效果
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案例相关知识点
- 使⽤照相机(摄像机) 和 ⻆色帧 进行移动？
- GLFrame
- vOrigin 表示X轴
- vForward表示z
- vUp表示y轴
- GLFrame
GLFrame(void) {
// At origin
vOrigin[0] = 0.0f; vOrigin[1] = 0.0f; vOrigin[2] = 0.0f;
// Up is up (+Y)
vUp[0] = 0.0f; vUp[1] = 1.0f; vUp[2] = 0.0f;
// Forward is -Z (default OpenGL)
vForward[0] = 0.0f; vForward[1] = 0.0f; vForward[2] = -1.0f;
}
- 照相机(观察者)相关
//GLFrame函数，这个函数⽤来检索条件适合的照相矩阵
void GetCameraMatrix(M3DMatrix44f m,bool bRotationOnly = flase);
- GLFrame的一些相关使用
//将堆栈的顶部压⼊任何矩阵
void GLMatrixStack::LoadMatrix(GLFrame &frame);
//矩阵乘以矩阵堆栈顶部的矩阵。相乘结果存储在堆栈的顶部 void GLMatrixStack::MultMatrix(GLFrame &frame);
//将当前的矩阵压栈
void GLMatrixStack::PushMatrix(GLFrame &frame);
-
矩阵分析
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源码示例
- 源码需要搭建
OpengGL 开发环境
#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
//**4、添加附加随机球
#define NUM_SPHERES 50
GLFrame spheres[NUM_SPHERES];
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
GLBatch floorBatch; // 地板批处理
//**定义公转球的批处理（公转自转）**
GLTriangleBatch sphereBatch; //球批处理
//角色帧 照相机角色帧
GLFrame cameraFrame;
//**3.移动照相机参考帧，来对方向键作出响应
void SpeacialKeys(int key,int x,int y)
{
float linear = 0.1f;
float angular = float(m3dDegToRad(5.0f));
if (key == GLUT_KEY_UP) {
//MoveForward 平移
cameraFrame.MoveForward(linear);
}
if (key == GLUT_KEY_DOWN) {
cameraFrame.MoveForward(-linear);
}
if (key == GLUT_KEY_LEFT) {
//RotateWorld 旋转
cameraFrame.RotateWorld(angular, 0.0f, 1.0f, 0.0f);
}
if (key == GLUT_KEY_RIGHT) {
cameraFrame.RotateWorld(-angular, 0.0f, 1.0f, 0.0f);
}
}
void SetupRC()
{
// 初始化着色器管理器
shaderManager.InitializeStockShaders();
//开启深度测试
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
// （多边形模型）开启多边形模型,关闭多边形模型填充后就会变得圆润
// glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_LINE);
//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);
//** 绘制球(公转自转)**
gltMakeSphere(sphereBatch, 0.1f, 26, 13);
//往地板floorBatch批处理中添加顶点数据
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();
// 在场景中随机位置对球体进行初始化
//随机放置球体
for (int i = 0; i < NUM_SPHERES; i++) {
//y轴不变，x，z轴产生随机值
GLfloat x = ((GLfloat)((rand() % 400) - 200) * 0.1f);
GLfloat z = ((GLfloat)((rand() % 400) - 200) * 0.1f);
//在y方向，将球体设置为0.0的位置，这使得它们看起来是飘浮在眼睛的高度
//对spheres数组中的每一个顶点，设置顶点数据
spheres[i].SetOrigin(x, 0.0f, z);
}
}
// 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);
//viewFrustum.GetProjectionMatrix() 获取viewFrustum投影矩阵
//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)
{
// 颜色值 地板颜色、甜甜圈颜色
static GLfloat vFloorColor[] = { 0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f};
static GLfloat vTorusColor[] = { 1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f };
//**球颜色（公转自转）**
static GLfloat vSphereColor[] = { 0.0f, 0.0f, 1.0f, 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);
//将当前的模型视图矩阵压入矩阵堆栈（单位矩阵）
//因为我们先绘制地面，而地面是不需要有任何变换的。所以在开始渲染时保证矩阵状态，然后在结束时使用相应的PopMatrix恢复它。这样就不必在每一次渲染时重载单位矩阵了。
modelViewMatrix.PushMatrix();
//**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);
// 4 添加光源
// 光源位置的全局坐标存储在vLightPos变量中，其中包含了光源位置x坐标，y坐标，z坐标和w坐标。我们必须保留w坐标为1.0。因为无法用一个3分量去乘一个4*4矩阵
M3DVector4f vLightPos = {0.0f, 10.0f, 5.0f, 1.0f};
M3DVector4f vLightEyePos;
// 将照相机矩阵mCamera 与光源矩阵vLightPos 相乘获得vLightEyePos 矩阵
m3dTransformVector4(vLightEyePos, vLightPos, mCamera);
// 绘制地面
shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT,
transformPipeline.GetModelViewProjectionMatrix(),
vFloorColor);
floorBatch.Draw();
// 绘制悬浮球体
// 使用sphareBatch 绘制
//思路：循环绘制50个蓝色悬浮球体，绘制一个压栈一个，绘制完成一个，出栈一个
for (int i = 0; i < NUM_SPHERES; i++) {
modelViewMatrix.PushMatrix(); //因为SetRc已经写好坐标，上面也确定好了光源位置
modelViewMatrix.MultMatrix(spheres[i]);
//（多边形模型） shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT,transformPipeline.GetModelViewProjectionMatrix(),vSphereColor);
//**4、绘制光源，修改着色器管理器
/**绘制光源，修改着色器管理器
参数1：GLT_SHADER_TEXTURE_POINT_LIGHT_DIFF
参数2：模型视图矩阵
参数3：投影矩阵
参数4：视点坐标系中的光源位置
参数5：基本漫反射颜色
参数6：颜色
*/
shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_POINT_LIGHT_DIFF, transformPipeline.GetModelViewMatrix(),transformPipeline.GetProjectionMatrix(),vLightEyePos, vSphereColor);
sphereBatch.Draw();
modelViewMatrix.PopMatrix();
}
// 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);
//**保存平移（公转自转）**
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
// （多边形模型） shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT, transformPipeline.GetModelViewProjectionMatrix(),
// vTorusColor);
// 4 绘制光源，修改着色器管理器
shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_POINT_LIGHT_DIFF, transformPipeline.GetModelViewMatrix(),transformPipeline.GetProjectionMatrix(),vLightEyePos,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();
//**绘制公转球体（公转自转）**
modelViewMatrix.Rotate(yRot * -2.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f);
modelViewMatrix.Translate(0.8f, 0.0f, 0.0f);
// 4 平面着色器改为点光源着色器
// shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT,transformPipeline.GetModelViewProjectionMatrix(),vSphereColor);
shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_POINT_LIGHT_DIFF, transformPipeline.GetModelViewMatrix(), transformPipeline.GetProjectionMatrix(),vLightEyePos,vSphereColor);
sphereBatch.Draw();
//**恢复矩阵(公转自转)**
modelViewMatrix.PopMatrix();
//**3、恢复矩阵
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);
glutSpecialFunc(SpeacialKeys);
GLenum err = glewInit();
if (GLEW_OK != err) {
fprintf(stderr, "GLEW Error: %s\n", glewGetErrorString(err));
return 1;
}
SetupRC();
glutMainLoop();
return 0;
}
