glViewport()函数和glOrtho()函数的理解

在OpenGL中有两个比较重要的投影变换函数，glViewport和glOrtho。

glOrtho是创建一个正交平行的视景体。 一般用于物体不会因为离屏幕的远近而产生大小的变换的情况。比如，常用的工程中的制图等。需要比较精确的显示。 而作为它的对立情况, glFrustum则产生一个透视投影。这是一种模拟真是生活中，人们视野观测物体的真实情况。例如：观察两条平行的火车到，在过了很远之后，这两条铁轨是会相交于一处的。还有，离眼睛近的物体看起来大一些，远的物体看起来小一些。

glOrtho(left, right, bottom, top, near, far)， left表示视景体左面的坐标，right表示右面的坐标，bottom表示下面的，top表示上面的。这个函数简单理解起来，就是一个物体摆在那里，你怎么去截取他。这里，我们先抛开glViewport函数不看。先单独理解glOrtho的功能。 假设有一个球体，半径为1，圆心在(0, 0, 0)，那么，我们设定glOrtho(-1.5, 1.5, -1.5, 1.5, -10, 10);就表示用一个宽高都是3的框框把这个球体整个都装了进来。  如果设定glOrtho(0.0, 1.5, -1.5, 1.5, -10, 10);就表示用一个宽是1.5， 高是3的框框把整个球体的右面装进来;如果设定glOrtho(0.0, 1.5, 0.0, 1.5, -10, 10)；就表示用一个宽和高都是1.5的框框把球体的右上角装了进来。上述三种情况可以见图：

 

 

 

从上述三种情况，我们可以大致了解glOrtho函数的用法。glOrtho函数只是负责使用什么样的视景体来截取图像，并不负责使用某种规则把图像呈现在屏幕上。

glViewport主要完成这样的功能。它负责把视景体截取的图像按照怎样的高和宽显示到屏幕上。

比如：如果我们使用glut库建立一个窗体:glutInitWindowSize(500, 500); 然后使用glutReshapeFunc(reshape); reshape代码如下：

void reshape(int width, int height)

{

    glViewport(0, 0, (GLsizei)width, (GLsizei)height);

    glMatrixModel(GL_PROJECTION);

    glLoadIdentity();

    glOrtho(-1.5, 1.5, -1.5, 1.5, -10, 10);

    ....

}

这样是可以看到一个正常的球体的。但是，如果我们创建窗体时glutInitWindowSize(800, 500),那么看到的图像就是变形的。上述情况见图。 

 

因为我们是用一个正方形截面的视景体截取的图像，但是拉伸到屏幕上显示的时候，就变成了glViewport(0, 0, 800, 500);也就是显示屏变宽了， 倒是显示的时候把一个正方形的图像“活生生的给拉宽了”。就会产生变形。这样，就需要我们调整我们的OpenGL显示屏了。我们可以不用800那么宽，因为我们是用的正方形的视景体，所以虽然窗体是800宽，但是我们只用其中的500就够了。修改一下程序。

void reshape(int width, int height)

{

    int dis = width < height ? width : height;

    glViewport(0, 0, dis, dis);   /*这里dis应该是500*/

    glMatrixModel(GL_PROJECTION);

    glLoadIdentity();

    glOrtho(-1.5, 1.5, -1.5, 1.5, -10, 10);

    .....

}

OK。如果你能看明白我写的内容。你可能对glViewport函数有个大致的了解。

不过，我们采用上面的办法，就是只使用了原来屏幕的一部分（宽度从501到800我们没有用来显示图像）。如果我们想用整个OpenGL屏幕显示图像，但是又不使图像变形怎么办？

那就只能修改glOrtho函数了。也就是说，我们使用一个和窗体一样比例的视景体（而不再是正方形的视景体）来截取图像。例如，对于(800, 500)的窗体，我们使用glOrtho(-1.5 * 800/500, 1.5 * 800/500, -1.5, 1.5, -10, 10)，就是截取的时候，我们就使用一个“扁扁”的视景体截取，那么，显示的到OpenGL屏幕时(800, 500)，我们只要正常把这个扁扁的截取图像显示（扁扁的截取图像是指整个截取的图像，包括球形四周的黑色部分。 球形还是正常圆形的），就可以了。如：

void reshape(int width , int height)

{

    glViewport(width, height); //按照窗体大小制作OpenGL屏幕

    glMatrixMode(GL_PROJECTION);

    glLoadIdentity();

    if (width <= height)

        glOrtho(-1.5, 1.5, -1.5 * (GLfloat)height/(GLfloat)width, 1.5 * (GLfloat)height/(GLfloat)width, -10.0, 10.0);

    else

        glOrtho(-1.5*(GLfloat)width/(GLfloat)height, 1.5*(GLfloat)w/(GLfloat)h, -1.5, 1.5, -10.0, 10.0);

    ....

}

另外，关于glViewport()函数，我们还可以用来调整图像的分辨率。例如，保持目前的窗体大小不变，我们如果用这个size来只显示整个物体的一部分，那么图像的分辨率就必然会增大。例如：

void reshape(int w, int h)

{

    glViewport(0, 0, (GLsizei)w, (GLsizei)h);

    glMatrixMode(GL_PROJECTION);

    glLoadIdentity();

    if (w <= h)

        glOrtho(0, 1.5, 0, 1.5 * (GLfloat)h/(GLfloat)w, -10.0, 10.0);

    else

        glOrtho(0, 1.5*(GLfloat)w/(GLfloat)h, 0, 1.5, -10.0, 10.0);

}

可以把分辨率扩大4倍。

而如果再修改一下glViewport(0, 0, 2 * (GLsizei)w, 2 * (GLsizei)h); 则可以把分辨率扩大16倍。

完整的测试程序：

/*Build on ubuntu 9.04*/

#include <GL/gl.h>

#include <GL/glu.h>

#include <GL/glut.h>

void init(void)

{

    GLfloat mat_specular[] = {1.0, 1.0, 1.0, 1.0};

    GLfloat mat_shininess[] = {50.0};

    GLfloat light_position[] = {1.0, 1.0f, 1.0, 0.0};

    GLfloat white_light[] = {1.0, 1.0, 1.0, 1.0};

    GLfloat lmodel_ambient[] = {0.1, 0.1, 0.1, 1.0};

    glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 0.0);

    glShadeModel(GL_SMOOTH);

    glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR, mat_specular);

    glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SHININESS, mat_shininess);

    glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, light_position);

    glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, white_light);

    glLightfv(GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, white_light);

    glLightModelfv(GL_LIGHT_MODEL_AMBIENT, lmodel_ambient);

    glEnable(GL_LIGHTING);

    glEnable(GL_LIGHT0);

    glEnable(GL_DEPTH_TEST);

   

}

void display(void)

{

    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

    glutSolidSphere(1.0, 20, 16);

    glFlush();

}

void reshape(int w, int h)

{

    glViewport(0, 0, (GLsizei)w, (GLsizei)h);

    glMatrixMode(GL_PROJECTION);

    glLoadIdentity();

    if (w <= h)

        glOrtho(-1.5, 1.5, -1.5 * (GLfloat)h/(GLfloat)w, 1.5 * (GLfloat)h/(GLfloat)w, -10.0, 10.0);

    else

        glOrtho(-1.5*(GLfloat)w/(GLfloat)h, 1.5*(GLfloat)w/(GLfloat)h, -1.5, 1.5, -10.0, 10.0);

    glMatrixMode(GL_MODELVIEW);

    glLoadIdentity();

}

int main(int argc, char **argv)

{

    glutInit(&argc, argv);

    glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGB | GLUT_DEPTH);

    glutInitWindowSize(500, 500);

    glutInitWindowPosition(100, 100);

    glutCreateWindow(argv[0]);

    init();

    glutDisplayFunc(display);

    glutReshapeFunc(reshape);

    glutMainLoop();

    return 0;

}

/*CMakeLists.txt*/

PROJECT(s5)

CMAKE_MINIMUM_REQUIRED(VERSION 2.6)

ADD_EXECUTABLE(s5 main.cpp)

FIND_PACKAGE(OpenGL)

FIND_PACKAGE(GLUT)

IF(OPENGL_FOUND)

  INCLUDE_DIRECTORIES(${OPENGL_INCLUDE_DIR})

  TARGET_LINK_LIBRARIES(${PROJECT_NAME} ${OPENGL_LIBRARIES})

ELSE(OPENGL_FOUND)

  MESSAGE(FATAL_ERROR "OpenGL not found")

ENDIF(OPENGL_FOUND)

IF(GLUT_FOUND)

  INCLUDE_DIRECTORIES(${GLUT_INCLUDE_DIR})

  TARGET_LINK_LIBRARIES(${PROJECT_NAME} ${GLUT_LIBRARIES})

ELSE(GLUT_FOUND)

ENDIF(GLUT_FOUND)