OpenGL三维几何变换 & 材质光照

显示效果:

源码:

#define NDEBUG
#ifndef GLUT_DISABLE_ATEXIT_HACK
#define GLUT_DISABLE_ATEXIT_HACK
#endif
#include <windows.h>
#include <gl/glut.h>
#include <math.h>
#include <stdio.h>
#include <vector>using namespace std;const int windowWidge=600, windowHeight=600;static GLfloat angle = 0.0f;
static GLfloat moonAngle=0.0f;
static GLfloat sunAngle=0.0f;//初始化绘制
void init(){glClearColor(0.0,0.0,0.0,0);glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);  //清理颜色和深度缓存// 创建透视效果视图glMatrixMode(GL_PROJECTION);glLoadIdentity();gluPerspective(80.0, 1.0f, 1.0f, 50.0f);//定义视点位置:glMatrixMode(GL_MODELVIEW);glLoadIdentity();gluLookAt(0.0, 30.0, 10.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, -1, 3.0);// 定义太阳光源，它是一种白色的光源{GLfloat sun_light_position[] = {0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f}; //光源的位置在世界坐标系圆心，齐次坐标形式GLfloat sun_light_ambient[]   = {0.1f, 0.1f, 0.1f, 1.0f}; //RGBA模式的环境光GLfloat sun_light_diffuse[]   = {1.0f, 234.0/255, 106.0/255, 1.0f}; //RGBA模式的漫反射光，全白光GLfloat sun_light_specular[] = {1.0f, 234.0/255, 106.0/255, 1.0f};  //RGBA模式下的镜面光 ，全白光glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, sun_light_position);glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT,   sun_light_ambient);glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE,   sun_light_diffuse);glLightfv(GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, sun_light_specular);//开启灯光glEnable(GL_LIGHT0);glEnable(GL_LIGHTING);glEnable(GL_DEPTH_TEST);}return ;
}void display(){glClearColor(0.0,0.0,0.0,0);glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);// 定义太阳的材质并绘制太阳{GLfloat sun_mat_ambient[]   = {1.0f, 234.0/255, 106.0/255, 1.0f};  //定义材质的环境光颜色GLfloat sun_mat_diffuse[]   = {0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f};  //定义材质的漫反射光颜色GLfloat sun_mat_specular[] = {0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f};   //定义材质的镜面反射光颜色GLfloat sun_mat_emission[] = {1.0f, 234.0/255, 106.0/255, 1.0f};   //定义材质的辐射光颜色GLfloat sun_mat_shininess   = 0.0f;glMaterialfv(GL_FRONT, GL_AMBIENT,    sun_mat_ambient);glMaterialfv(GL_FRONT, GL_DIFFUSE,    sun_mat_diffuse);glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR,   sun_mat_specular);glMaterialfv(GL_FRONT, GL_EMISSION,   sun_mat_emission);glMaterialf (GL_FRONT, GL_SHININESS, sun_mat_shininess);glPushMatrix ();glRotated (sunAngle,0.0f, 0.0f, 1.0f);glutSolidSphere(4.0, 40, 32);glPopMatrix ();}// 定义地球的材质并绘制地球{GLfloat earth_mat_ambient[]   = {0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f};  //定义材质的环境光颜色GLfloat earth_mat_diffuse[]   = {0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f};  //定义材质的漫反射光颜色GLfloat earth_mat_specular[] = {1.0f, 234.0/255, 106.0/255, 1.0f};   //定义材质的镜面反射光颜色GLfloat earth_mat_emission[] = {0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f};   //定义材质的辐射光颜色GLfloat earth_mat_shininess   = 32.0f;glMaterialfv(GL_FRONT, GL_AMBIENT,    earth_mat_ambient);glMaterialfv(GL_FRONT, GL_DIFFUSE,    earth_mat_diffuse);glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR,   earth_mat_specular);glMaterialfv(GL_FRONT, GL_EMISSION,   earth_mat_emission);glMaterialf (GL_FRONT, GL_SHININESS, earth_mat_shininess);glPushMatrix ();glRotatef(angle, 0.0f, 0.0f, 1.0f);glTranslatef(10.0f, 0.0f, 0.0f);glutSolidSphere(2.0, 40, 32);     //半径为2, 40条纬线, 32条经线glPopMatrix ();}
//  定义月球材质并绘制月球{GLfloat moon_mat_ambient[]   = {225.0/255, 225.0/255, 220.0/255, 1.0f};  //定义材质的环境光颜色GLfloat moon_mat_diffuse[]   = {225.0/255, 225.0/255, 220.0/255, 1.0f};  //定义材质的漫反射光颜色GLfloat moon_mat_specular[] = {1.0f, 234.0/255, 106.0/255, 1.0f};   //定义材质的镜面反射光颜色GLfloat moon_mat_emission[] = {0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f};   //定义材质的辐射光颜色GLfloat moon_mat_shininess   = 128.0f;glMaterialfv(GL_FRONT, GL_AMBIENT,    moon_mat_ambient);glMaterialfv(GL_FRONT, GL_DIFFUSE,    moon_mat_diffuse);glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR,   moon_mat_specular);glMaterialfv(GL_FRONT, GL_EMISSION,   moon_mat_emission);glMaterialf (GL_FRONT, GL_SHININESS, moon_mat_shininess);//绕地球旋转:glPushMatrix ();glRotatef(angle, 0.0f, 0.0f, 1.0f);glTranslatef(10.0f, 0.0f, 0.0f);glRotatef(-angle, 0.0f, 0.0f, 1.0f);glRotatef (moonAngle,0.0f, 0.0f, 1.0f);glTranslatef (4.0f, 0.0f, 0.0f);glutSolidSphere(1.0, 40, 32);        //半径为2, 40条纬线, 32条经线glPopMatrix ();}glutSwapBuffers();return ;
}void myIdle(void){angle += 0.5f;moonAngle +=2.0f;sunAngle +=1.0f;if( angle >= 360.0f ){angle = 0.0f;}if(moonAngle >=360.0f){moonAngle=0.0f;}glutPostRedisplay();Sleep(10);return;
}int main(int argc, char** argv){glutInit(&argc, argv);//初始化glutglutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGBA);//设置显示模式为单缓冲，RGB模式glutInitWindowPosition(0,0);//设置窗口位置glutInitWindowSize(windowWidge,windowHeight);//设置窗口大小glutCreateWindow("太阳系");//设置窗口标题init();glutDisplayFunc(display);glutIdleFunc(myIdle);glutMainLoop();return 0;
}

源码分析:

视点透视:

// 创建透视效果视图
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
gluPerspective(80.0, 1.0f, 1.0f, 50.0f);

先搞明白glMatrixMode()

glMatrixMode是用来指定哪一个矩阵是当前矩阵，而它的参数代表要操作的目标

GL_PROJECTION是对投影矩阵操作
GL_MODELVIEW是对模型视景矩阵操作
GL_TEXTURE是对纹理矩阵进行随后的操作
之前讲到openGL有两种投影: 正射投影（垂直投影）和透视投影

前者不用缩放, 后者使用缩放
通常，我们需要在进行变换前把当前矩阵设置为单位矩阵。
所以后头会跟上一个:

glLoadIdentity();
gluPerspective(80.0, 1.0f, 1.0f, 50.0f);

设置当前可视空间为透视投影空间, 并设置透视投影的参数

之前用的都是glOrtho
此为设置当前可视空间为正投影空间
```
void gluPerspective (GLdouble fovy, GLdouble aspect, GLdouble zNear, GLdouble zFar)
```
几个参数与图中的视角相对应:
1. 视线张角
  
  当张角变小时, 相当于显微镜, 将更小范围内的东西放大到固定的屏幕, 反之缩小
  
  当=180时, 物体变的无限小, 不可见, 当=0时, 视线关闭, 不可见
2. 宽高比w/h
3. zNear表示近裁剪面到眼睛的距离，zFar表示远裁剪面到眼睛的距离
  
  这两个都不能设置为负值

定义视点:

//定义视点:
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity();
gluLookAt(0.0, 30.0, 10.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, -1, 3.0);

前两个和之前一样
```
  void gluLookAt(GLdouble eyex,GLdouble eyey,GLdouble eyez,GLdouble centerx,GLdouble centery,GLdouble centerz,GLdouble upx,GLdouble upy,GLdouble upz);
```
定义视点, 分为三组坐标
1. 第一组定义了视点在世界坐标系中的坐标
2. 第二组定义了视点看向的位置
3. 第三组定义了视点向上方向的在世界坐标系中的方向向量(头顶位置)

光照:

具体的光照详解可以参考这一篇:

https://blog.csdn.net/chuifuhuo6864/article/details/100886020

三维变换:

三维变换具体可以参考这篇博客:

https://www.cnblogs.com/tjulym/p/5049313.html

glPushMatrix ();
glRotatef(angle, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
glTranslatef(10.0f, 0.0f, 0.0f);
glutSolidSphere(2.0, 40, 32);       //半径为2, 40条纬线, 32条经线
glPopMatrix ();

矩阵入栈, 而后对此矩阵进行操作

以下的操作都可以看做是对当前坐标轴的变换, 初始坐标轴与世界坐标轴重合

旋转:
```
glRotatef(GLfloat angle,GLfloat x,GLfloat y,GLfloat z)
```
1. angle:
  旋转的角度
2. 后头一组坐标为旋转轴的方向向量
  
  将以此向量为上进行逆时针旋转
平移:
```
void glTranslatef(GLfloat x,GLfloat y,GLfloat z);
```
以当前坐标轴为基准, 将当前坐标轴平移到(x,y,z)的位置
画一个刚体球:
```
void glutSolidSphere(GLdouble r,GLint ,GLint);
```
- r
  球的半径
- 后头两个参数为球的纬线&经线的条数
  实际画出的是一个多面体, 所以纬线与经线越多, 就越接近真实球体
弹出当前操作的矩阵

矩阵堆栈有容量上限, 及时弹出防止爆栈

画面刷新:

glutIdleFunc(myIdle);

void myIdle(void){angle += 0.5f;moonAngle +=2.0f;sunAngle +=1.0f;if( angle >= 360.0f ){angle = 0.0f;}if(moonAngle >=360.0f){moonAngle=0.0f;}sleep(10);glutPostRedisplay();return;
}

glutIdleFunc(void (*callback) ())

闲时调用函数, 当openGL空闲时会调用传给他的函数func
myIdle()

返回值与参数均为void

在空闲时被调用, 更新当前角度啥的

而后一个sleep() 防止刷新率过高
glutPostRedisplay()

相当于直接调用display()来刷新窗口, 但后者更加智能一点

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计算机图形学の三维几何变换材质光照(OpenGL)

OpenGL三维几何变换 & 材质光照

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视点透视:

定义视点:

光照:

三维变换:

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