OpenGL之公轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)

本篇將會(huì)介紹一個(gè)大球的自轉(zhuǎn)以及一個(gè)小球圍繞大球公轉(zhuǎn)的demo骆姐，效果如下圖：

公轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn).gif

實(shí)現(xiàn)過程

image.png

如上圖所示，整個(gè)項(xiàng)目的基本流程較之前幾個(gè)例子沒有太多的變化捏题。都是：

初始化窗口诲锹；
注冊(cè)各函數(shù)的監(jiān)聽，如重塑函數(shù)涉馅、重繪函數(shù)等归园；
調(diào)用setupRC，初始化窗口背景稚矿、著色器管理器庸诱、頂點(diǎn)數(shù)據(jù)等；
開啟glut的mainloop晤揣，類似iOS的runloop桥爽。

1、SetupRC方法

#pragma mark - 頂點(diǎn)數(shù)據(jù)私有方法
void vertextDataFloor() {
    floorBatch.Begin(GL_LINES, 324);
    
    /*
     GL_LINES  每兩個(gè)點(diǎn)畫一條線
     畫法是
     第一次循環(huán)
     (-20,-0.5,20) 到（-20昧识，-0.5钠四，-20） 畫一條直線
     (20，-0.5跪楞，-20)到（-20缀去，-0.5，-20）畫一條直線
     第二次循環(huán)
     (-19.5,-0.5,20) 到（-19.5甸祭，-0.5缕碎，-20） 畫一條直線
     (20，-0.5池户，-19.5)到（-20咏雌，-0.5凡怎，-19.5）畫一條直線
     
     直到最后一次循環(huán)，閉合整個(gè)網(wǎng)格
     */
    for (GLfloat x = -20.f; x <= 20.f; x+=0.5f) {
        floorBatch.Vertex3f(-x, commonY, 20.f);
        floorBatch.Vertex3f(-x, commonY, -20.f);
        
        floorBatch.Vertex3f(20.f, commonY, x);
        floorBatch.Vertex3f(-20.f, commonY, x);
    }
    
    floorBatch.End();
}

void vertextDataBigBall() {
    gltMakeSphere(torusBatch, 0.5f, 40, 80);
}

void vertextDataSmallBallRotate() {
    gltMakeSphere(sphereBatch, 0.2, 20, 40);
}

void vertextDataRandomSmallBall(){
    for (int i = 0; i < SMALL_BALL_NUMBER; i ++) {
        GLfloat randowX = ((random()%400) - 200) * 0.1;
        GLfloat randowZ = ((random()%400) - 200) * 0.1;
        sphereFrames[i].SetOrigin(randowX,0,randowZ);
    }
}

void SetupRC() {
    glClearColor(1, 1, 1, 1);
    
    glEnable(GL_LINE_SMOOTH);
    shaderManager.InitializeStockShaders();
    
    vertextDataFloor();
    
    vertextDataBigBall();
    
    vertextDataSmallBallRotate();
    
    vertextDataRandomSmallBall();
}

在這個(gè)方法中赊抖，主要做一些初始化的工作统倒，如初始化窗口背景色、著色器管理器氛雪、頂點(diǎn)數(shù)據(jù)等檐薯。

2、ChangeSize方法

void ChangeSize(int nWidth, int nHeight) {
    glViewport(0, 0, nWidth, nHeight);
    viewFrustum.SetPerspective(35.f, float(nWidth)/float(nHeight), 1.f, 500.f);
    
    //將投影矩陣載入投影矩陣堆棧
    projectionMatrixStack.LoadMatrix(viewFrustum.GetProjectionMatrix());
    
    //可以不調(diào)用注暗，默認(rèn)會(huì)有一個(gè)單元矩陣
    modelViewMatrixStack.LoadIdentity();
    transformPipeline.SetMatrixStacks(modelViewMatrixStack, projectionMatrixStack);
    
}

如代碼所示，在這個(gè)方法中依然是常規(guī)的設(shè)置視口的位置和大小墓猎、設(shè)置投影方式捆昏、載入投影矩陣到投影矩陣堆棧、載入單元矩陣進(jìn)模型視圖矩陣堆棧毙沾，然后將這兩個(gè)堆棧設(shè)置到變化管道對(duì)象里骗卜，方便使用和管理。

3左胞、RenderScence方法

void RenderScence() {
    //GL_STENCIL_BUFFER_BIT 在這個(gè)demo中寇仓，可以不清
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT | GL_STENCIL_BUFFER_BIT);
    
    //開啟深度測(cè)試
    glEnable(GL_DEPTH_TEST);
    
    modelViewMatrixStack.PushMatrix();
    
    //畫地面
    static GLfloat vBlue[] = {0.f,0.5f,1.f,1.f};
    static GLfloat vBigBall[] = {0,0,1,1};
    static GLfloat vSmallBall[] = {1,0.5,0,1};
    static GLfloat vSmallBallRandom[] = {0,0.5,1,1};
    
    static CStopWatch watchObj;
    GLfloat angle = watchObj.GetElapsedSeconds() * 60.f;
    
    M3DMatrix44f viewMatrix;
    viewFrame.GetCameraMatrix(viewMatrix);
    modelViewMatrixStack.MultMatrix(viewMatrix); 
shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT,transformPipeline.GetModelViewProjectionMatrix(),vBlue);
    floorBatch.Draw();
    
    //棧頂矩陣z軸負(fù)方向方向平移
    modelViewMatrixStack.Translate(0, 0, -3);
    
    //復(fù)制一份，畫完大球之后烤宙，pops棧頂數(shù)據(jù)遍烦，然后棧頂數(shù)據(jù)是設(shè)置過平移的矩陣
    modelViewMatrixStack.PushMatrix();
    modelViewMatrixStack.Rotate(angle, 0, 1, 0);
    
    M3DVector4f pointPosition = {0,10,5,1};
    shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_POINT_LIGHT_DIFF,transformPipeline.GetModelViewMatrix(),
                                 transformPipeline.GetProjectionMatrix(),pointPosition,vBigBall);
    
    torusBatch.Draw();
    
    modelViewMatrixStack.PopMatrix();
    
    
    for (int i = 0; i < SMALL_BALL_NUMBER; i ++) {
        GLFrame frame = sphereFrames[i];
        modelViewMatrixStack.PushMatrix();
        
        modelViewMatrixStack.MultMatrix(frame);
        
        shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_POINT_LIGHT_DIFF,transformPipeline.GetModelViewMatrix(),
                                     transformPipeline.GetProjectionMatrix(),pointPosition,vSmallBallRandom);
        sphereBatch.Draw();
        
        modelViewMatrixStack.PopMatrix();
    }
    
    
    //無需壓棧，因?yàn)檫@是當(dāng)前繪制的最后一個(gè)圖形
    modelViewMatrixStack.Rotate(angle * -2.f, 0, 1, 0);
    //z值的絕對(duì)值越大躺枕，離大球越遠(yuǎn)服猪。
    modelViewMatrixStack.Translate(0, 0, 1.1);
    
    shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_POINT_LIGHT_DIFF,transformPipeline.GetModelViewMatrix(),
                                 transformPipeline.GetProjectionMatrix(),pointPosition,vSmallBall);
    
    sphereBatch.Draw();
    
    modelViewMatrixStack.PopMatrix();
    
    glutSwapBuffers();
    glutPostRedisplay();
    //關(guān)閉深度測(cè)試
    glDisable(GL_DEPTH_TEST);
}

這個(gè)方法是本次案例中，與之前的案例相比最大的方法拐云。

3.1 畫地板

清理顏色緩存區(qū)和深度緩存區(qū)罢猪，這里的模板緩存區(qū)在本demo中可以不清。
開啟深度測(cè)試
棧頂矩陣copy一份壓棧
初始化各顏色值以及一個(gè)定時(shí)器叉瘩，定時(shí)器用于計(jì)算當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角度
從觀察者角色幀獲取觀察者矩陣膳帕，并用當(dāng)前模型視圖矩陣堆棧棧頂矩陣乘以觀察者矩陣，得到結(jié)果覆蓋棧頂矩陣
使用平面著色器處理數(shù)據(jù)
通過批次類畫出地板
在全部圖形繪制完之后薇缅，會(huì)交換緩存區(qū)

3.2 畫大球

棧頂矩陣沿z軸負(fù)方向移動(dòng)3危彩；
棧頂矩陣copy一份壓棧（后續(xù)計(jì)算完成出棧之后，棧頂矩陣依然是之前沿著z軸負(fù)方向移動(dòng)3之后的矩陣）
沿著y軸旋轉(zhuǎn)
設(shè)置光源位置
使用點(diǎn)光源著色器處理數(shù)據(jù)
通過三角形批次類畫出大球
針對(duì)最近一次的入棧操作進(jìn)行出棧泳桦，保證棧頂矩陣為之前沿著z軸負(fù)方向移動(dòng)3之后的矩陣恬砂。
在全部圖形繪制完之后，會(huì)交換緩存區(qū)

3.3 畫多個(gè)分散的小球

在上述的SetupRC方法中調(diào)用的vertextDataRandomSmallBall方法里蓬痒，做了很多頂點(diǎn)數(shù)據(jù)的初始化泻骤，這些就是隨機(jī)小球的位置數(shù)據(jù)漆羔。
在RenderScence方法中也需要將他們繪制出來。

開啟for循環(huán)
每次循環(huán)都復(fù)制一份棧頂矩陣壓棧
將棧頂矩陣乘以當(dāng)前小球的角色幀數(shù)據(jù)狱掂，賦值給棧頂數(shù)據(jù)
使用點(diǎn)光源著色器處理數(shù)據(jù)
使用三角形批次類進(jìn)行繪制
將每次循環(huán)的棧頂矩陣出棧
在全部圖形繪制完之后演痒，會(huì)交換緩存區(qū)

3.4 畫公轉(zhuǎn)的小球

棧頂矩陣?yán)@y軸旋轉(zhuǎn)一定的角度，角度根據(jù)當(dāng)前的計(jì)時(shí)器的時(shí)間來計(jì)算
棧頂矩陣沿z軸平移操作趋惨，無論正負(fù)鸟顺，絕對(duì)值越大，離大球越遠(yuǎn)
使用點(diǎn)光源著色器處理數(shù)據(jù)
使用三角形批次類進(jìn)行繪制
將當(dāng)前棧頂矩陣出

3.5 收尾

交換緩存區(qū)
提交重新渲染器虾，保證重復(fù)調(diào)用RenderScence方法盾计，形成旋轉(zhuǎn)動(dòng)畫
關(guān)閉深度測(cè)試

總結(jié)：
RenderScence方法中变勇，會(huì)有各種矩陣變換的計(jì)算操作，將原始的頂點(diǎn)數(shù)據(jù)，經(jīng)過各種變換逝淹，全部到達(dá)一個(gè)新的位置谚赎，最終實(shí)現(xiàn)我們要的效果诬烹。在計(jì)算的過程中此虑，需要注意的幾個(gè)點(diǎn)：

整體的入棧和出棧要成對(duì)出現(xiàn)，有入棧就必須有出棧库正，否則下次繪制的時(shí)候數(shù)據(jù)會(huì)錯(cuò)亂
對(duì)于整個(gè)變換過程曲楚，拿公轉(zhuǎn)小球舉例，雖然它是經(jīng)過了

modelViewMatrixStack.Translate(0, 0, -3);
modelViewMatrixStack.Rotate(angle * -2.f, 0, 1, 0);
modelViewMatrixStack.Translate(0, 0, 1.1);

這三部褥符，但是在OpenGL實(shí)現(xiàn)的時(shí)候龙誊，由于OpenGL采用的是右乘的方式，所以喷楣，其實(shí)小球是經(jīng)過了先z軸平移载迄，再旋轉(zhuǎn)，再z軸平移的操作抡蛙。
而對(duì)于大球來說护昧，它經(jīng)過了

modelViewMatrixStack.Translate(0, 0, -3);
modelViewMatrixStack.PushMatrix();
modelViewMatrixStack.Rotate(angle, 0, 1, 0);

這三部操作，而OpenGL實(shí)現(xiàn)的時(shí)候粗截，其實(shí)大球是先旋轉(zhuǎn)惋耙，再z軸平移。
因此熊昌，對(duì)于大球來說绽榛，它是自轉(zhuǎn)，而對(duì)于小球來說婿屹，它是公轉(zhuǎn)灭美。

最終總結(jié)

上述為個(gè)人實(shí)現(xiàn)與總結(jié)，如有錯(cuò)漏之處昂利，歡迎并感謝批評(píng)指正届腐。

OpenGL之 公轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)