[计算机图形学 with OpenGL] Chapter10 OpenGL三维观察程序示例

Posted 2020-09-22 珍蜗蜗

画一个立方体，将相机放入立方体中心，旋转相机，达到在立方体中旋转看到不同画面的效果。

　　10.10节书中给出了一个程序示例，有一个填充正方形，从侧面的角度观察并画到屏幕上。

　　图0

　　这里进一步画出一个立方体，将相机放入立方体中心，旋转相机，达到在立方体中旋转看到不同画面的效果。

步骤：

　　1 使用的是4.9节中的OpenGL顶点数组方法。创建一个立方体100*100*100，坐标范围(0, 0, 0)到(100, 100, 100)。

　　2 立方体各面使用不同的颜色，调整顶点顺序以确保相机看到的都是填充面而不是线框图。

　　3 将投影观察点（即观察系原点）设置在矩形中心P₀ = (50, 50, 50)。

　　4 视点P_ref为相机朝向的点（注意，这个不是观察点），初始设置为P_ref =(0, 50, 0)。

　　5 修改P_ref的坐标，使其绕x=z=50进行逆时针旋转（与y轴*行的旋转公式(9.9)），最终实现相机在立方体中逆时针旋转，看到不同面的效果。

备注：

　　1 与y轴*行的旋转公式，先将旋转轴*移到与y轴重合，再进行旋转：z\' = z * cosθ - x * sinθ, x\' = z * sinθ + x * cosθ, y\'=y;

　　2 **面距离投影观察点不能为0，**面和远*面的坐标会影响画面的效果，调整范围以确保画面不太离谱（并不真实）

　　3 之前直接在displayFcn中调用cube，修改使用display list后可以提高cpu的效率，从2%降到1%。

问题：

　　1 调整d_near和d_far时，会影响投影效果。d_near离P₀越*，投影效果强度更大，离得远的点看着更小。见图2。不真实。

　　2 当调整*裁剪面大小且当立方体旋转时，投影画面会改变宽度，看起来会更奇怪。见图3。不真实。

　　3 在idleFcn中使用glutPostRedisplay替换直接调用displayFcn，效率有降低，不懂为什么。

  1 #include <GLUT/GLUT.h>
  2 #include <math.h>
  3 
  4 GLint winWidth = 600, winHeight = 600;
  5 GLfloat x0 = 50.0, y00 = 50.0, z0 = 50.0; // 这是观察参考点，与观察系原点重合
  6 GLfloat xref = 0.0, yref = 50.0, zref = 0.0; // camera要瞄准的点，不是观察参考点
  7 GLfloat Vx = 0.0, Vy = 1.0, Vz = 0.0;
  8 GLfloat xwMin = -40.0, ywMin = -40.0, xwMax = 40.0, ywMax = 40.0;
  9 GLfloat dnear = 25, dfar = 75;
 10 GLdouble radianAngle = 1.0/360.0 * 3.14159;
 11 GLfloat cos1 = cos(radianAngle);
 12 GLfloat sin1 = sin(radianAngle);
 13 
 14 typedef GLint vertex3 [3];
 15 vertex3 pt [8] = {{0, 0, 0}, {0, 100, 0}, {100, 0, 0}, {100, 100, 0},
 16                 {0, 0, 100}, {0, 100, 100}, {100, 0, 100}, {100, 100, 100}};
 17 
 18 void init (void)
 19 {
 20     glClearColor(1.0, 1.0, 1.0, 0.0);
 21     
 22     glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
 23     gluLookAt(x0, y00, z0, xref, yref, zref, Vx, Vy, Vz);
 24     
 25     glMatrixMode(GL_PROJECTION);
 26     glFrustum(xwMin, xwMax, ywMin, ywMax, dnear, dfar);
 27     
 28     void cube();
 29     cube();
 30 }
 31 
 32 void quad (GLint n1, GLint n2, GLint n3, GLint n4)
 33 {
 34     glBegin(GL_QUADS);
 35     glVertex3iv(pt[n1]);
 36     glVertex3iv(pt[n2]);
 37     glVertex3iv(pt[n3]);
 38     glVertex3iv(pt[n4]);
 39     glEnd();
 40 }
 41 
 42 GLuint regHex;
 43 
 44 void cube ()
 45 {
 46     regHex = glGenLists(1);
 47     glNewList(regHex, GL_COMPILE);
 48     
 49     glColor3f(0.0, 1.0, 0.0); // back
 50     quad(0, 2, 3, 1);
 51     glColor3f(1.0, 0.0, 0.0); // left
 52     quad(0, 1, 5, 4);
 53     glColor3f(0.0, 0.0, 1.0); // top
 54     quad(1, 3, 7, 5);
 55     glColor3f(1.0, 1.0, 0.0); // front
 56     quad(4, 5, 7, 6);
 57     glColor3f(0.0, 1.0, 1.0); // right
 58     quad(2, 6, 7, 3);
 59     glColor3f(1.0, 0.0, 1.0); // bottom
 60     quad(0, 4, 6, 2);
 61     
 62     glEndList();
 63 }
 64 
 65 void displayFcn (void)
 66 {
 67     glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
 68     
 69     glColor3f(0.0, 1.0, 0.0);
 70     glPolygonMode(GL_FRONT, GL_FILL);
 71     glPolygonMode(GL_BACK, GL_LINE);
 72 //    glFrontFace(GL_CW); // show the back
 73 
 74     glCallList(regHex);    
 75 
 76     glutSwapBuffers();
 77 }
 78 
 79 void reshapeFcn (GLint newWidth, GLint newHeight)
 80 {
 81     glViewport(0, 0, newWidth, newHeight);
 82     
 83     winWidth = newWidth;
 84     winHeight = newHeight;
 85 }
 86 
 87 void idleFcn (void)
 88 {
 89     GLfloat xref1, zref1;
 90     xref = xref - x0;
 91     zref = zref - z0;
 92     zref1 = zref * cos1 - xref * sin1 + z0;
 93     xref1 = zref * sin1 + xref * cos1 + x0;
 94     xref = xref1;
 95     zref = zref1;
 96     
 97     glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
 98     glLoadIdentity();
 99     gluLookAt(x0, y00, z0, xref, yref, zref, Vx, Vy, Vz);
100     
101     glutPostRedisplay();
102 }
103 
104 int main(int argc, char * argv[])
105 {
106     glutInit(&argc, argv);
107     glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_DOUBLE);
108     glutInitWindowSize(winWidth, winHeight);
109     glutInitWindowPosition(50, 50);
110     glutCreateWindow("Perspective View of A Square");
111     
112     init();
113     glutDisplayFunc(displayFcn);
114     glutReshapeFunc(reshapeFcn);
115     glutIdleFunc(idleFcn);
116     glutMainLoop();
117     
118     return 0;
119 }

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