Win32 OpenGL编程(6) 踏入3D世界

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Technorati 标签: OpenGL ,3D ,graphic ,programming

提要

OpenGL本身就是为高性能3D图像处理而设计的，也多用于虚拟现实（VR），3D游戏等领域，本节正式开始接触3D领域，不再在2D的小世界中混了。（其实2D也是很大的领域了，当年不都是2D嘛？-_-！）本文主要以三角锥为例，从绘制一个3D坐标轴到绘制三角锥的线框模型到三角锥的实体模型，讲解在3D世界中我们绘制图形需要理解的事情，其实，单纯考虑3D图形还是很简单的，不就是多了一个Z坐标嘛。

3D坐标轴

不同一般的流程，我们从一个3D的坐标轴开始进入3D的世界，主要是为了将来与3D的线框模型做对比用的。

3D与以前学过的2D最大的不同就是我们需要考虑物体Z轴的坐标，而不再是假设任何物体的Z轴都是0.0，首先看我们绘制一个3D空间的坐标轴的情况，为了形象，我将其旋转了一定的角度。以下是源代码：

void

 DrawCoordinate()


{
static

 GLfloat fCoorDatas[] = {    0.0, 0.0, 0.0,    // Origin




        1.0, 0.0, 0.0,    // X Dir




        0.0, 1.0, 0.0,    // Y Dir




        0.0, 0.0, 1.0}; // Z Dir



static

 GLubyte ubyIndices[] = {    0, 1,    // X Axis




        0, 2,    // Y Axis




        0, 3};    // Z Axis





    glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);


    glVertexPointer(3, GL_FLOAT, 0, fCoorDatas);



    glDrawElements(GL_LINES, 2, GL_UNSIGNED_BYTE, ubyIndices);


    glDrawElements(GL_LINES, 2, GL_UNSIGNED_BYTE, ubyIndices+2);


    glDrawElements(GL_LINES, 2, GL_UNSIGNED_BYTE, ubyIndices+4);


}

//这里进行所有的绘图工作


void

 SceneShow(GLvoid)        


{


    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);    // 清空颜色缓冲区




    glColor3f(1.0, 0.0, 0.0);



    glPushMatrix();


    glRotatef(30, 1.0, -1.0, 0.0);


    DrawCoordinate();


    glPopMatrix();



    glFlush();


}

为节省篇幅仅贴出关键片段，完整源代码见我博客源代码的2009-10-21/gl3DCoordinate/目录，获取方式见文章最后关于获取博客完整源代码的说明。

与以前代码的主要不同是我们开始考虑Z轴坐标了，这里以(0.0, 0.0, 1.0)来表示Z轴的方向，假如不经过旋转，Z轴是正对着我们的，投影到屏幕上是一个点，我们看不到，所以这里做了一点旋转，将Z轴调整到左下方，这样的角度符合我们平时习惯绘制的3D坐标。具体的实现工程利用了顶点数组，顶点数组的相关知识参看本OpenGL系列文章5，（以下简称XO5）效果如下图：

这样的3D坐标图中会看到Z轴实际上没有伸出窗口以外，而是被截断了，具体的原因在以后说视景体裁剪的时候会说明，但是现在可以理解为在OpenGL中，整个3D空间的Z轴也不是无限的，而是与窗口大小一样，形成一个3D的立方体空间，如同2D平面中超出窗口的部分会看不见，超出Z轴空间的部分也会看不见，此处的Z轴被截断就是如此。并且，我们可以通过源码定位的Z轴正方向（0.0, 0.0, 1.0）和图形中的现实看出来，在OpenGL的3D坐标系中，Z轴的正方向是指向屏幕外的，这点在XO3中讲过了，我们在这里通过坐标轴的图再次理解一下。理解了3D坐标系，那么所有的3D图形也就是如同2D图形一样的定坐标而已了。

三角锥（即四面体或金字塔形）线框模型

下面我们开始在上述3D坐标体系中绘制一个三角锥，这里还是先用线框模型来绘制。其实没有任何3D知识，仅仅靠凭空想象也能定下一个这样简单的三角锥的空间坐标，以下如是，其实没有什么技术难度，仅仅加入Z轴考虑，下列程序将三角锥不停的围绕其自身的Z轴自转，为了形象，同时绘制上面讲的三维立体坐标轴。格式有点混乱，是因为Live Writer的Code Snippet自动format不太好用-_-!完整源代码的排版是缩进较为对齐的。

void

 DrawWirePyramid(GLfloat adSize)


{
static

 GLfloat fPyramidDatas[] = {    0.0, 1.0, 0.0,    // 三角锥上顶点




                                        -1.0, 0.0, 1.0,    // 底面左前顶点




                                        1.0, 0.0, 1.0,    // 底面右前下顶点




                                        0.0, 0.0, -1.0}; // 底面后下顶点




    GLfloat fPyramidSizeDatas[sizeof

(fPyramidDatas)/sizeof

(GLfloat)] = {0};

// 计算大小


for

( int

 i = 0; i < 12; ++i)


    {


        fPyramidSizeDatas[i] = fPyramidDatas[i] * adSize;


    }

static

 GLubyte ubyIndices[] = {    0, 1,    // 以下为三条侧边




                                    0, 2,    


                                    0, 3,


                                    1, 2,    // 以下为三条底边




                                    2, 3,


                                    3, 1};



    glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);


    glVertexPointer(3, GL_FLOAT, 0, fPyramidSizeDatas);

for

(int

 i = 0; i < 6; ++i)


    {


        glDrawElements(GL_LINES, 2, GL_UNSIGNED_BYTE, ubyIndices+i*2);


    }


}

//这里进行所有的绘图工作


void

 SceneShow(GLvoid)        


{


    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);


    glColor3f(1.0, 0.0, 0.0);



    glPushMatrix();


    DrawCoordinate();


    DrawWirePyramid(0.5);


    glPopMatrix();



    glRotatef(1.0, 0.0, 1.0, 0.0);



    glFlush();


}

为节省篇幅仅贴出关键片段，完整源代码见我博客源代码的2009-10-21/glWirePyramid 目录，获取方式见文章最后关于获取博客完整源代码的说明。

显示效果如下图所示。

三角锥

以上讲到3D图形都是以线框模型来演示的,主要是为了可以纯粹的考虑3D坐标的问题,下面我们开始加入颜色,看看真正的立体模型是怎么样的^^在上述例子中加入颜色实在再简单不过了，因为已经使用了顶点数组，我们只需要再启用一下颜色的数组就好了。

如下例所示：

void

 DrawSmoothColorPyramid(GLfloat adSize)


{
static

 GLfloat fPyramidDatas[] = {    0.0, 1.0, 0.0,    // 三角锥上顶点




                                        -1.0, 0.0, 1.0,    // 底面左前顶点




                                        1.0, 0.0, 1.0,    // 底面右前下顶点




                                        0.0, 0.0, -1.0}; // 底面后下顶点





    GLfloat fPyramidSizeDatas[sizeof

(fPyramidDatas)/sizeof

(GLfloat)] = {0};

// 计算大小


for

( int

 i = 0; i < 12; ++i)


    {


        fPyramidSizeDatas[i] = fPyramidDatas[i] * adSize;


    }

static

 GLfloat fPyramidColors[] = { 0.0, 0.0, 0.0,


                                        1.0, 0.0, 0.0,


                                        0.0, 1.0, 0.0,


                                        0.0, 0.0, 1.0};

static

 GLubyte ubyIndices[] = {    0, 1, 2,    // 正面




                                    0, 1, 3,    // 左侧面




                                    0, 2, 3,    // 右侧面




                                    1, 2, 3};    // 底面





    glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);


    glEnableClientState(GL_COLOR_ARRAY);



    glVertexPointer(3, GL_FLOAT, 0, fPyramidSizeDatas);


    glColorPointer(3, GL_FLOAT, 0, fPyramidColors);

for

(int

 i = 0; i < 4; ++i)


    {


        glDrawElements(GL_TRIANGLES, 3, GL_UNSIGNED_BYTE, ubyIndices+i*3);


    }


}

//这里进行所有的绘图工作


void

 SceneShow(GLvoid)        


{


    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);


    glColor3f(1.0, 0.0, 0.0);



    glPushMatrix();


    DrawSmoothColorPyramid(0.5);


    glPopMatrix();



    glRotatef(1.0, 0.0, 1.0, 0.0);



    glFlush();


}