第十三節(jié)—GLTools自帶圖形繪制和視變換

本文為L_Ares個人寫作译荞，包括圖片皆為個人親自操作瓤的，以任何形式轉(zhuǎn)載請表明原文出處。
OpenGL的一些庫中是有一些自帶圖形的吞歼，用于一些簡單的圖形繪制是很好用的圈膏，另外本節(jié)代碼也會為下一節(jié)做一下鋪墊。
直接上代碼篙骡，代碼中都有非常詳細的注釋稽坤，而且都是經(jīng)過測試可以跑起來的丈甸。

//
//  main.cpp
//  07矩陣堆棧
//
//  Created by EasonLi on 2020/8/29.
//  Copyright ? 2020 EasonLi. All rights reserved.
//

#include <stdio.h>

#pragma mark - 引用類

//著色器管理器。負責(zé)管理和創(chuàng)建著色器管理器尿褪。里面有一些固定的著色器睦擂，可用于初級操作
#include "GLShaderManager.h"
//GLTool工具類，里面包含了GLTool大多數(shù)類似C語言的函數(shù)
#include "GLTools.h"
//矩陣堆棧類茫多。包含了矩陣堆棧的操作
#include "GLMatrixStack.h"
//管道類，用于更加方便的管理矩陣
#include "GLGeometryTransform.h"
//用于設(shè)置觀察者或者物體的位置
#include "GLFrame.h"
//投影矩陣獲取
#include "GLFrustum.h"
//三角形批次類
#include "GLBatch.h"
//3d數(shù)學(xué)類
#include "math3d.h"

//宏定義判斷系統(tǒng)忽刽，引入GLUT
#ifdef __APPLE__
#include <glut/glut.h>
#else
#define FREEGLUT_STATIC
#include <GL/glut.h>
#endif

#pragma mark - 公共變量

//著色器管理器
GLShaderManager shaderManager;
//幾何變換管道
GLGeometryTransform transformPipeline;

//模型視圖矩陣
GLMatrixStack modelViewMatrix;
GLMatrixStack projectionMatrix;

//觀察者(相機)位置
GLFrame cameraFrame;
//物體世界坐標(biāo)位置
GLFrame objectFrame;

//視景體天揖，用來構(gòu)造投影矩陣
GLFrustum viewFrustum;

//三角形批次類
//球
GLTriangleBatch sphereBatch;
//環(huán)
GLTriangleBatch torusBatch;
//圓柱
GLTriangleBatch cylinderBatch;
//錐
GLTriangleBatch coneBatch;
//磁盤
GLTriangleBatch diskBatch;

//顏色
GLfloat vRed[] = {1.f,0.f,0.f,1.f};
GLfloat vBlack[] = {0.f,0.f,0.f,1.f};

//記錄點擊空格的次數(shù)
int step = 0;

#pragma mark - 函數(shù)

/**
 設(shè)置窗口
 */
void ChangeSize(int w,int h)
{
    
    if (h == 0) {
        h = 1;
    }
    
    //設(shè)置視口
    glViewport(0, 0, w, h);
    
    //設(shè)置透視投影
    //1.觀察者垂直視角度數(shù)。2.寬高比跪帝。3.視點與近剪裁面距離。4.視點與遠剪裁面距離
    viewFrustum.SetPerspective(36.f, float(w)/float(h), 1.f, 500.f);
    
    //projectionMatrix矩陣堆棧加載透視投影矩陣
    projectionMatrix.LoadMatrix(viewFrustum.GetProjectionMatrix());
    
    //modelViewMatrix堆棧矩陣加載一個單元矩陣。其實不加載也沒事拒啰，源碼中可以看到胆数，已經(jīng)幫忙加載了一個了。
    modelViewMatrix.LoadIdentity();
    
    //通過GLGeometryTransform管理矩陣堆棧(模型視圖矩陣堆棧黎泣、投影矩陣堆棧)
    transformPipeline.SetMatrixStacks(modelViewMatrix, projectionMatrix);
    
    
}

/**
 設(shè)置渲染環(huán)境
 */
void SetUpRC ()
{
    
    //設(shè)置清屏顏色
    glClearColor(0.3f, 0.3f, 0.3f, 1.f);
    //著色器管理器初始化
    shaderManager.InitializeStockShaders();
    
    //開啟需要用到的環(huán)境
    //開啟深度測試
    glEnable(GL_DEPTH_TEST);
    
    //設(shè)置觀察者和物體的距離恕刘，保證物體都能看得到
    //這里有兩種方式(1)(2)
    //(1)將觀察者(攝像機)位置沿其Z軸向內(nèi)部移動15個單位。負數(shù)往里面移動抒倚，正數(shù)向外面移動褐着。
    //cameraFrame.MoveForward(-15.f);
    
    //(2)將物體移動15個單位，觀察者(攝像機)不動
    objectFrame.MoveForward(15.f);
    
    //這里直接使用一下GLTools里面給過的圖形
    /**
     球:
     gltMakeSphere(GLTriangleBatch& sphereBatch, GLfloat fRadius, GLint iSlices, GLint iStacks);
     參數(shù)：
     (1)sphereBatch:三角形批次類對象
     (2)fRadius:球體半徑
     (3)iSlices:從球體底部堆疊到球體頂部的三角形帶的數(shù)量托呕『兀可以看出球體是一圈圈的三角形帶組成的。
     (4)iStacks:圍繞球體一圈排列的三角形片段對數(shù)
     建議：一個對稱性較好的球體一般滿足片段數(shù)量是三角形帶數(shù)量的2倍项郊。iSlices * 2 = iStacks
     繪制球體都是圍繞Z軸的馅扣，因為這樣Z軸的正方向(+)就是球體頂部，Z軸負方向(-)就是球體底部着降。
     */
    gltMakeSphere(sphereBatch, 3.f, 10, 20);
    
    /**
     環(huán):
     gltMakeTorus(GLTriangleBatch& torusBatch, GLfloat majorRadius, GLfloat minorRadius, GLint numMajor, GLint numMinor);
     參數(shù):
     (1)torusBatch:三角形批次類對象
     (2)majorRadius:圓環(huán)中心到外邊緣的半徑(大圓半徑)
     (3)minorRadius:圓環(huán)中心到內(nèi)邊緣的半徑(小圓半徑)
     (4)numMajor:大圓的三角形數(shù)量
     (5)numMinor:小圓的三角形數(shù)量
     */
    gltMakeTorus(torusBatch, 3.f, 1, 16, 16);
    
    /**
     圓柱:
     gltMakeCylinder(GLTriangleBatch& cylinderBatch, GLfloat baseRadius, GLfloat topRadius, GLfloat fLength, GLint numSlices, GLint numStacks);
     參數(shù):
     (1)cylinderBatch:三角形批次類對象
     (2)baseRadius:底部圓半徑
     (3)topRadius:頂部圓半徑
     (4)fLength:圓柱體的長度(高度)
     (5)numSlices:圍繞Z軸的三角形帶的對數(shù)
     (6)numStacks:從圓柱底到圓柱頂?shù)娜切螏У臄?shù)量
     */
    gltMakeCylinder(cylinderBatch, 3.f, 3.f, 3.f, 16, 3);
    
    /**
     錐:特殊的圓柱
     gltMakeCylinder(GLTriangleBatch& cylinderBatch, GLfloat baseRadius, GLfloat topRadius, GLfloat fLength, GLint numSlices, GLint numStacks);
     參數(shù):
     (1)cylinderBatch:三角形批次類對象
     (2)baseRadius:底部圓的半徑
     (3)topRadius:頂部圓半徑差油，錐體直接給0就行了
     (4)fLength:錐體長度(高度)
     (5)numSlices:圍繞Z軸的三角形帶的對數(shù)
     (6)numStacks:從圓柱底到圓柱頂?shù)娜切螏У臄?shù)量
     */
    gltMakeCylinder(coneBatch, 3.f, 0.f, 3.f, 16, 3);
    
    /**
     磁盤:
     gltMakeDisk(GLTriangleBatch& diskBatch, GLfloat innerRadius, GLfloat outerRadius, GLint nSlices, GLint nStacks);
     參數(shù):
     (1)diskBatch:三角形批次類對象
     (2)innerRadius:內(nèi)部圓半徑
     (3)outerRadius:外部圓半徑
     (4)nSlices:圍繞Z軸的三角形對的數(shù)量
     (5)nStacks:從內(nèi)邊緣到外邊緣三角形帶的對數(shù)
     */
    gltMakeDisk(diskBatch, 1.f, 3.f, 16, 4);
    
}

/**
 利用三角形批次類進行繪制
 */
void DrawBatch(GLTriangleBatch *dBatch)
{
    
    //繪制圖形
    shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT,transformPipeline.GetModelViewProjectionMatrix(),vRed);
    
    //這里用的是指針，看清楚上面任洞，不能用點方法
    dBatch->Draw();
    
    //繪制黑色線條
    //這里就需要開啟顏色混合厌殉、多邊形偏移、抗鋸齒等功能
    
    //開啟多邊形偏移
    glEnable(GL_POLYGON_OFFSET_LINE);
    //設(shè)置偏移的面和模式
    glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_LINE);
    //指定偏移量
    glPolygonOffset(-1.f, -1.f);
    
    //開啟混合
    glEnable(GL_BLEND);
    //設(shè)置混合因子
    glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);
    //開啟線段模式抗鋸齒(簡單的抗鋸齒)
    glEnable(GL_LINE_SMOOTH);
    
    //可以設(shè)置一下線段的寬度
    glLineWidth(3.f);
    
    //利用平面著色器畫黑線
    shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT,transformPipeline.GetModelViewProjectionMatrix(),vBlack);
    dBatch->Draw();
    
    //繪制完成記得關(guān)閉之前開啟的功能侈咕，回復(fù)圖形填充方式,并恢復(fù)線段寬度
    glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_FILL);
    glDisable(GL_POLYGON_OFFSET_LINE);
    glDisable(GL_BLEND);
    glDisable(GL_LINE_SMOOTH);
    glLineWidth(1.f);
    
}

//觀察者移動(攝像機)公罕，物體不動
void CameraMoveObjNo()
{
    //復(fù)制棧頂?shù)闹担⑶覊喝霔ｍ?    modelViewMatrix.PushMatrix();
    
    //獲取觀察者(攝像頭)矩陣
    //先定義一個矩陣耀销，方便一會存儲獲取到的觀察者(攝像頭)矩陣
    M3DMatrix44f mCamera;
    //從cameraFrame中獲取它棧頂?shù)木仃嚶ゾ欤缓筚x值給mCamera铲汪，好用來做矩陣變換，這樣做能保證多圖形的情況下罐柳，不改變原
    //cameraFrame的棧頂矩陣掌腰，而用一份復(fù)制出來的操作，不會影響到其他的圖形繪制
    cameraFrame.GetCameraMatrix(mCamera);
    //讓modelViewMatrix模型視圖矩陣和觀察者(攝像頭)矩陣相乘张吉，發(fā)生第一步變化齿梁，相乘的結(jié)果會存儲到
    //modelViewMatrix棧頂里面
    modelViewMatrix.MultMatrix(mCamera);
    
    //獲取物體的矩陣
    //先定義一個矩陣，也是方便存儲獲取到的物體仿射變換后的矩陣
    M3DMatrix44f mObject;
    //從objectFrame中獲取其棧頂?shù)木仃嚢褂迹⑶屹x值給mObject勺择，原理和上面的一樣
    objectFrame.GetMatrix(mObject);
    //讓modelViewMatrix模型視圖矩陣和mObject相乘，結(jié)果矩陣依然存儲在modelViewMatrix棧頂
    modelViewMatrix.MultMatrix(mObject);
    
}

//物體移動伦忠，觀察者(攝像機)不動
void ObjMoveCameraNo()
{
    
    modelViewMatrix.PushMatrix(objectFrame);
    
}

/**
 渲染
 */
void RenderScene()
{
    
    //清空緩沖區(qū)
    //雖然模版緩沖區(qū)都沒用到省核，但是養(yǎng)成全部清空的好習(xí)慣肯定不會錯
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT | GL_STENCIL_BUFFER_BIT);
    
    //當(dāng)觀察者移動(攝像機)，而物體不移動的時候昆码，對應(yīng)了SetUpRC中的(1)
    //CameraMoveObjNo();
    
    //當(dāng)觀察者不動气忠，物體移動的時候，對應(yīng)了SetUpRC中的(2)
    ObjMoveCameraNo();
    
    
    //到上面這一步赋咽，矩陣的變換已經(jīng)都做完了旧噪，下面要繪制了
    //判斷空格點擊次數(shù)，更換不同的圖形
    switch (step) {
            
        case 0:
            DrawBatch(&sphereBatch);
            break;
            
        case 1:
            DrawBatch(&torusBatch);
            break;
            
        case 2:
            DrawBatch(&cylinderBatch);
            break;
        
        case 3:
            DrawBatch(&coneBatch);
            break;
            
        case 4:
            DrawBatch(&diskBatch);
            break;
            
    }
    
    //繪制完成一個圖形脓匿，就把棧頂?shù)木仃嚳梢訮op出去了舌菜，不要影響下一個圖形的繪制
    modelViewMatrix.PopMatrix();
    
    //交換緩沖區(qū)
    glutSwapBuffers();
    
}

/**
 設(shè)置特殊鍵位(上下左右)
 */
void SpecialKeys(int key,int x,int y)
{
    
    //這里還是移動世界坐標(biāo)系，因為畫的東西都有太多的頂點了亦镶，移動物體的成本太高日月，效果是一樣的。
    switch (key) {
            
        case GLUT_KEY_UP:
            objectFrame.RotateWorld(m3dDegToRad(-5.f), 1.f, 0.f, 0.f);
            break;
            
        case GLUT_KEY_DOWN:
            objectFrame.RotateWorld(m3dDegToRad(5.f), 1.f, 0.f, 0.f);
            break;
            
        case GLUT_KEY_LEFT:
            objectFrame.RotateWorld(m3dDegToRad(-5.f), 0.f, 1.f, 0.f);
            break;
            
        case GLUT_KEY_RIGHT:
            objectFrame.RotateWorld(m3dDegToRad(5.f), 0.f, 1.f, 0.f);
            break;
            
    }
    
    //移動完了要發(fā)送渲染信號
    glutPostRedisplay();
    
}

/**
 設(shè)置鍵盤鍵位(空格)
 */
void SpaceKey(unsigned char key,int x,int y)
{
    
    //拿空格鍵的ASCII碼來判定點擊的是鍵盤上的空格鍵
    if (key == 32) {
        step++;
        if(step > 4) step = 0;
    }
    
    switch (step) {
        case 0:
            glutSetWindowTitle("Sphere球");
            break;
        case 1:
            glutSetWindowTitle("Torus圓環(huán)");
            break;
        case 2:
            glutSetWindowTitle("Cylinder圓柱");
            break;
        case 3:
            glutSetWindowTitle("Cone錐");
            break;
        case 4:
            glutSetWindowTitle("Disk磁盤");
            break;
    }
    //發(fā)送重新渲染的信號
    glutPostRedisplay();
    
}

#pragma mark - main

int main(int argc,char *argv[])
{
    
    //設(shè)置工作目錄和項目目錄都在/Resouce下面缤骨，GLUT優(yōu)先級做過爱咬，但是手動確保一定
    gltSetWorkingDirectory(argv[0]);
    
    //GLUT初始化
    glutInit(&argc, argv);
    
    //設(shè)置顯示模式
    glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_DEPTH | GLUT_RGBA | GLUT_STENCIL);
    
    //設(shè)置窗口大小
    glutInitWindowSize(600, 600);
    
    //創(chuàng)建窗口并命名
    glutCreateWindow("Sphere球");
    
    //注冊函數(shù)
    //注冊窗口
    glutReshapeFunc(ChangeSize);
    //注冊渲染
    glutDisplayFunc(RenderScene);
    //注冊特殊鍵位
    glutSpecialFunc(SpecialKeys);
    //注冊空格鍵位
    glutKeyboardFunc(SpaceKey);
    
    //初始化Glew庫
    GLenum status = glewInit();
    if (status != GLEW_OK) {
        printf("glew init error : %s \n",glewGetErrorString(status));
    }
    
    //設(shè)置渲染環(huán)境
    SetUpRC();
    
    //構(gòu)建本地循環(huán)
    glutMainLoop();
    
    return 0;
    
}
顯示效果我就不貼圖了，有問題的話可以留言绊起。
這上面void SetUpRC()和void RenderScene()中的(1)(2)的變換精拟，就是視變換的結(jié)果，說的通俗點虱歪，就是山不向你走來蜂绎，你就向山走去。