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。

---glViewport():
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)

参考: OpenGL编程指南(原书第6版)

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