零基础入门OpenGL系列教程(七、早期OpenGL立体渲染)

之前介绍了许多OpenGL平面图形的知识,再写一篇关于OpenGL立体图形的渲染。

三维坐标系统

由于要渲染立体图形,所以就不得不引入z轴形成三维坐标系统。在OpenGL中z轴就是穿过屏幕指向你的坐标轴。

在三维坐标中定义一个点与二维坐标一样,调用void glVertex3f(GLfloat x,GLfloat y,GLfloat z,)函数可以定义一个三维坐标。若要传入一个三维坐标数组就调用void glVertex3fv(const GLfloat *v)函数即可。

矩阵堆栈

由于OpenGL对图形的变换是通过坐标点进行的,而三维图形又有大量的坐标点需要渲染。为了管理这些坐标点在变换中的状态,我们可以使用矩阵堆栈。

矩阵堆栈和一般堆栈一样,有压入和弹出两个操作。需要压入堆栈就可以调用void glPushMatrix(void)函数,需要弹出就调用void glPopMatrix(void)函数。这些堆栈可以存放视图矩阵、投影矩阵和纹理矩阵,具体的内容暂且不提。

绘制图形

有了这些知识我们就可以简单的画一个六棱柱:

void display()
{
    glEnable(GL_SMOOTH);
    glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f);
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
    
    glPushMatrix();
    static GLfloat vtx[12][3] =  //棱柱顶点坐标
    {
        {-0.5f,0.0f,0.0f},//0
        {-0.25f,0.0f,static_cast<GLfloat>(sqrt(3.0f)/4)},//1
        {-0.25f,0.0f,-static_cast<GLfloat>(sqrt(3.0f)/4)},//2
        {0.25f,0.0f,static_cast<GLfloat>(sqrt(3.0f)/4)},//3
        {0.25f,0.0f,-static_cast<GLfloat>(sqrt(3.0f)/4)},//4
        {0.5f,0.0f,0.0f},//5
        {-0.5f,0.5f,0.0f},//6
        {-0.25f,0.5f,static_cast<GLfloat>(sqrt(3.0f)/4)},//7
        {-0.25f,0.5f,-static_cast<GLfloat>(sqrt(3.0f)/4)},//8
        {0.25f,0.5f,static_cast<GLfloat>(sqrt(3.0f)/4)},//9
        {0.25f,0.5f,-static_cast<GLfloat>(sqrt(3.0f)/4)},//10
        {0.5f,0.5f,0.0f},//11
    };
    GLfloat color[6][3] =  //棱柱顶点颜色
    {
        {0.0f,0.0f,1.0f},
        {1.0f,0.0f,0.0f},
        {1.0f,1.0f,0.0f},
        {1.0f,0.0f,1.0f},
        {1.0f,0.0f,0.0f},
        {0.0f,1.0f,0.0f}
    };
    glRotatef(60.0f,0.0f,0.0f,0.0f);
    
    glFrontFace(GL_CCW);
    glPolygonMode(GL_FRONT, GL_FILL);
    glPolygonMode(GL_BACK, GL_FILL);

    glBegin(GL_POLYGON);
    glColor3fv(color[0]);
    glVertex3fv(vtx[2]);
    glColor3fv(color[1]);
    glVertex3fv(vtx[4]);
    glColor3fv(color[2]);
    glVertex3fv(vtx[5]);
    glColor3fv(color[3]);
    glVertex3fv(vtx[3]);
    glColor3fv(color[4]);
    glVertex3fv(vtx[1]);
    glColor3fv(color[5]);
    glVertex3fv(vtx[0]);
    glEnd();
    
    glBegin(GL_QUADS);
    glColor3fv(color[0]);
    glVertex3fv(vtx[8]);
    glColor3fv(color[1]);
    glVertex3fv(vtx[10]);
    glColor3fv(color[2]);
    glVertex3fv(vtx[4]);
    glColor3fv(color[0]);
    glVertex3fv(vtx[2]);
     
    glColor3fv(color[0]);
    glVertex3fv(vtx[6]);
    glColor3fv(color[1]);
    glVertex3fv(vtx[8]);
    glColor3fv(color[2]);
    glVertex3fv(vtx[2]);
    glColor3fv(color[0]);
    glVertex3fv(vtx[0]);
    
    glColor3fv(color[0]);
    glVertex3fv(vtx[10]);
    glColor3fv(color[1]);
    glVertex3fv(vtx[11]);
    glColor3fv(color[2]);
    glVertex3fv(vtx[5]);
    glColor3fv(color[0]);
    glVertex3fv(vtx[4]);
    
    glColor3fv(color[0]);
    glVertex3fv(vtx[1]);
    glColor3fv(color[1]);
    glVertex3fv(vtx[3]);
    glColor3fv(color[2]);
    glVertex3fv(vtx[9]);
    glColor3fv(color[0]);
    glVertex3fv(vtx[7]);
    
    glColor3fv(color[3]);
    glVertex3fv(vtx[0]);
    glColor3fv(color[4]);
    glVertex3fv(vtx[1]);
    glColor3fv(color[5]);
    glVertex3fv(vtx[7]);
    glColor3fv(color[0]);
    glVertex3fv(vtx[6]);

    glColor3fv(color[0]);
    glVertex3fv(vtx[3]);
    glColor3fv(color[1]);
    glVertex3fv(vtx[5]);
    glColor3fv(color[2]);
    glVertex3fv(vtx[11]);
    glColor3fv(color[0]);
    glVertex3fv(vtx[9]);
    glEnd();
   
    glBegin(GL_POLYGON);
    glColor3fv(color[3]);
    glVertex3fv(vtx[6]);
    glColor3fv(color[4]);
    glVertex3fv(vtx[7]);
    glColor3fv(color[5]);
    glVertex3fv(vtx[9]);
    glColor3fv(color[0]);
    glVertex3fv(vtx[11]);
    glColor3fv(color[1]);
    glVertex3fv(vtx[10]);
    glColor3fv(color[2]);
    glVertex3fv(vtx[8]);
    glEnd();

    glPopMatrix();
    glFlush();
}

这段代码简单的运用了三维坐标和矩阵堆栈,虽然矩阵堆栈在这里用处不大。颜色随便定义的。此外我还用到旋转函数glRotatef(60.0f,0.0f,0.0f,0.0f);将图形沿x轴稍微向外旋转了一下。看一下效果:

六棱柱

有一点需要注意,我画面的时候是先画背面再画正面,否则正面会被背面挡住。另外,由于我定义了面的方向,所以我画点也是有顺序的(具体可看上一篇)。

但是这是静态的,我们画了那么多只能看见一部分,因此我通过调用时间库让它动起来。

引入时间库函数头文件和数学库头文件

#include <cmath>
#include <time.h>

利用刚刚讲的void glRotatef(GLfloat x,GLfloat y,GLfloat z,GLfloat w)函数实现旋转,随便绕哪个轴。

clock_t now = clock();
glRotatef(sin(0.0001 * now) * 360,cos(0.0001 * now) * 360 ,sin(0.0001 * now) * 360,0.0f);

在刷新缓冲后设置重绘状态,这个函数应该在前面讲过。(虽然这么做有可能存在堆栈的问题)

glutPostRedisplay();

看一下效果。

效果图

法线向量和光照

画好了立体图形并且会动了,但还是感觉距离真是物体差很远。我决定给它加上阴影让它看起来更真实点。

有阴影就必须有光照,而OpenGL的光照效果除了要设置光源外还要给不同的面设置法线向量。我通过调用void glNormal3fv(const GLfloat *v)函数直接传一个法线向量。

 GLfloat norm[8][3] =  //三棱柱各面法向
    {
        {0.0f,1.0f,0.0f},   //底面
        {0.0f,0.0f,1.0f},    //前一面
        {static_cast<GLfloat>(sqrt(3.0f)/4),0.0f,-0.25f},    //前二面
        {static_cast<GLfloat>(sqrt(3.0f)/4),0.0f,0.25f},      //前三面
        {0.0f,0.0f,1.0f},    //后一面
        {static_cast<GLfloat>(sqrt(3.0f)/4),0.0f,0.25f},    //后二面
        {static_cast<GLfloat>(sqrt(3.0f)/4),0.0f,-0.25f},//后三面
        {0.0f,1.0f,0.0f}     //顶面
        
    };

然后在每次画面的同时插入相应的法线向量绘制函数,例如底面的glNormal3fv(norm[0]);

最后再加入光源。这个光源也是有讲究的,不过我不打算深入的介绍。放一下我的代码。

    GLfloat light_pos[] = {-1.0f,-1.0f,-1.0f,1.0f};
    GLfloat light_ambient[] = {0.0f,0.0f,0.0f,1.0f};
    GLfloat light_difuse[] = {1.0f,1.0f,1.0f,1.0f};
    GLfloat light_specular[] = {1.0f,1.0f,1.0f,1.0f};
    glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, light_pos);
    glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, light_ambient);
    glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, light_difuse);
    glLightfv(GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, light_specular);
    glEnable(GL_LIGHT0);
    glEnable(GL_LIGHTING);

照理说这样设置就可以了,但是光照到物体上的话,物体也会根据材质反射不同的质感。比如说紫砂壶的光泽和陶瓷瓶的光泽肯定是不一样的。

    GLfloat mat_ambient[]   = {0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f};
    GLfloat mat_diffuse[]   = {0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f};
    GLfloat mat_specular[] = {0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f};
    GLfloat mat_emission[] = {0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f};
    GLfloat mat_shininess   = 30.0f;
    glMaterialfv(GL_FRONT, GL_AMBIENT,    mat_ambient);
    glMaterialfv(GL_FRONT, GL_DIFFUSE,    mat_diffuse);
    glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR,   mat_specular);
    glMaterialfv(GL_FRONT, GL_EMISSION,   mat_emission);
    glMaterialf (GL_FRONT, GL_SHININESS,  mat_shininess);

最后看一下效果(为了看效果我把颜色都去掉了)。

效果图

这次博客其实是按照我做作业的顺序讲的,接下来可能会讲到图形变换吧。但早期OpenGL我感觉会马上结束了,之后我会尝试现代OpenGL,不过那也是暑假的事了吧。

©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 157,012评论 4 359
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 66,589评论 1 290
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 106,819评论 0 237
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 43,652评论 0 202
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 51,954评论 3 285
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 40,381评论 1 210
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 31,687评论 2 310
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 30,404评论 0 194
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 34,082评论 1 238
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 30,355评论 2 241
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 31,880评论 1 255
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 28,249评论 2 250
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 32,864评论 3 232
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 26,007评论 0 8
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 26,760评论 0 192
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 35,394评论 2 269
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 35,281评论 2 259

推荐阅读更多精彩内容