OpenGL大作业是画一个自行车，难度不高，但是代码量还是比较大的，所以放到博客上展示一下，不具备什么技术性。

全部代码放在最后，可以先看源码再看讲解。

0、准备工作

我们首先各种include

之后定义pi。因为这个程序是我之前画的一个贪吃蛇程序改的，所以画布的定义通过定义格子的数量及大小确定的，这里没有改所以就放在这了。

#define pi 3.1415926535897932
//这里是定义画布的大小，按格子划分画布，一个格子50，一行20个格子
#define gridSize 50
#define gridnum 20

然后为了方便我定义了一个点类，虽然也可以用二维数组或者结构体，不过还是习惯了定义成class。为了方便，全部public，大作业而已要什么严谨，因为OpenGL主要都是float类型，所以这里也用的float而不是double，理论上高精度转低精度问题不大，但是不想管了。

class Point
{
public:float x;float y;Point(float x, float y) {this->x = x;this->y = y;}
};

定义一个点A（1,1）的时候可以直接写

Point A=Point(1,1);

1、Bike类的结构

下面就是这次作业的主要内容了

1.0 成员变量

为了方便，我们需要先定义好这个自行车的特征点。车轮位置、车把位置、旋转过的角度等。

    bool Fill = true;                   //定义是填充还是线框，true是填充double roAngle = 0;                  //绘图的初始角度，逐渐改变roAngle可以让图像运动Point wheel1 = Point(300, 0);       //前轮中心的位置Point wheel2 = Point(-300, 0);        //后轮的中心位置Point Pedal = Point(0, 0);            //脚踏板的中心位置char mode = 'L';                   //运行速度可选low mid high

1.1 画圆

我搜索发现OpenGL是没有什么画圆的函数的，所以找到了别人的代码，稍微修改了一下。原理就是利用for循环画多边形，其中accuracy是控制圆的精度的。传入参数Point O是圆心坐标，float r是圆的半径。

没有加控制颜色的内容，所以使用时要先用修改颜色的函数，否则就是跟前面的颜色一样，也行。

void DrawCircular(Point O, float r) {int accuracy = 72;glBegin(GL_POLYGON);for (int i = 0; i < accuracy; ++i)glVertex2f(O.x + r * cos(2 * pi / accuracy * i), O.y + r * sin(2 * pi / accuracy * i));glEnd();glFlush();}

1.2 旋转点

在实现过程中发现画一个斜着的矩形比较麻烦，要输入四个点。而且自行车车轮的辐条也需要利用旋转才可以实现，所以我定义了一个将点绕另一个点旋转的函数。返回的结果是一个Point类型。

实现的功能就是将点p绕点o旋转angle°，这里用的角度制，会比较方便使用。

Point PointRotate(Point o, Point p, double angle) {angle = (angle / 180) * pi;float px = p.x - o.x;float py = p.y - o.y;float tempx = px * cos(angle) - py * sin(angle);float tempy = px * sin(angle) + py * cos(angle);return Point(o.x + tempx, o.y + tempy);}

1.3 绘制斜矩形

OpenGL提供的绘制矩形的函数只能是一个方向的，而自行车绘图里会有很多斜的矩形，所以定义了斜着绘制矩形的函数。

把斜的长方形看成一条线段，那么线段的端点就是p1和p2，width是线宽的一半。

原理就是p1p点在选段上，距离p1点width，然后将这个p1p点绕p1点旋转±90°得到两个点。同样找到p2p点，绕p2点旋转±90°，就可以得到四个点ABCD，最后调用绘制多边形，输入这四个点就可以实现了。

但是最后会出现bug，某条长边的边会出现曲线，原因未知，所以我就画两个三角形，最后看的效果还是一样的。

void DrawLine(Point p1, Point p2, float width) {float lineLength = sqrt((p2.x - p1.x) * (p2.x - p1.x) + (p2.y - p1.y) * (p2.y - p1.y));float x_p1p = p1.x + (p2.x - p1.x) * width / lineLength;float y_p1p = p1.y + (p2.y - p1.y) * width / lineLength;Point p1p = Point(x_p1p, y_p1p);float x_p2p = p2.x + (p1.x - p2.x) * width / lineLength;float y_p2p = p2.y + (p1.y - p2.y) * width / lineLength;Point p2p = Point(x_p2p, y_p2p);Point A = PointRotate(p1, p1p, 90);Point B = PointRotate(p1, p1p, -90);Point C = PointRotate(p2, p2p, -90);Point D = PointRotate(p2, p2p, 90);glBegin(GL_POLYGON);glVertex2f(D.x, D.y);glVertex2f(C.x, C.y);glVertex2f(B.x, B.y);glEnd();glBegin(GL_POLYGON);glVertex2f(A.x, A.y);glVertex2f(C.x, C.y);glVertex2f(B.x, B.y);glEnd();}

1.4 画车架

首先为了方便，把自行车的几个特征点记下来，车轮wheel1和wheel2，车座底端vertex，车座Seat，车头head，车把Handle，脚踏板旋转中心Pedal。

之后要做的就是调用绘制斜长方形的函数DrawLine，连接这几个点就行了。

void DrawFrame() {Point Seat = Point(-150, 300);Point vertex = Point(-125, 250);glColor3f(0.0, 1.0, 0.0);DrawLine(wheel2, Pedal, 10);DrawLine(wheel2, vertex, 10);DrawLine(Pedal, Seat, 10);DrawLine(Point(Seat.x - 50, Seat.y), Point(Seat.x + 100, Seat.y), 15);Point head(200, 250);Point Handle(170, 350);DrawLine(head, vertex, 10);DrawLine(head, Pedal, 10);DrawLine(Handle, wheel1, 10);DrawLine(Point(Handle.x + 10, Handle.y), Point(Handle.x - 70, Handle.y), 10);DrawCircular(wheel1, 20);DrawCircular(wheel2, 20);DrawCircular(Pedal, 20);}

1.5 画脚踏板

设置脚踏板的旋转中心为Point O

圆环用画圆函数，画一个大圆，一个白色的小同心圆盖住即可。

脚踏杆用DrawLine函数。但是因为设计到旋转，所以这个脚踏杆的初始位置一端就是旋转中心O，另一端就是绕O旋转angle°，由于这个角度需要随时间变化，所以这个在类里设计了一个成员变量roAngle记录当前旋转到的角度就可以了。

void DrawPedal(Point O) {double angle = (roAngle - 60) * pi / 180;DrawCircular(O, 50);glColor3f(1.0, 1.0, 1.0);DrawCircular(O, 30);glColor3f(1.0f, 0.0, 0.0);double length = 120;Point p3 = Point(O.x + length * cos(angle), O.y + length * sin(angle));glColor3f(0.0f, 1.0, 0.0);DrawLine(O, p3, 10);DrawLine(Point(p3.x - 50, p3.y), Point(p3.x + 50, p3.y), 10);DrawCircular(p3, 10);}

1.6 滑轮子

和脚踏板没啥区别，还是圆和斜线，还是绕roAngle°，所以直接上代码。

轮子的中心Point O

 void DrawWheel(Point O) {glColor3f(1.0f, 0.0, 0.0);DrawCircular(O, 200);glColor3f(1.0, 1.0, 1.0);DrawCircular(O, 180);glColor3f(1.0, 0.0, 0.0);glBegin(GL_POLYGON);               float weidth = 10;float length = 200;Point p1 = Point(-1 * weidth + O.x, -1 * length + O.y);Point p2 = Point(weidth + O.x, -1 * length + O.y);Point p3 = Point(weidth + O.x, O.y);Point p4 = Point(-1 * weidth + O.x, O.y);double angle = roAngle;for (int i = 0; i < 6; i++) {Point p5 = PointRotate(O, p1, angle);Point p6 = PointRotate(O, p2, angle);Point p7 = PointRotate(O, p3, angle);Point p8 = PointRotate(O, p4, angle);glBegin(GL_POLYGON);glVertex2f(p5.x, p5.y);glVertex2f(p6.x, p6.y);glVertex2f(p7.x, p7.y);glVertex2f(p8.x, p8.y);glEnd();angle = angle + 60;}}

1.7 画自行车

画元素的函数都编完了，那剩下的就是调用就行了。开始前先clear清除一下画布。

由于有要求说可选填充或者线框，所以做一个判断，是否Fill，决定使用GL_FILL还是GL_LINE。其他的注意遮挡关系，先后画图就好。

最后glFlush刷新到画布上，清空缓存。

    void BikeDisplay() {glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);if (Fill){glPolygonMode(GL_FRONT, GL_FILL);glPolygonMode(GL_BACK, GL_FILL);}else {glPolygonMode(GL_FRONT, GL_LINE);glPolygonMode(GL_BACK, GL_LINE);}glFrontFace(GL_CW);DrawWheel(wheel1);DrawWheel(wheel2);DrawPedal(Pedal);DrawFrame();glFlush();glutSwapBuffers();}

1.8 旋转函数

很简单就是让旋转过的角度roAngle增加就行，不过需要根据运行速度低中高，分别设置增量。直接用Switch分支结构就行。

    void Rotate() {switch (mode){case 'L': {roAngle = roAngle - 5; break; }case 'M': {roAngle = roAngle - 10; break; }case 'H': {roAngle = roAngle - 25; break; }default:break;}}

2、子菜单定义

下面的代码一次添加到主函数里就行

先定义子菜单1，速度菜单

glutCreateMenu(speed_menu);是调用speed_menu函数，

传入的参数就是glutAddMenuEntry("低速", 2);中的这个2。每个标签分别对应一个传入参数。

所以点击子菜单中的"低速"，相当于运行speed_menu(2)。

 int sub_menu1 = glutCreateMenu(speed_menu);glutAddMenuEntry("低速", 2);glutAddMenuEntry("中速", 3);glutAddMenuEntry("高速", 4);

定义子菜单2，线框、填充

 int sub_menu2 = glutCreateMenu(mode_menu);glutAddMenuEntry("填充", 5);glutAddMenuEntry("线框", 6);

定义主菜单

 //定义主菜单，并将前面的两个子菜单填入glutCreateMenu(main_menu);glutAddSubMenu("速度", sub_menu1);glutAddSubMenu("模式", sub_menu2);//设置鼠标右键为开启菜单的开关glutAttachMenu(GLUT_RIGHT_BUTTON);

回调函数

写在main前面

void main_menu(int id)
{
}void speed_menu(int id) {switch (id){case 2: bike.mode = 'L';break;case 3: bike.mode = 'M';break;case 4: bike.mode = 'H';break;}
}void mode_menu(int id) {switch (id){case 5:bike.Fill = true;break;case 6:bike.Fill = false;break;}
}

3、OpenGL要求使用的函数

初始化函数

确定初始化画布的颜色、大小、窗口位置、显示范围。照抄就行

void init() {glClearColor(1.0, 1.0, 1.0, 1.0);glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);               gluOrtho2D(0.0, (gridnum + 2) * gridSize / 2, 0.0, (gridnum + 2) * gridSize / 2);
}

改变窗口尺寸时的函数

void changSize(GLint w, GLint h) {GLfloat ratio;GLfloat coordinatesize = 1000.0f;if ((w == 0) || (h == 0))return;glViewport(0, 0, w, h);glMatrixMode(GL_PROJECTION);glLoadIdentity();ratio = (GLfloat)w / (GLfloat)h;if (w < h)glOrtho(-coordinatesize, coordinatesize, -coordinatesize / ratio, coordinatesize / ratio, -coordinatesize, coordinatesize);elseglOrtho(-coordinatesize * ratio, coordinatesize * ratio, -coordinatesize, coordinatesize, -coordinatesize, coordinatesize);glMatrixMode(GL_MODELVIEW);glLoadIdentity();
}

初始化一个自行车对象

Bike bike;

显示函数

void MyDisplay() {bike.Rotate();bike.BikeDisplay();
}

定时函数

负责100ms之后再次显示，里面嵌套一次定时函数，就可以实现一直运动的效果。

void TimerFunc(int value)
{glutPostRedisplay();glutTimerFunc(100, TimerFunc, 1);
}

主函数

依次调用前面定义好的函数就行，没说到的代码基本是OpenGL项目都要写的代码。

int main(int argc, char** argv) {glutInit(&argc, argv);glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGB);  glutInitWindowPosition(200, 50);                glutInitWindowSize(gridnum * gridSize, gridnum * gridSize);glutCreateWindow("Point");                     init();                                         glutDisplayFunc(MyDisplay);                     glutTimerFunc(100, TimerFunc, 1);glutReshapeFunc(changSize);    int sub_menu1 = glutCreateMenu(speed_menu);glutAddMenuEntry("低速", 2);glutAddMenuEntry("中速", 3);glutAddMenuEntry("高速", 4);int sub_menu2 = glutCreateMenu(mode_menu);glutAddMenuEntry("填充", 5);glutAddMenuEntry("线框", 6);glutCreateMenu(main_menu);glutAddSubMenu("速度", sub_menu1);glutAddSubMenu("模式", sub_menu2);glutAttachMenu(GLUT_RIGHT_BUTTON);glutMainLoop();return 0;
}

4、全部代码

//这里的include要配置一下不然找不到glut.h，可以参考其他博客
#include <GL/glut.h>
#include <iostream>
#include <stdlib.h>
#include <thread>
#include <math.h>
using namespace std;//这里进行了一些宏定义，pi为圆周率已经定义到double的极限了
#define pi 3.1415926535897932
//这里是定义画布的大小，按格子划分画布，一个格子50，一行20个格子
#define gridSize 50
#define gridnum 20//定义一个点类，方便后续操作，二维数组也行，不过我习惯了定义成类
class Point
{
public:float x;float y;Point(float x, float y) {this->x = x;this->y = y;}
};//定义画自行车的类
class Bike
{
public:bool Fill = true;                   //定义是填充还是线框，true是填充double roAngle = 0;                  //绘图的初始角度，逐渐改变roAngle可以让图像运动Point wheel1 = Point(300, 0);       //前轮中心的位置Point wheel2 = Point(-300, 0);        //后轮的中心位置Point Pedal = Point(0, 0);            //脚踏板的中心位置char mode = 'L';                   //运动速度，L、M、H分别是低中高速//绘图函数，将整个自行车画出来void BikeDisplay() {glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);if (Fill){glPolygonMode(GL_FRONT, GL_FILL);glPolygonMode(GL_BACK, GL_FILL);}else {glPolygonMode(GL_FRONT, GL_LINE);glPolygonMode(GL_BACK, GL_LINE);}glFrontFace(GL_CW);DrawWheel(wheel1);DrawWheel(wheel2);DrawPedal(Pedal);DrawFrame();glFlush();glutSwapBuffers();}//逐渐改变绘制图形的初始角度，让自行车轮及脚踏板旋转的函数void Rotate() {switch (mode){case 'L': {roAngle = roAngle - 5; break; }case 'M': {roAngle = roAngle - 10; break; }case 'H': {roAngle = roAngle - 25; break; }default:break;}}private://定义一个画圆的函数，圆心点O，半径为rvoid DrawCircular(Point O, float r) {int accuracy = 72;glBegin(GL_POLYGON);for (int i = 0; i < accuracy; ++i)glVertex2f(O.x + r * cos(2 * pi / accuracy * i), O.y + r * sin(2 * pi / accuracy * i));glEnd();glFlush();}//将P点绕o点旋转angle度Point PointRotate(Point o, Point p, double angle) {angle = (angle / 180) * pi;float px = p.x - o.x;float py = p.y - o.y;float tempx = px * cos(angle) - py * sin(angle);float tempy = px * sin(angle) + py * cos(angle);return Point(o.x + tempx, o.y + tempy);}//画一条“线”，是一个斜着的矩形，短边中心点为p1和p2，长方形的宽度为width//直接绘制斜的矩形会出长边变曲线的问题，所以分成两个三角形画void DrawLine(Point p1, Point p2, float width) {float lineLength = sqrt((p2.x - p1.x) * (p2.x - p1.x) + (p2.y - p1.y) * (p2.y - p1.y));float x_p1p = p1.x + (p2.x - p1.x) * width / lineLength;float y_p1p = p1.y + (p2.y - p1.y) * width / lineLength;Point p1p = Point(x_p1p, y_p1p);float x_p2p = p2.x + (p1.x - p2.x) * width / lineLength;float y_p2p = p2.y + (p1.y - p2.y) * width / lineLength;Point p2p = Point(x_p2p, y_p2p);Point A = PointRotate(p1, p1p, 90);Point B = PointRotate(p1, p1p, -90);Point C = PointRotate(p2, p2p, -90);Point D = PointRotate(p2, p2p, 90);glBegin(GL_POLYGON);glVertex2f(D.x, D.y);glVertex2f(C.x, C.y);glVertex2f(B.x, B.y);glEnd();glBegin(GL_POLYGON);glVertex2f(A.x, A.y);glVertex2f(C.x, C.y);glVertex2f(B.x, B.y);glEnd();}//利用定义好的DrawLine函数，绘制自行车的车架void DrawFrame() {Point Seat = Point(-150, 300);Point vertex = Point(-125, 250);glColor3f(0.0, 1.0, 0.0);DrawLine(wheel2, Pedal, 10);DrawLine(wheel2, vertex, 10);DrawLine(Pedal, Seat, 10);DrawLine(Point(Seat.x - 50, Seat.y), Point(Seat.x + 100, Seat.y), 15);Point head(200, 250);Point Handle(170, 350);DrawLine(head, vertex, 10);DrawLine(head, Pedal, 10);DrawLine(Handle, wheel1, 10);DrawLine(Point(Handle.x + 10, Handle.y), Point(Handle.x - 70, Handle.y), 10);DrawCircular(wheel1, 20);DrawCircular(wheel2, 20);DrawCircular(Pedal, 20);}//利用DrawCircular和DrawLine函数，绘制脚踏板及轴void DrawPedal(Point O) {double angle = (roAngle - 60) * pi / 180;DrawCircular(O, 50);glColor3f(1.0, 1.0, 1.0);DrawCircular(O, 30);glColor3f(1.0f, 0.0, 0.0);double length = 120;Point p3 = Point(O.x + length * cos(angle), O.y + length * sin(angle));glColor3f(0.0f, 1.0, 0.0);DrawLine(O, p3, 10);DrawLine(Point(p3.x - 50, p3.y), Point(p3.x + 50, p3.y), 10);DrawCircular(p3, 10);}//利用DrawCircular、PointRotate函数，绘制车轮void DrawWheel(Point O) {glColor3f(1.0f, 0.0, 0.0);DrawCircular(O, 200);glColor3f(1.0, 1.0, 1.0);DrawCircular(O, 180);glColor3f(1.0, 0.0, 0.0);glBegin(GL_POLYGON);               float weidth = 10;float length = 200;Point p1 = Point(-1 * weidth + O.x, -1 * length + O.y);Point p2 = Point(weidth + O.x, -1 * length + O.y);Point p3 = Point(weidth + O.x, O.y);Point p4 = Point(-1 * weidth + O.x, O.y);double angle = roAngle;for (int i = 0; i < 6; i++) {Point p5 = PointRotate(O, p1, angle);Point p6 = PointRotate(O, p2, angle);Point p7 = PointRotate(O, p3, angle);Point p8 = PointRotate(O, p4, angle);glBegin(GL_POLYGON);glVertex2f(p5.x, p5.y);glVertex2f(p6.x, p6.y);glVertex2f(p7.x, p7.y);glVertex2f(p8.x, p8.y);glEnd();angle = angle + 60;}}
};//初始化函数
void init() {glClearColor(1.0, 1.0, 1.0, 1.0);glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);              gluOrtho2D(0.0, (gridnum + 2) * gridSize / 2, 0.0, (gridnum + 2) * gridSize / 2);
}//改变尺寸时的函数
void changSize(GLint w, GLint h) {GLfloat ratio;GLfloat coordinatesize = 1000.0f;if ((w == 0) || (h == 0))return;glViewport(0, 0, w, h);glMatrixMode(GL_PROJECTION);glLoadIdentity();ratio = (GLfloat)w / (GLfloat)h;if (w < h)glOrtho(-coordinatesize, coordinatesize, -coordinatesize / ratio, coordinatesize / ratio, -coordinatesize, coordinatesize);elseglOrtho(-coordinatesize * ratio, coordinatesize * ratio, -coordinatesize, coordinatesize, -coordinatesize, coordinatesize);glMatrixMode(GL_MODELVIEW);glLoadIdentity();
}//初始化全局变量bike
Bike bike;//主函数的display回调函数，旋转车轮并让bike画图
void MyDisplay() {bike.Rotate();bike.BikeDisplay();
}//设置定时的回调函数，调用MyDisplay，并再次定时完成循环绘图
void TimerFunc(int value)
{glutPostRedisplay();glutTimerFunc(100, TimerFunc, 1);
}//主菜单的回调函数，主菜单没有独立子项，所以什么也不用做，不报错就行
void main_menu(int id)
{
}//调节速度的子菜单，id：2,3,4分别代表低中高速度
void speed_menu(int id) {switch (id){case 2: bike.mode = 'L';break;case 3: bike.mode = 'M';break;case 4: bike.mode = 'H';break;}
}//调节显示模式的子菜单，id：5,6分别代表填充与线框
void mode_menu(int id) {switch (id){case 5:bike.Fill = true;break;case 6:bike.Fill = false;break;}
}int main(int argc, char** argv) {//常规的初始化、定义窗口大小及位置的步骤glutInit(&argc, argv);glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGB);   glutInitWindowPosition(200, 50);                glutInitWindowSize(gridnum * gridSize, gridnum * gridSize);glutCreateWindow("Point");                     init();                                         glutDisplayFunc(MyDisplay);                     glutTimerFunc(100, TimerFunc, 1);glutReshapeFunc(changSize);    //定义速度子菜单及内容int sub_menu1 = glutCreateMenu(speed_menu);glutAddMenuEntry("低速", 2);glutAddMenuEntry("中速", 3);glutAddMenuEntry("高速", 4);//定义模式子菜单及内容int sub_menu2 = glutCreateMenu(mode_menu);glutAddMenuEntry("填充", 5);glutAddMenuEntry("线框", 6);//定义主菜单，并将前面的两个子菜单填入glutCreateMenu(main_menu);glutAddSubMenu("速度", sub_menu1);glutAddSubMenu("模式", sub_menu2);//设置鼠标右键为开启菜单的开关glutAttachMenu(GLUT_RIGHT_BUTTON);glutMainLoop();return 0;
}

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