GLUT场景漫游（一）

GLUT教程

               键盘控制例子：场景漫游

让我们看一个比较好的使用键盘控制的例子。这一章我们将建立一个应用程序。这个程序绘制了一个小的居住着雪人的世界。并且我们将用方向键来移动照相机（即移动视点在场景中漫游）。左右方向键，将照相机绕y轴旋转，上下方向键，将前后方向移动照相机。

 

这个例子的代码放在下面。首先我们处理初始状态。

#include <math.h>

#include <GL/glut.h>

#include <stdlib.h>

static float angle=0.0,ratio;

static float x=0.0f,y=1.75f,z=5.0f;

static float lx=0.0f,ly=0.0f,lz=-1.0f;

static GLint snowman_display_list;

注意我们包含了math.h头文件。我们需要计算旋转角。上面变量的含义到后面你就会清楚了，但我们还是简单的描述下：

1：angle：绕y轴的旋转角，这个变量允许我们旋转照相机。

2：x,y,z：照相机位置。

3：lx,ly,lz：一个向量用来指示我们的视线方向。

4：ratio：窗口宽高比（width/height）。

5：snowman_display_list：一个雪人的显示列表索引。

注意：如果你不愿意用显示列表，你也可以忽略它，这并不影响，教程。

接下来，我们用一个公共的函数来处理窗口尺寸。唯一的区别是函数glutLookAt的参数用变量而不是固定的值。gluLookAt函数提供了一个简单直观的方法来设置照相机的位置和方向。它有三组参数，每一组由三个浮点型数组成。前三个参数表明照相机的位置，第二组参数定义照相机观察的方向，最后一组表明向上的向量，这个通常设为（0.0，1.0，0.0）。也就是说照相机并没有倾斜。如你想看到所有的物体都是倒置的则可以设置为（0.0，-1.0，0.0）。

上面提到的变量x,y,z表示照相机位置，因此这三个变量也就对应着函数gluLookAt里的第一组向量。第二组参数观察方向，是通过定义视线的向量和照相机位置相加得到的：

Look At Point=Line Of Sight+ Camera Position

void changeSize(int w, int h)

         {

         // 防止被0除.

         if(h == 0)

                 h = 1;

         ratio = 1.0f * w / h;

         // Reset the coordinate system before modifying

         glMatrixMode(GL_PROJECTION);

         glLoadIdentity();

         //设置视口为整个窗口大小

         glViewport(0, 0, w, h);

         //设置可视空间

         gluPerspective(45,ratio,1,1000);

         glMatrixMode(GL_MODELVIEW);

         glLoadIdentity();

         gluLookAt(x, y, z, 

                          x + lx,y + ly,z + lz,

                          0.0f,1.0f,0.0f);

         }

下面我们定义显示列表，绘制雪人，初始化场景，渲染场景。

void drawSnowMan() {

         glColor3f(1.0f, 1.0f, 1.0f);

//画身体

         glTranslatef(0.0f ,0.75f, 0.0f);

         glutSolidSphere(0.75f,20,20);

// 画头

         glTranslatef(0.0f, 1.0f, 0.0f);

         glutSolidSphere(0.25f,20,20);

// 画眼睛

         glPushMatrix();

         glColor3f(0.0f,0.0f,0.0f);

         glTranslatef(0.05f, 0.10f, 0.18f);

         glutSolidSphere(0.05f,10,10);

         glTranslatef(-0.1f, 0.0f, 0.0f);

         glutSolidSphere(0.05f,10,10);

         glPopMatrix();

// 画鼻子

         glColor3f(1.0f, 0.5f , 0.5f);

         glRotatef(0.0f,1.0f, 0.0f, 0.0f);

         glutSolidCone(0.08f,0.5f,10,2);

}

GLuint createDL() {

         GLuint snowManDL;

         //生成一个显示列表号

         snowManDL = glGenLists(1);

         // 开始显示列表

         glNewList(snowManDL,GL_COMPILE);

         // call the function that contains 

         // the rendering commands

                 drawSnowMan();

         // endList

         glEndList();

         return(snowManDL);

}

void initScene() {

         glEnable(GL_DEPTH_TEST);

         snowman_display_list = createDL();

}

void renderScene(void) {

         glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

         //画了一个地面

         glColor3f(0.9f, 0.9f, 0.9f);

         glBegin(GL_QUADS);

                 glVertex3f(-100.0f, 0.0f, -100.0f);

                 glVertex3f(-100.0f, 0.0f, 100.0f);

                 glVertex3f( 100.0f, 0.0f, 100.0f);

                 glVertex3f( 100.0f, 0.0f, -100.0f);

         glEnd();

         //画了36个雪人

         for(int i = -3; i < 3; i++)

                 for(int j=-3; j < 3; j++) {

                          glPushMatrix();

                          glTranslatef(i*10.0,0,j * 10.0);

                          glCallList(snowman_display_list);;

                          glPopMatrix();

                 }

         glutSwapBuffers();

}

这里我们建立函数，处理特殊键按下消息。使用左右方向键旋转照相机，也就是改变视线。上下方向键使照相机沿视线前后移动。

void inputKey(int key, int x, int y) {

         switch (key) {

                 case GLUT_KEY_LEFT : 

                          angle -= 0.01f;

                          orientMe(angle);break;

                 case GLUT_KEY_RIGHT : 

                          angle +=0.01f;

                          orientMe(angle);break;

                 case GLUT_KEY_UP : 

                          moveMeFlat(1);break;

                 case GLUT_KEY_DOWN : 

                          moveMeFlat(-1);break;

         }

当我们按下左右方向键时angle变量改变，并且orientMe被调用。这个函数将旋转照相机。函数moveMeFlat负责在XZ平面里沿着某一视线移动照相机。

函数orientMe接受一个参数angle并且为视线的X,Z计算出适当的值。新的lx和lz映射在一个XZ平面的单位圆上。因此给定一个角度ang，新的lx，lz的值为：

     Lx=sin(ang)；

     Lz=cos(ang)；

就像我们把极坐标（ang，1）转换为欧几里德几何坐标一样。然后我们设定新的照相机方向。注意：照相机并未移动，照相机位置没变，仅仅改变了视线方向。

void orientMe(float ang) {

         lx = sin(ang);

         lz = -cos(ang);

         glLoadIdentity();

         gluLookAt(x, y, z, 

                       x + lx,y + ly,z + lz,

                           0.0f,1.0f,0.0f);

}

下一个函数就是管理照相机移动的moveMeFlat。我们想沿视线移动照相机。为了完成这个任务，我们把视线里的一小部分加入到我们的当前的位置。新的X,Z的值为：

   X=x+direction(lx)*fraction

   Z=z+direction*(lz)*fraction

方向是1或者-1，这取决于我们是前移还是后移。这个fraction可以加速视实现。我们知道（lx,lz）是一个整体的向量。因此如果fraction是个常数那么移动速度也就是一个常量。增大franction我们就可以移动的更快。接下来的步骤和orientMe函数一样。

void moveMeFlat(int direction) {

         x = x + direction*(lx)*0.1;

         z = z + direction*(lz)*0.1;

         glLoadIdentity();

         gluLookAt(x, y, z, 

                       x + lx,y + ly,z + lz,

                           0.0f,1.0f,0.0f);

}

这时main函数如下：

int main(int argc, char **argv)

{

         glutInit(&argc, argv);

         glutInitDisplayMode(GLUT_DEPTH | GLUT_DOUBLE | GLUT_RGBA);

         glutInitWindowPosition(100,100);

         glutInitWindowSize(640,360);

         glutCreateWindow("SnowMen from 3D-Tech");

         initScene();

         glutSpecialFunc(inputKey);

         glutDisplayFunc(renderScene);

         glutIdleFunc(renderScene);

         glutReshapeFunc(changeSize);

         glutMainLoop();

         return(0);

}

源码：

#include <glut/glut.h>#include <math.h>#include <stdlib.h>static float angle=0.0,ratio;static float x=0.0f,y=1.75f,z=5.0f;static float lx=0.0f,ly=0.0f,lz=-1.0f;static GLint snowman_display_list;void changeSize(int w, int h)//也就是reshape函数{    // Prevent a divide by zero, when window is too short// (you cant make a window of zero width).if(h == 0)h = 1;    ratio = 1.0f * w / h;// Reset the coordinate system before modifyingglMatrixMode(GL_PROJECTION);glLoadIdentity();// Set the viewport to be the entire window    glViewport(0, 0, w, h);    // Set the clipping volumegluPerspective(45,ratio,1,1000);glMatrixMode(GL_MODELVIEW);glLoadIdentity();gluLookAt(x, y, z,      x + lx,y + ly,z + lz,  0.0f,1.0f,0.0f);        }void drawSnowMan() {        glColor3f(1.0f, 1.0f, 1.0f);        // Draw BodyglTranslatef(0.0f ,0.75f, 0.0f);glutSolidSphere(0.75f,20,20);            // Draw HeadglTranslatef(0.0f, 1.0f, 0.0f);glutSolidSphere(0.25f,20,20);        // Draw EyesglPushMatrix();glColor3f(0.0f,0.0f,0.0f);glTranslatef(0.05f, 0.10f, 0.18f);glutSolidSphere(0.05f,10,10);glTranslatef(-0.1f, 0.0f, 0.0f);glutSolidSphere(0.05f,10,10);glPopMatrix();        // Draw NoseglColor3f(1.0f, 0.5f , 0.5f);glRotatef(0.0f,1.0f, 0.0f, 0.0f);glutSolidCone(0.08f,0.5f,10,2);}GLuint createDL() {GLuint snowManDL;    // Create the id for the listsnowManDL = glGenLists(1);    // start listglNewList(snowManDL,GL_COMPILE);    // call the function that contains the rendering commands    drawSnowMan();    // endListglEndList();    return(snowManDL);}void initScene() {    glEnable(GL_DEPTH_TEST);snowman_display_list = createDL();    }void renderScene(void) {glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);        // Draw ground    glColor3f(0.9f, 0.9f, 0.9f);glBegin(GL_QUADS);    glVertex3f(-100.0f, 0.0f, -100.0f);    glVertex3f(-100.0f, 0.0f,  100.0f);    glVertex3f( 100.0f, 0.0f,  100.0f);    glVertex3f( 100.0f, 0.0f, -100.0f);glEnd();        // Draw 36 SnowMen    for(int i = -3; i < 3; i++)for(int j=-3; j < 3; j++) {glPushMatrix();glTranslatef(i*10.0,0,j * 10.0);glCallList(snowman_display_list);;glPopMatrix();}glutSwapBuffers();}void orientMe(float ang) {        lx = sin(ang);lz = -cos(ang);glLoadIdentity();gluLookAt(x, y, z,      x + lx,y + ly,z + lz,  0.0f,1.0f,0.0f);}void moveMeFlat(int i) {x = x + i*(lx)*0.1;z = z + i*(lz)*0.1;glLoadIdentity();gluLookAt(x, y, z,      x + lx,y + ly,z + lz,  0.0f,1.0f,0.0f);}void processNormalKeys(unsigned char key, int x, int y) {    if (key == 27)exit(0);}void inputKey(int key, int x, int y) {    switch (key) {case GLUT_KEY_LEFT : angle -= 0.01f;orientMe(angle);break;case GLUT_KEY_RIGHT : angle +=0.01f;orientMe(angle);break;case GLUT_KEY_UP : moveMeFlat(1);break;case GLUT_KEY_DOWN : moveMeFlat(-1);break;}}int main(int argc, char **argv){glutInit(&argc, argv);glutInitDisplayMode(GLUT_DEPTH | GLUT_DOUBLE | GLUT_RGBA);glutInitWindowPosition(100,100);glutInitWindowSize(640,360);glutCreateWindow("SnowMen from Lighthouse 3D");    initScene();    glutKeyboardFunc(processNormalKeys);glutSpecialFunc(inputKey);    glutDisplayFunc(renderScene);glutIdleFunc(renderScene);    glutReshapeFunc(changeSize);    glutMainLoop();    return(0);}