OpenGL学习笔记（四）

2017-05-07

C++

Word count: 3.3k | Reading time≈ 14 min

龙云尧个人博客，转载请注明出处。

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图像旋转

接下来我们将学习图像旋转。图像的旋转通过调用glRotatef(Angle,Xvector,Yvector,Zvector)实现。Angle表示旋转角度（注意是角度不是弧度），Xvector表示沿X轴旋转，Yvector表示沿着Y轴旋转，Zvector表示沿着Z轴旋转。注意旋转角度和RGB设置不一样，RGB的范围是0.0f-1.0f，而角度旋转的范围是0.0f-360.0f(其实可以超过360.0f，不过为了避免溢出我们应该将其做一个约束)。

图像的旋转方向遵循右手定则，即右手握住旋转的轴，右手大拇指朝向轴的正方向，那么你右手其他手指所朝的方向便为正方向。

为了实现图像的旋转，我们将尝试调用一个glRotatef方法。

首先我们还是在DrawGLScene方法中，通过glTranslatef确定绘点以后，我们就可以插入glRotatef(rtri, 0.0f, 0.0f, 1.0f)来绕着Z轴旋转。为此我们需要定义一个GLfloat类型的全局变量rtri。同时在DrawGLScene方法结束之前我们需要不断改变rtri的值来实现图像的旋转工作。

最终的参考代码如下（注意需要自己定义一个全局变量rtri）。

int DrawGLScene(GLvoid)                                 // 从这里开始进行所有的绘制
{
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT); // 清除屏幕和深度缓存
    glLoadIdentity();                                   // 重置当前的模型观察矩阵
    //当您调用glLoadIdentity()之后，您实际上将当前点移到了屏幕中心，X坐标轴从左至右，Y坐标轴从下至上，Z坐标轴从里至外。
    //中心左面的坐标值是负值，右面是正值。移向屏幕顶端是正值，移向屏幕底端是负值。移入屏幕深处是负值，移出屏幕则是正值。 

    //glTranslatef(x, y, z)沿着 X, Y 和 Z 轴移动。
    //根据前面的次序，下面的代码沿着X轴左移1.5个单位，Y轴不动(0.0f)，最后移入屏幕6.0f个单位。
    //注意在glTranslatef(x, y, z)中当您移动的时候，您并不是相对屏幕中心移动，而是相对与当前所在的屏幕位置。
    glTranslatef(-1.5f, 0.0f, -6.0f);                   // 左移 1.5 单位，并移入屏幕 6.0
    glRotatef(rtri, 0.0f, 0.0f, 1.0f);                      // Rotate The Triangle On The Y axis ( NEW )
    //glBegin(GL_TRIANGLES)的意思是开始绘制三角形，glEnd() 告诉OpenGL三角形已经创建好了。
    //本节的简单示例中，我们只画一个三角形。如果要画第二个三角形的话，可以在这三点之后，再加三行代码(3点)。
    glBegin(GL_TRIANGLES);                              // Drawing Using Triangles
    //接下来的一行代码设置三角形的第一个顶点(三角形的上顶点)，并使用当前颜色(红色)来绘制。
    glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);                        // 设置当前色为红色
    glVertex3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);                       // Top
    glColor3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);                        // 设置当前色为绿色
    glVertex3f(-1.0f, -1.0f, 0.0f);                     // Bottom Left
    glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);                        // 设置当前色为蓝色
    glVertex3f(1.0f, -1.0f, 0.0f);                      // Bottom Right
    glEnd();                                            // Finished Drawing The Triangle
    //在屏幕的左半部分画完三角形后，我们要移到右半部分来画正方形。为此要再次使用glTranslate。
    glTranslatef(3.0f, 0.0f, 0.0f);                     // Move Right 3 Units
    //现在使用GL_QUADS绘制正方形。
    glBegin(GL_QUADS);                                  // Draw A Quad
    //glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);                      // 将当前色设置为蓝色
    glVertex3f(-1.0f, 1.0f, 0.0f);                      // Top Left
    glVertex3f(1.0f, 1.0f, 0.0f);                       // Top Right
    //glColor3f(0.0f, 0.1f, 0.0f);                      // 将当前色设置为蓝色
    glVertex3f(1.0f, -1.0f, 0.0f);                      // Bottom Right
    glVertex3f(-1.0f, -1.0f, 0.0f);                     // Bottom Left
    glEnd();                                            // Done Drawing The Quad
    rtri += 0.2f;                                           // Increase The Rotation Variable For The Triangle ( NEW )
    return TRUE;                                        // Everything Went OK
}

实现的效果如下图所示。

section3.1

上述方法实现了整个画面绕着Z轴旋转的情况，我们接下来将实现两个图像分别旋转的场景。

首先我们尝试直接在绘制矩形之前，直接开始对矩形矩形旋选，旋转结果如下所示。

section3.2

这个时候我们发现矩形的旋转很异常，他并不是按照我们理想的情况下绕着自己的X轴旋转。这是因为在之前的三角形旋转过程中，实际在旋转的是整个坐标系（这样做是很有道理里的，它能让我们很方便的画出这个三角形，而不用费心计算每个点在固定参考坐标系下旋转之后新的坐标位置）。

为了解决这个问题，我们在三角形旋转完毕之后，应该重新调用glLoadIdentity进行坐标初始化。然后我们重新设置绘点glTranslatef，注意这个时候绘点的参数应该为(1.5f, 0.0f, -6.0f)，因为重置后绘点坐标为(0.0, 0.0, 0.0)，我们应该将矩形的绘点设置到和三角形相同的位置上。

最终的两个图形的旋转的参考代码如下。

int DrawGLScene(GLvoid)                                 // 从这里开始进行所有的绘制
{
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT); // 清除屏幕和深度缓存
    glLoadIdentity();                                   // 重置当前的模型观察矩阵
    //当您调用glLoadIdentity()之后，您实际上将当前点移到了屏幕中心，X坐标轴从左至右，Y坐标轴从下至上，Z坐标轴从里至外。
    //中心左面的坐标值是负值，右面是正值。移向屏幕顶端是正值，移向屏幕底端是负值。移入屏幕深处是负值，移出屏幕则是正值。 

    //glTranslatef(x, y, z)沿着 X, Y 和 Z 轴移动。
    //根据前面的次序，下面的代码沿着X轴左移1.5个单位，Y轴不动(0.0f)，最后移入屏幕6.0f个单位。
    //注意在glTranslatef(x, y, z)中当您移动的时候，您并不是相对屏幕中心移动，而是相对与当前所在的屏幕位置。
    glTranslatef(-1.5f, 0.0f, -6.0f);                   // 左移 1.5 单位，并移入屏幕 6.0
    glRotatef(rtri, 0.0f, 0.0f, 1.0f);                  // Rotate The Triangle On The Y axis ( NEW )
    //glBegin(GL_TRIANGLES)的意思是开始绘制三角形，glEnd() 告诉OpenGL三角形已经创建好了。
    //本节的简单示例中，我们只画一个三角形。如果要画第二个三角形的话，可以在这三点之后，再加三行代码(3点)。
    glBegin(GL_TRIANGLES);                              // Drawing Using Triangles
    //接下来的一行代码设置三角形的第一个顶点(三角形的上顶点)，并使用当前颜色(红色)来绘制。
    glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);                        // 设置当前色为红色
    glVertex3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);                       // Top
    glColor3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);                        // 设置当前色为绿色
    glVertex3f(-1.0f, -1.0f, 0.0f);                     // Bottom Left
    glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);                        // 设置当前色为蓝色
    glVertex3f(1.0f, -1.0f, 0.0f);                      // Bottom Right
    glEnd();                                            // Finished Drawing The Triangle
    //在屏幕的左半部分画完三角形后，我们要移到右半部分来画正方形。为此要再次使用glTranslate。
    glLoadIdentity();                                   // 重置模型观察矩阵
    glTranslatef(1.5f, 0.0f, -6.0f);                        // Move Right 3 Units
    glRotatef(rquad, 1.0f, 0.0f, 0.0f);                 //  绕X轴旋转四边形
    //现在使用GL_QUADS绘制正方形。
    glBegin(GL_QUADS);                                  // Draw A Quad
    //glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);                      // 将当前色设置为蓝色
    glVertex3f(-1.0f, 1.0f, 0.0f);                      // Top Left
    glVertex3f(1.0f, 1.0f, 0.0f);                       // Top Right
    //glColor3f(0.0f, 0.1f, 0.0f);                      // 将当前色设置为蓝色
    glVertex3f(1.0f, -1.0f, 0.0f);                      // Bottom Right
    glVertex3f(-1.0f, -1.0f, 0.0f);                     // Bottom Left
    glEnd();                                            // Done Drawing The Quad
    if (rtri >= 360.0f) rtri -= 360.0;                  // control the range of the rtri
    if (rtri <= 0.0f) rtri += 360.0;
    rtri += 0.2f;                                       // Increase The Rotation Variable For The Triangle ( NEW )
    rquad -= 0.15f;      // 减少四边形的旋转变量
    return TRUE;                                        // Everything Went OK
}

3D图像的旋转

我们已经实现了对2D图像的构建着色以及选装，接下来我们将实现一个3D图像的构建以及旋转。

我们在之前构建三角形的教程中已经知道，在glBegin和glEnd之间可以有很多次相同形状的绘制，所以我们将利用这个特点在实验中利用4个三角形绘制一个金字塔，用6个矩形绘制一个立方体。

绘制过程我们就不再赘述了，旋转方式我们在上一次实验中也已经了解了，所以我们直接上代码和结果图。

int DrawGLScene(GLvoid)                                 // 从这里开始进行所有的绘制
{
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT); // 清除屏幕和深度缓存
    glLoadIdentity();                                   // 重置当前的模型观察矩阵
    //当您调用glLoadIdentity()之后，您实际上将当前点移到了屏幕中心，X坐标轴从左至右，Y坐标轴从下至上，Z坐标轴从里至外。
    //中心左面的坐标值是负值，右面是正值。移向屏幕顶端是正值，移向屏幕底端是负值。移入屏幕深处是负值，移出屏幕则是正值。 

    //glTranslatef(x, y, z)沿着 X, Y 和 Z 轴移动。
    //根据前面的次序，下面的代码沿着X轴左移1.5个单位，Y轴不动(0.0f)，最后移入屏幕6.0f个单位。
    //注意在glTranslatef(x, y, z)中当您移动的时候，您并不是相对屏幕中心移动，而是相对与当前所在的屏幕位置。
    glTranslatef(-1.5f, 0.0f, -6.0f);                   // 左移 1.5 单位，并移入屏幕 6.0
    glRotatef(rtri, 1.0f, 0.0f, 0.0f);                  // Rotate The Triangle On The Y axis ( NEW )
    //glBegin(GL_TRIANGLES)的意思是开始绘制三角形，glEnd() 告诉OpenGL三角形已经创建好了。
    //本节的简单示例中，我们只画一个三角形。如果要画第二个三角形的话，可以在这三点之后，再加三行代码(3点)。
    glBegin(GL_TRIANGLES);                              // Drawing Using Triangles
    //接下来的一行代码设置三角形的第一个顶点(三角形的上顶点)，并使用当前颜色(红色)来绘制。
    glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);                        // Red
    glVertex3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);                   // Top Of Triangle (Front)
    glColor3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);                        // Green
    glVertex3f(-1.0f, -1.0f, 1.0f);                 // Left Of Triangle (Front)
    glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);                        // Blue
    glVertex3f(1.0f, -1.0f, 1.0f);                  // Right Of Triangle (Front)
    glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);                        // Red
    glVertex3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);                   // Top Of Triangle (Right)
    glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);                        // Blue
    glVertex3f(1.0f, -1.0f, 1.0f);                  // Left Of Triangle (Right)
    glColor3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);                        // Green
    glVertex3f(1.0f, -1.0f, -1.0f);                 // Right Of Triangle (Right)
    glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);                        // Red
    glVertex3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);                   // Top Of Triangle (Back)
    glColor3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);                        // Green
    glVertex3f(1.0f, -1.0f, -1.0f);                 // Left Of Triangle (Back)
    glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);                        // Blue
    glVertex3f(-1.0f, -1.0f, -1.0f);                    // Right Of Triangle (Back)
    glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);                        // Red
    glVertex3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);                   // Top Of Triangle (Left)
    glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);                        // Blue
    glVertex3f(-1.0f, -1.0f, -1.0f);                    // Left Of Triangle (Left)
    glColor3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);                        // Green
    glVertex3f(-1.0f, -1.0f, 1.0f);                 // Right Of Triangle (Left)
    glEnd();                                            // Finished Drawing The Triangle
    //在屏幕的左半部分画完三角形后，我们要移到右半部分来画正方形。为此要再次使用glTranslate。
    glLoadIdentity();                                   // 重置模型观察矩阵
    glTranslatef(1.5f, 0.0f, -6.0f);                        // Move Right 3 Units
    glRotatef(rquad, 1.0f, 0.0f, 0.0f);                 //  绕X轴旋转四边形
    //现在使用GL_QUADS绘制正方形。
    glBegin(GL_QUADS);                                  // Draw A Quad
    glColor3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);                        // Set The Color To Green
    glVertex3f(1.0f, 1.0f, -1.0f);                  // Top Right Of The Quad (Top)
    glVertex3f(-1.0f, 1.0f, -1.0f);                 // Top Left Of The Quad (Top)
    glVertex3f(-1.0f, 1.0f, 1.0f);                  // Bottom Left Of The Quad (Top)
    glVertex3f(1.0f, 1.0f, 1.0f);                   // Bottom Right Of The Quad (Top)
    glColor3f(1.0f, 0.5f, 0.0f);                        // Set The Color To Orange
    glVertex3f(1.0f, -1.0f, 1.0f);                  // Top Right Of The Quad (Bottom)
    glVertex3f(-1.0f, -1.0f, 1.0f);                 // Top Left Of The Quad (Bottom)
    glVertex3f(-1.0f, -1.0f, -1.0f);                    // Bottom Left Of The Quad (Bottom)
    glVertex3f(1.0f, -1.0f, -1.0f);                 // Bottom Right Of The Quad (Bottom)
    glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);                        // Set The Color To Red
    glVertex3f(1.0f, 1.0f, 1.0f);                   // Top Right Of The Quad (Front)
    glVertex3f(-1.0f, 1.0f, 1.0f);                  // Top Left Of The Quad (Front)
    glVertex3f(-1.0f, -1.0f, 1.0f);                 // Bottom Left Of The Quad (Front)
    glVertex3f(1.0f, -1.0f, 1.0f);                  // Bottom Right Of The Quad (Front)
    glColor3f(1.0f, 1.0f, 0.0f);                        // Set The Color To Yellow
    glVertex3f(1.0f, -1.0f, -1.0f);                 // Top Right Of The Quad (Back)
    glVertex3f(-1.0f, -1.0f, -1.0f);                    // Top Left Of The Quad (Back)
    glVertex3f(-1.0f, 1.0f, -1.0f);                 // Bottom Left Of The Quad (Back)
    glVertex3f(1.0f, 1.0f, -1.0f);                  // Bottom Right Of The Quad (Back)
    glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);                        // Set The Color To Blue
    glVertex3f(-1.0f, 1.0f, 1.0f);                  // Top Right Of The Quad (Left)
    glVertex3f(-1.0f, 1.0f, -1.0f);                 // Top Left Of The Quad (Left)
    glVertex3f(-1.0f, -1.0f, -1.0f);                    // Bottom Left Of The Quad (Left)
    glVertex3f(-1.0f, -1.0f, 1.0f);                 // Bottom Right Of The Quad (Left)
    glColor3f(1.0f, 0.0f, 1.0f);                        // Set The Color To Violet
    glVertex3f(1.0f, 1.0f, -1.0f);                  // Top Right Of The Quad (Right)
    glVertex3f(1.0f, 1.0f, 1.0f);                   // Top Left Of The Quad (Right)
    glVertex3f(1.0f, -1.0f, 1.0f);                  // Bottom Left Of The Quad (Right)
    glVertex3f(1.0f, -1.0f, -1.0f);                 // Bottom Right Of The Quad (Right)
    glEnd();                                            // Done Drawing The Quad
    if (rtri >= 360.0f) rtri -= 360.0;                  // control the range of the rtri
    if (rtri <= 0.0f) rtri += 360.0;
    rtri += 0.2f;                                       // Increase The Rotation Variable For The Triangle ( NEW )
    rquad -= 0.15f;      // 减少四边形的旋转变量
    return TRUE;                                        // Everything Went OK
}

4.1

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