Win32 OpenGL编程(6) 踏入3D世界

来源：互联网发布：linux新加硬盘不显示编辑：程序博客网时间：2024/04/30 07:20

Win32 OpenGL编程(6) 踏入3D世界

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Technorati 标签: OpenGL,3D,graphic,programming

提要

OpenGL本身就是为高性能3D图像处理而设计的，也多用于虚拟现实（VR），3D游戏等领域，本节正式开始接触3D领域，不再在2D的小世界中混了。（其实2D也是很大的领域了，当年不都是2D嘛？-_-！）本文主要以三角锥为例，从绘制一个3D坐标轴到绘制三角锥的线框模型到三角锥的实体模型，讲解在3D世界中我们绘制图形需要理解的事情，其实，单纯考虑3D图形还是很简单的，不就是多了一个Z坐标嘛。

3D坐标轴

不同一般的流程，我们从一个3D的坐标轴开始进入3D的世界，主要是为了将来与3D的线框模型做对比用的。

3D与以前学过的2D最大的不同就是我们需要考虑物体Z轴的坐标，而不再是假设任何物体的Z轴都是0.0，首先看我们绘制一个3D空间的坐标轴的情况，为了形象，我将其旋转了一定的角度。以下是源代码：

void DrawCoordinate()
{
    static GLfloat fCoorDatas[] = {    0.0, 0.0, 0.0,    // Origin
        1.0, 0.0, 0.0,    // X Dir
        0.0, 1.0, 0.0,    // Y Dir
        0.0, 0.0, 1.0}; // Z Dir

    static GLubyte ubyIndices[] = {    0, 1,    // X Axis
        0, 2,    // Y Axis
        0, 3};    // Z Axis

    glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);
    glVertexPointer(3, GL_FLOAT, 0, fCoorDatas);

    glDrawElements(GL_LINES, 2, GL_UNSIGNED_BYTE, ubyIndices);
    glDrawElements(GL_LINES, 2, GL_UNSIGNED_BYTE, ubyIndices+2);
    glDrawElements(GL_LINES, 2, GL_UNSIGNED_BYTE, ubyIndices+4);
}

//这里进行所有的绘图工作
void SceneShow(GLvoid)        
{
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);    // 清空颜色缓冲区
    glColor3f(1.0, 0.0, 0.0);
    
    glPushMatrix();
    glRotatef(30, 1.0, -1.0, 0.0);
    DrawCoordinate();
    glPopMatrix();

    glFlush();
}

为节省篇幅仅贴出关键片段，完整源代码见我博客源代码的2009-10-21/gl3DCoordinate/目录，获取方式见文章最后关于获取博客完整源代码的说明。

与以前代码的主要不同是我们开始考虑Z轴坐标了，这里以(0.0, 0.0, 1.0)来表示Z轴的方向，假如不经过旋转，Z轴是正对着我们的，投影到屏幕上是一个点，我们看不到，所以这里做了一点旋转，将Z轴调整到左下方，这样的角度符合我们平时习惯绘制的3D坐标。具体的实现工程利用了顶点数组，顶点数组的相关知识参看本OpenGL系列文章5，（以下简称XO5）效果如下图：

这样的3D坐标图中会看到Z轴实际上没有伸出窗口以外，而是被截断了，具体的原因在以后说视景体裁剪的时候会说明，但是现在可以理解为在OpenGL中，整个3D空间的Z轴也不是无限的，而是与窗口大小一样，形成一个3D的立方体空间，如同2D平面中超出窗口的部分会看不见，超出Z轴空间的部分也会看不见，此处的Z轴被截断就是如此。并且，我们可以通过源码定位的Z轴正方向（0.0, 0.0, 1.0）和图形中的现实看出来，在OpenGL的3D坐标系中，Z轴的正方向是指向屏幕外的，这点在XO3中讲过了，我们在这里通过坐标轴的图再次理解一下。理解了3D坐标系，那么所有的3D图形也就是如同2D图形一样的定坐标而已了。

三角锥（即四面体或金字塔形）线框模型

下面我们开始在上述3D坐标体系中绘制一个三角锥，这里还是先用线框模型来绘制。其实没有任何3D知识，仅仅靠凭空想象也能定下一个这样简单的三角锥的空间坐标，以下如是，其实没有什么技术难度，仅仅加入Z轴考虑，下列程序将三角锥不停的围绕其自身的Z轴自转，为了形象，同时绘制上面讲的三维立体坐标轴。格式有点混乱，是因为Live Writer的Code Snippet自动format不太好用-_-!完整源代码的排版是缩进较为对齐的。

void DrawWirePyramid(GLfloat adSize)
{
    static GLfloat fPyramidDatas[] = {    0.0, 1.0, 0.0,    // 三角锥上顶点
                                        -1.0, 0.0, 1.0,    // 底面左前顶点
                                        1.0, 0.0, 1.0,    // 底面右前下顶点
                                        0.0, 0.0, -1.0}; // 底面后下顶点
    GLfloat fPyramidSizeDatas[sizeof(fPyramidDatas)/sizeof(GLfloat)] = {0};

    // 计算大小
    for( int i = 0; i < 12; ++i)
    {
        fPyramidSizeDatas[i] = fPyramidDatas[i] * adSize;
    }

    static GLubyte ubyIndices[] = {    0, 1,    // 以下为三条侧边
                                    0, 2,    
                                    0, 3,
                                    1, 2,    // 以下为三条底边
                                    2, 3,
                                    3, 1};

    glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);
    glVertexPointer(3, GL_FLOAT, 0, fPyramidSizeDatas);

    for(int i = 0; i < 6; ++i)
    {
        glDrawElements(GL_LINES, 2, GL_UNSIGNED_BYTE, ubyIndices+i*2);
    }
}

//这里进行所有的绘图工作
void SceneShow(GLvoid)        
{
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
    glColor3f(1.0, 0.0, 0.0);

    glPushMatrix();
    DrawCoordinate();
    DrawWirePyramid(0.5);
    glPopMatrix();

    glRotatef(1.0, 0.0, 1.0, 0.0);

    glFlush();
}

为节省篇幅仅贴出关键片段，完整源代码见我博客源代码的2009-10-21/glWirePyramid 目录，获取方式见文章最后关于获取博客完整源代码的说明。

显示效果如下图所示。

三角锥

以上讲到3D图形都是以线框模型来演示的,主要是为了可以纯粹的考虑3D坐标的问题,下面我们开始加入颜色,看看真正的立体模型是怎么样的^^在上述例子中加入颜色实在再简单不过了，因为已经使用了顶点数组，我们只需要再启用一下颜色的数组就好了。

如下例所示：

void DrawSmoothColorPyramid(GLfloat adSize)
{
    static GLfloat fPyramidDatas[] = {    0.0, 1.0, 0.0,    // 三角锥上顶点
                                        -1.0, 0.0, 1.0,    // 底面左前顶点
                                        1.0, 0.0, 1.0,    // 底面右前下顶点
                                        0.0, 0.0, -1.0}; // 底面后下顶点

    GLfloat fPyramidSizeDatas[sizeof(fPyramidDatas)/sizeof(GLfloat)] = {0};

    // 计算大小
    for( int i = 0; i < 12; ++i)
    {
        fPyramidSizeDatas[i] = fPyramidDatas[i] * adSize;
    }

    static GLfloat fPyramidColors[] = { 0.0, 0.0, 0.0,
                                        1.0, 0.0, 0.0,
                                        0.0, 1.0, 0.0,
                                        0.0, 0.0, 1.0};

    static GLubyte ubyIndices[] = {    0, 1, 2,    // 正面
                                    0, 1, 3,    // 左侧面
                                    0, 2, 3,    // 右侧面
                                    1, 2, 3};    // 底面

    glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);
    glEnableClientState(GL_COLOR_ARRAY);

    glVertexPointer(3, GL_FLOAT, 0, fPyramidSizeDatas);
    glColorPointer(3, GL_FLOAT, 0, fPyramidColors);

    for(int i = 0; i < 4; ++i)
    {
        glDrawElements(GL_TRIANGLES, 3, GL_UNSIGNED_BYTE, ubyIndices+i*3);
    }
}

//这里进行所有的绘图工作
void SceneShow(GLvoid)        
{
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
    glColor3f(1.0, 0.0, 0.0);

    glPushMatrix();
    DrawSmoothColorPyramid(0.5);
    glPopMatrix();

    glRotatef(1.0, 0.0, 1.0, 0.0);

    glFlush();
}

为节省篇幅仅贴出关键片段，完整源代码见我博客源代码的2009-10-21/glSmoothColorPyramid/目录，获取方式见文章最后关于获取博客完整源代码的说明。

注意此例与上例中的区别，因为要显示完整的立体模型，就不能再用GL_LINES去画线了，我们需要使用GL_TRIANGLES来绘制三角形平面，一个三角锥其实不过就是一个四面体嘛。画上4个面，一切就OK。运行效果如下图：

小结

其实看完全文会发现，3D的世界也没有什么难的地方，无非就是多了一个Z轴需要考虑嘛，将整个屏幕想象成一个有前面空间，后面空间的立方体，然后想象出3D模型的坐标，一切也就简单了，本文主要讲的是三角锥，因为它是最简单的，大家可以试试立方体以增加难度，体会3D的坐标系统。

参考资料

1. 《OpenGL Reference Manual》，OpenGL参考手册

2. 《OpenGL 编程指南》（《OpenGL Programming Guide》），Dave Shreiner，Mason Woo，Jackie Neider，Tom Davis 著，徐波译，机械工业出版社

3. 《Nehe OpenGL Tutorials》，Nehe著，在http://nehe.gamedev.net/ 上可以找到教程及相关的代码下载，（有PDF版本教程下载）Nehe自己还做了一个面向对象的框架，作为演示程序来说，这样的框架非常合适。也有中文版，各取所需吧。

4. 《OpenGL入门学习》，eastcowboy著，这是我在网上找到的一个比较好的教程，较为完善，而且非常通俗。这是第一篇的地址：http://bbs.pfan.cn/post-184355.html

本系列下一篇《Win32 OpenGL编程(7) 3D视图变换——真3D的关键》

本OpenGL系列其他文章

1. 《 Win32 OpenGL 编程（1）Win32下的OpenGL编程必须步骤》

2. 《Win32 OpenGL编程(2) 寻找缺失的OpenGL函数》

3. 《Win32 OpenGL编程(3) 基本图元（点，直线，多边形）的绘制》

4. 《Win32 OpenGL编程(4) 2D图形基础（颜色及坐标体系进阶知识）》

5. 《Win32 OpenGL编程(5)顶点数组详细介绍》

完整源代码获取说明

由于篇幅限制，本文一般仅贴出代码的主要关心的部分，代码带工程（或者makefile）完整版（如果有的话）都能用Mercurial在Google Code中下载。文章以博文发表的日期分目录存放，请直接使用Mercurial克隆下库：

https://blog-sample-code.jtianling.googlecode.com/hg/

Mercurial使用方法见《分布式的，新一代版本控制系统Mercurial的介绍及简要入门》

要是仅仅想浏览全部代码也可以直接到google code上去看，在下面的地址：

http://code.google.com/p/jtianling/source/browse?repo=blog-sample-code

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