【转】OpenGL实现太阳系模型
转自：http://www.juwends.com/tech/opengl/opengl-solar-system.html
OpenGL是一个非常强大的图形引擎。传说当下最流行的图形引擎有两套，其中之一就是Windows平台上最常用的DirectX（而且只能在Microsoft的平台上使用，可以看下百度百科关于DirectX的介绍），而另外一套则是OpenGL了，可以用于非常多的平台（可以参看百度百科关于OpenGL的介绍），至少我是这么被告知的。说到OpenGL，就不得不提到NeHe（读音有点像“妮褐”，不过我平时都叫它“呵呵”），据我的浅薄认知来看，NeHe提供了大概48个使用OpenGL的例子，这些例子涉及了OpenGL编程非常多的方面，传说是掌握这些例子就可以无敌了，详细可以去NeHe官网看看，最右边有个“Legacy Tutorials”（嗯，对了，我确定是有48个例子了）就是所有的例子，所有的例子可以下载不同IDE（集成开发环境，比如像vs，vc，devc等）的源码。
关于OpenGL实现太阳系模型是因为选了三维动画的课，最后交的结课作业，为了不太浪费资源，所以写一篇文章来保留这些劳动成果，也为后来的人做个小小的参考，因为初涉OpenGL，模型设计实现不妥之处还望高手指教。以下是简要的设计描述：
为简便起见，简化模型： 太阳为光源星球，并且为太阳系行星的中心； 所有星球（除太阳以外）以圆形轨道绕行； 所有星球均为正球体。 对具体星球而言，具有以下属性： 颜色（Color）； 半径（Radius）； 自转速度（SelfSpeed）； 公转速度（Speed）； 距离太阳中心距离（Distance）； 绕行星球（ParentBall）； 当前自转角度（AlphaSelf）； 当前公转角度（Alpha）。 设计描述星球的类及关键实现： 描述普通的能够自转并且绕某个点公转的球（class Ball）； 描述具有材质属性的球（class MatBall）； 描述具有发光属性的球（class LightBall）； 每个星球类独立的处理自己的运动； 类中实现绘图方法（Draw）和更新方法（Update）用于绘制、更新星球； Draw()方法中需要处理自己绕行点（ParentBall）的关系； 对于星球的属性数据需要案一定比例进行调整以符合观看需要。 程序流程如下： 使用Console模式开启程序； 初始化星球对象； 初始化OpenGL引擎，实现绘制函数（OnDraw）和更新函数（OnUpdate）； 在绘制函数中调用每个星球对象的Draw()方法； Draw()方法根据星球的属性进行变换并绘制； 在更新函数中调用每个星球对象的Update()方法； Update()方法处理自转数据和公转数据； 实现按键监控，可以通过调整视角对太阳系模型进行观察。
下面是运行程序的截图（本来是彩色的，不过呢，因为word打印需要变成灰度图来看效果，又不想去再截图了，So….）：
以下是完整的代码：
View Code
1 /***************************** BallDefinition.h ******************************/
2 #include <gl/glut.h>
3
4 #ifndef __BALLDEFINITION
5 #define __BALLDEFINITION
6
7 // 数组type
8 typedef GLfloat (Float2)[2];
9 typedef GLfloat (Float3)[3];
10 typedef GLfloat Float;
11 typedef GLfloat (Float4)[4];
12
13 // 对数组进行操作的宏
14 //#define Float(name, value) (name)=(value)
15 #define Float2(name, value0, value1) ((name)[0])=(value0), ((name)[1])=(value1)
16 #define Float3(name, value0, value1, value2) ((name)[0])=(value0), \
17 ((name)[1])=(value1), ((name)[2])=(value2)
18 #define Float4(name, value0, value1, value2, value3) ((name)[0])=(value0), \
19 ((name)[1])=(value1), ((name)[2])=(value2), ((name)[3])=(value3)
20
21 // 对数组进行操作的宏
22 //#define Float(name) (name)
23 #define RFloat2(name) ((name)[0]), ((name)[1])
24 #define RFloat3(name) ((name)[0]), ((name)[1]), ((name)[2])
25 #define RFloat4(name) ((name)[0]), ((name)[1]), ((name)[2]), ((name)[3])
26
27 class Ball {
28 public:
29 Float4 Color;
30 Float Radius;
31 Float SelfSpeed;
32 Float Speed;
33
34 // ParentBall是本球绕行的球
35 // Center是本球的中心点，当有ParentBall和Distance的时候可以不使用
36 // Distance是本球中心与ParentBall中心的距离
37 // Center暂时没有使用
38 //Float2 Center;
39 Float Distance;
40 Ball * ParentBall;
41
42 virtual void Draw() { DrawBall(); }
43 virtual void Update(long TimeSpan);
44
45 Ball(Float Radius, Float Distance, Float Speed, Float SelfSpeed, Ball * Parent);
46
47 // 对普通的球体进行移动和旋转
48 void DrawBall();
49
50 protected:
51 Float AlphaSelf, Alpha;
52 };
53
54 class MatBall : public Ball {
55 public:
56 virtual void Draw() { DrawMat(); DrawBall(); }
57
58 MatBall(Float Radius, Float Distance, Float Speed, Float SelfSpeed,
59 Ball * Parent, Float3 color);
60
61 // 对材质进行设置
62 void DrawMat();
63 };
64
65 class LightBall : public MatBall {
66 public:
67 virtual void Draw() { DrawLight(); DrawMat(); DrawBall(); }
68
69 LightBall(Float Radius, Float Distance, Float Speed, Float SelfSpeed,
70 Ball * Parent, Float3 color);
71
72 // 对光源进行设置
73 void DrawLight();
74 };
75
76 #endif
77
78
79 /**************************** BallDefinition.cpp *****************************/
80 #include "BallDefinition.h"
81
82 Ball::Ball(Float Radius, Float Distance, Float Speed, Float SelfSpeed, Ball * Parent) {
83 Float4(Color, 0.8f, 0.8f, 0.8f, 1.0f);
84 this->Radius = Radius;
85 this->SelfSpeed = SelfSpeed;
86 if (Speed > 0)
87 this->Speed = 360.0f / Speed;
88 AlphaSelf = Alpha= 0;
89 this->Distance = Distance;
90 ParentBall = Parent;
91 }
92
93 #include <stdio.h>
94 #include <math.h>
95 #define PI 3.1415926535
96
97 // 对普通的球体进行移动和旋转
98 void Ball::DrawBall() {
99
100 glEnable(GL_LINE_SMOOTH);
101 glEnable(GL_BLEND);
102
103 int n = 1440;
104
105 glPushMatrix();
106 {
107 // 公转
108 if (ParentBall != 0 && ParentBall->Distance > 0) {
109 glRotatef(ParentBall->Alpha, 0, 0, 1);
110 glTranslatef(ParentBall->Distance, 0.0, 0.0);
111
112 glBegin(GL_LINES);
113 for(int i=0; i<n; ++i)
114 glVertex2f(Distance * cos(2 * PI * i / n),
115 Distance * sin(2 * PI * i / n));
116 glEnd();
117
118 } else {
119 glBegin(GL_LINES);
120 for(int i=0; i<n; ++i)
121 glVertex2f(Distance * cos(2 * PI * i / n),
122 Distance * sin(2 * PI * i / n));
123 glEnd();
124 }
125 glRotatef(Alpha, 0, 0, 1);
126 glTranslatef(Distance, 0.0, 0.0);
127
128 // 自转
129 glRotatef(AlphaSelf, 0, 0, 1);
130
131 // 绘图
132 glColor3f(RFloat3(Color));
133 glutSolidSphere(Radius, 40, 32);
134 }
135 glPopMatrix();
136 }
137
138 void Ball::Update(long TimeSpan) {
139 // TimeSpan 是天
140 Alpha += TimeSpan * Speed;
141 AlphaSelf += SelfSpeed;
142 }
143
144 MatBall::MatBall(Float Radius, Float Distance, Float Speed, Float SelfSpeed,
145 Ball * Parent, Float3 color) : Ball(Radius, Distance, Speed, SelfSpeed, Parent) {
146 Float4(Color, color[0], color[1], color[2], 1.0f);
147 }
148
149 // 对材质进行设置
150 void MatBall::DrawMat() {
151 GLfloat mat_ambient[] = {0.0f, 0.0f, 0.5f, 1.0f};
152 GLfloat mat_diffuse[] = {0.0f, 0.0f, 0.5f, 1.0f};
153 GLfloat mat_specular[] = {0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f};
154 //下面两句替换可以出现彩色或者蓝色的太阳系模型
155 //GLfloat mat_emission[] = {RFloat4(Color)};
156 GLfloat mat_emission[] = {.0f, .0f, .1f, 1.0f};
157 GLfloat mat_shininess = 90.0f;
158
159 glMaterialfv(GL_FRONT, GL_AMBIENT, mat_ambient);
160 glMaterialfv(GL_FRONT, GL_DIFFUSE, mat_diffuse);
161 glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR, mat_specular);
162 glMaterialfv(GL_FRONT, GL_EMISSION, mat_emission);
163 glMaterialf (GL_FRONT, GL_SHININESS, mat_shininess);
164 }
165
166 LightBall::LightBall(Float Radius, Float Distance, Float Speed, Float SelfSpeed,
167 Ball * Parent, Float3 color)
168 : MatBall(Radius, Distance, Speed, SelfSpeed, Parent, color) {}
169
170 // 对光源进行设置
171 void LightBall::DrawLight() {
172 GLfloat light_position[] = {0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f};
173 GLfloat light_ambient[] = {0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f};
174 GLfloat light_diffuse[] = {1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f};
175 GLfloat light_specular[] = {1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f};
176 glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, light_position);
177 glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, light_ambient);
178 glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, light_diffuse);
179 glLightfv(GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, light_specular);
180 }
181
182
183 /**************************** Main.cpp *****************************/
184 #include <stdlib.h>
185 #include "BallDefinition.h"
186
187 #define WIDTH 700
188 #define HEIGHT 700
189
190 // 每次更新 看做过去了 1 天
191 #define TimePast 1
192
193 #include <math.h>
194
195 // 对太阳系星球的参数进行调整用的宏
196 #define KK .000001
197 #define sk (.07 * KK)
198 #define k (.5 * KK)
199 #define vk (1.5 * KK)
200 #define fk (.5 * KK)
201 #define hfk (.4 * KK)
202 #define ffk (.3 * KK)
203 #define dk (1.07 * KK)
204 #define edk (1.12 * KK)
205 #define lsk (.3 * KK)
206 #define mk (15000 * KK)
207 #define mrk (1.6 * KK)
208 #define tk .3
209 #define ttk .2
210 #define tttk .1
211
212 // 自转速度（都定义为定值）
213 #define SelfRotate 3
214
215 #define ARRAY_SIZE 10
216 enum STARS {Sun, Mercury, Venus, Earth, Moon, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptune};
217 Ball * Balls[ARRAY_SIZE];
218
219 void init() {
220 Float3 Color;
221 // 定义星球，这些星球的数据是经过不同比例变化过的
222 // 太阳
223 Float3(Color, 1, 0, 0);
224 Balls[Sun] = new LightBall(sk * 696300000, 0, 0, SelfRotate, 0, Color);
225 // 水星
226 Float3(Color, .2, .2, .5);
227 Balls[Mercury] = new MatBall(
228 vk * 4880000, dk * 58000000, 87, SelfRotate, Balls[Sun], Color);
229 // 金星
230 Float3(Color, 1, .7, 0);
231 Balls[Venus] = new MatBall(
232 vk * 12103600, dk * 108000000, 225, SelfRotate, Balls[Sun], Color);
233 // 地球
234 Float3(Color, 0, 1, 0);
235 Balls[Earth] = new MatBall(
236 vk * 12756300, edk * 150000000, 365, SelfRotate, Balls[Sun], Color);
237 // 月亮
238 Float3(Color, 1, 1, 0);
239 Balls[Moon] = new MatBall(
240 mrk * 3844010.0f , mk * 1734.0f, 30, SelfRotate, Balls[Earth], Color);
241 // 火星
242 Float3(Color, 1, .5, .5);
243 Balls[Mars] = new MatBall(
244 vk * 6794000, KK * 228000000, 687, SelfRotate, Balls[Sun], Color);
245 // 木星
246 Float3(Color, 1, 1, .5);
247 Balls[Jupiter] = new MatBall(
248 lsk * 142984000, fk * 778000000, tk * 4328, SelfRotate, Balls[Sun], Color);
249 // 土星
250 Float3(Color, .5, 1, .5);
251 Balls[Saturn] = new MatBall(
252 lsk * 120536000, fk * 1427000000, ttk * 10752, SelfRotate, Balls[Sun], Color);
253 // 天王星
254 Float3(Color, .4, .4, .4);
255 Balls[Uranus] = new MatBall(k * 51118000,
256 hfk * 2870000000, tttk * 30664, SelfRotate, Balls[Sun], Color);
257 // 海王星
258 Float3(Color, .5, .5, 1);
259 Balls[Neptune] = new MatBall(k * 49532000,
260 ffk * 4497000000, tttk * 60148, SelfRotate, Balls[Sun], Color);
261 }
262
263 // 初始视角（ 视点在(+z, -y)处 ）
264 #define REST (700000000 * KK)
265 #define REST_Z (REST)
266 #define REST_Y (-REST)
267
268 // lookAt参数
269 GLdouble eyeX = 0, eyeY = REST_Y, eyeZ= REST_Z;
270 GLdouble centerX= 0, centerY= 0, centerZ= 0;
271 GLdouble upX= 0, upY= 0, upZ= 1;
272
273 void OnDraw(void) {
274 glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
275 glClearColor(.7, .7, .7, .1);
276 glMatrixMode(GL_PROJECTION);
277 glLoadIdentity();
278 gluPerspective(75.0f, 1.0f, 1.0f, 40000000);
279 glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
280 glLoadIdentity();
281 gluLookAt(eyeX, eyeY,eyeZ, centerX, centerY, centerZ, upX, upY, upZ);
282
283 glEnable(GL_LIGHT0);
284 glEnable(GL_LIGHTING);
285 glEnable(GL_DEPTH_TEST);
286
287 // 实际绘制
288 for (int i=0; i<ARRAY_SIZE; i++)
289 Balls[i]->Draw();
290
291 glutSwapBuffers();
292 }
293
294 void OnUpdate(void) {
295 // 实际更新
296 for (int i=0; i<ARRAY_SIZE; i++)
297 Balls[i]->Update(TimePast);
298 OnDraw();
299 }
300
301 // 每次按键移动的距离
302 #define OFFSET (20000000 * KK)
303
304 // 按键操作变化视角
305 // w(+y方向) a(-x方向) d(+x方向) x(-y方向) s(+z 方向) S(-z 方向) r(reset)
306 void keyboard (unsigned char key, int x, int y) {
307 switch (key) {
308 case 'w': eyeY += OFFSET; break;
309 case 's': eyeZ += OFFSET; break;
310 case 'S': eyeZ -= OFFSET; break;
311 case 'a': eyeX -= OFFSET; break;
312 case 'd': eyeX += OFFSET; break;
313 case 'x': eyeY -= OFFSET; break;
314 case 'r':
315 eyeX = 0; eyeY = REST_Y; eyeZ= REST_Z;
316 centerX= 0; centerY= 0; centerZ= 0;
317 upX= 0; upY= 0; upZ= 1;
318 break;
319 case 27: exit(0); break;
320 default: break;
321 }
322 }
323
324 int main(int argc, char* argv[]) {
325 init();
326
327 glutInit(&argc, argv);
328 glutInitDisplayMode(GLUT_RGBA | GLUT_DOUBLE);
329 glutInitWindowPosition(150, 50);
330 glutInitWindowSize(WIDTH, HEIGHT);
331 glutCreateWindow("SolarSystem by Juwend");
332 glutDisplayFunc(&OnDraw);
333 glutIdleFunc(&OnUpdate);
334 glutKeyboardFunc(keyboard);
335 glutMainLoop();
336
337 return 0;
338 }这个模型还有很多需要增加的地方，比如He老师（任课老师）提出的，轨道可以使用椭圆，包括星球也可以更现实一些，另外就是球面纹理了，需要把星球的皮给披上去，这样就更容易看出自转了，还有就是因为最长的公转链就是太阳、地球、月亮，所以在实现公转和自转的时候，还有点问题的，假如最长公转链里有更多，比如10个球，则以上代码就会出问题了，但是修改代码解决这个问题并不是很困难的问题。关于这些问题，如果有时间再改吧。
关于OpenGL环境配置的问题，我想我应该会再写一篇短文来介绍的，只是不知是何时了……………………………
在此我也要感谢JiangTao同学在这方面提供了大量的无私的帮助！ 啊，太谢谢你了~~~~~~~~~~~ 另外，这是我在计算机三维动画这门课交的最后的大作业，希望CV代码的朋友一定要注意这个问题，并且能够理解我的补充这么一句话的意思。
OpenGL实现太阳系模型 —— Juwend
Juwend’s – http://www.juwends.com
笔者水平有限，若有错漏，欢迎指正，欢迎转载以及CV操作，但希注明出处，谢谢！
转载于:https://www.cnblogs.com/juwend/archive/2013/02/22/2922017.html
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