.z = vertexes[facesId[i][j]][2];
pt.r = facesColor[i][0];
pt.g = facesColor[i][1];
pt.b = facesColor[i][2];
tmp_face.emplace_back(pt);
}
Faces.push_back(tmp_face);
}
}
//旋转函数
void rotate(int x)
{
angle_x += 1;
if (angle_x >= 360)angle_x = 0;
//立刻绘制
glutPostRedisplay();
//设置新定时器
glutTimerFunc(10, rotate, 0);
}
int main(int argc, char** argv)
{
glutInit(&argc, argv);
//displayMode，增加GLUT_DEPTH使得深度
glutInitDisplayMode( GLUT_DOUBLE|GLUT_RGB|GLUT_DEPTH);
//设置窗口名
glutCreateWindow("Cubic");
//初始化六个面
initVertexes();
//设置定时函数
glutTimerFunc(10, rotate, 0);
//绑定display函数
glutDisplayFunc(mydisplay);
//设定opengl初始状态
init();
//开启窗口循环
glutMainLoop();
return 0;
}
3.画两个旋转方向不同的立方体
核心在于理解这段代码：
下面这段代码使我们看到 ( − 1.1 , − 1.1 , 0 ) (-1.1,-1.1,0) (−1.1,−1.1,0)处一个立方体在绕自己的轴旋转。
M1,M2,M3,M4分别代表四个变换矩阵的话， p ′ = M 1 M 2 M 3 M 4 p p'=M_1M_2M_3M_4p p′=M1M2M3M4p，越后面的代码越先作用于p，是一个从物体坐标系转移到视角坐标系的过程。M4、M3、M2都可以理解为以物体坐标系为基准的操作（即直接操作物体）M4将其移动到原点，M3将其绕y轴旋转，M2将其移动回去，连起来就是原地旋转。最后M1将它投射到我们的视角坐标系中。
glLoadIdentity();
gluLookAt(0, 0, 6, 0, 0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0); //M1
glTranslatef(-1.1,-1.1,0.0); //M2
glRotatef(angle_x, 0, 1, 0); //M3
glTranslatef(1.1, 1.1, 0.0); //M4
完整代码：
#include <gl/glut.h>
#include <iostream>
#include <vector>
//绕每个轴旋转的角度
GLfloat angle_x = 30;
GLfloat angle_y = 30;
GLfloat angle_z = 30;
//点结构体
struct Point {
GLfloat x, y, z;//位置
GLfloat r, g, b;//颜色
Point() = default;
};
//定义一个Point数组为面，每个面包括四个点
using face=std::vector<Point>;
//faces数组中存了所有面
std::vector<face> Cube1;
std::vector<face> Cube2;
//立方体顶点
GLfloat vertexes[8][3] = {
{
1.0, 1.0, 1.0},
{
1.0,-1.0, 1.0},
{
-1.0,-1.0, 1.0},
{
-1.0, 1.0, 1.0},
{
1.0, 1.0,-1.0},
{
1.0,-1.0,-1.0},
{
-1.0,-1.0,-1.0},
{
-1.0, 1.0,-1.0} };
//立方体六个面
int facesId[6][4] = {
{
0, 1, 2, 3},
{
4, 5, 6, 7},
{
0, 4, 7, 3},
{
1, 5, 6, 2},
{
0, 4, 5, 1},
{
3, 7, 6, 2} };
//六个面分别的颜色
GLfloat facesColor[6][3] = {
{
1.0, 1.0, 0.0},
{
1.0, 0.0, 1.0},
{
0.0, 1.0, 1.0},
{
1.0, 0.0, 0.0},
{
0.0, 1.0, 0.0},
{
0.0, 0.0, 1.0}};
//画一个面
void drawFace(face& points)
{
glBegin(GL_POLYGON);
for(auto &pt:points)
{
glColor3f(pt.r, pt.g, pt.b);
glVertex3f(pt.x, pt.y, pt.z);
}
glEnd();
}
//当窗口发生变化（如改变大小）时自动调用
void mydisplay()
{
//清除颜色缓存
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
//修改视角
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity();
gluLookAt(0, 0, 6, 0, 0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0);
glTranslatef(-1.1,-1.1,0.0);
glRotatef(angle_x, 0, 1, 0);
glTranslatef(1.1, 1.1, 0.0);
for (auto &tmp_face : Cube1)
{
drawFace(tmp_face);
}
//修改视角
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity();
gluLookAt(0, 0, 6, 0, 0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0);
glTranslatef(1.1, 1.1, 0.0);
glRotatef(angle_x, 0, -1, 0);
glTranslatef(-1.1, -1.1, 0.0);
for (auto& tmp_face : Cube2)
{
drawFace(tmp_face);
}
//使用DOUBLE_BUFFER后，使用以下代码来交换前后台内存
glutSwapBuffers();
}
//初始化函数，一般包括视角等
void init()
{
//全屏颜色变成黑色
glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
//开启深度，阻挡后面的元素
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
//改变投影视图，
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
//opengl是一个状态机，要先清空之前的变换矩阵数据，所以每次视角操作时都要先变为单位矩阵
glLoadIdentity();
//使用透视变换，也可以使用gluPerspective函数，参数有所不同
glFrustum(-2.0, 2.0, -2.0, 2.0, 2.0, 20.0);
}
//初始化六个面数组
void initVertexes()
{
for (int i = 0; i < 6; i++)
{
face tmp_face1;
face tmp_face2;
for (int j = 0; j < 4; j++)
{
Point pt;
pt.x = vertexes[facesId[i][j]][0]-1.1;
pt.y = vertexes[facesId[i][j]][1]-1.1;
pt.z = vertexes[facesId[i][j]][2];
pt.r = facesColor[i][0];
pt.g = facesColor[i][1];
pt.b = facesColor[i][2];
tmp_face1.emplace_back(pt);
pt.x = vertexes[facesId[i][j]][0]+1.1;
pt.y = vertexes[facesId[i][j]][1]+1.1;
pt.r = facesColor[i][0];
pt.g = facesColor[i][1];
pt.b = facesColor[i][2];
tmp_face2.emplace_back(pt);
}
Cube1.push_back(tmp_face1);
Cube2.push_back(tmp_face2);
}
}
//旋转函数
void rotate(int x)
{
angle_x += 1;
if (angle_x >= 360)angle_x = 0;
//立刻绘制
glutPostRedisplay();
//设置新定时器
glutTimerFunc(10, rotate, 0);
}
int main(int argc, char** argv)
{
glutInit(&argc, argv);
//displayMode，增加GLUT_DEPTH使得深度
glutInitDisplayMode( GLUT_DOUBLE|GLUT_RGB|GLUT_DEPTH);
//设置窗口名
glutCreateWindow("Cubic");
//初始化六个面
initVertexes();
//设置定时函数
glutTimerFunc(10, rotate, 0);
//绑定display函数
glutDisplayFunc(mydisplay);
//设定opengl初始状态
init();
//开启窗口循环
glutMainLoop();
return 0;
}
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