OpenGL 绘图实例九之 3D 绘图基础

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崔庆才丨静觅 发表于 2021/05/22 01:05:35 2021/05/22
【摘要】 综述 在前面我们进行了 2D 图形的绘制，接下来，我们将步入 3D 图形的世界，绘制出一个 3D 机器人，好，废话不多说，让我们一起来迈入 3D 绘图之旅吧。 基本函数 那么在绘图之前呢，我们首先要介绍几个新的函数，弄懂了这几个函数我们才能方便地绘制出我们的 3D 机器人。 那么我们介绍一下 gluPerspective、gluLookAt、glPushMatrix、glP...

综述

在前面我们进行了 2D 图形的绘制，接下来，我们将步入 3D 图形的世界，绘制出一个 3D 机器人，好，废话不多说，让我们一起来迈入 3D 绘图之旅吧。

基本函数

那么在绘图之前呢，我们首先要介绍几个新的函数，弄懂了这几个函数我们才能方便地绘制出我们的 3D 机器人。 那么我们介绍一下 gluPerspective、gluLookAt、glPushMatrix、glPopMatrix () 函数

1.void gluPerspective(GLdouble fovy,GLdouble aspect,GLdouble zNear,GLdouble zFar)

参数说明： fovy，视角的大小，如果设置为 0, 相当闭上眼睛，什么也看不到，如果为 180，则可以看到几乎所有的内容。一般设置为 60 即可。 aspect，就是实际窗口的纵横比，即 x/y，一般都是要按照窗口比例来，否则看到的图形和实际图形就会不一样了。 zNear，表示近处的裁面。 zFar，表示远处的裁面。 gluPerspective 这个函数指定了观察的视景体在世界坐标系中的具体大小，一般而言，其中的参数 aspect 应该与窗口的宽高比大小相同。比如说，aspect=2.0 表示在观察者的角度中物体的宽度是高度的两倍，在视口中宽度也是高度的两倍，这样显示出的物体才不会被扭曲。 详细说明 03087bf40ad162d9f337731d11dfa9ec8b13cdd1

2.void gluLookAt(GLdouble eyex,GLdouble eyey,GLdouble eyez,GLdouble centerx,GLdouble centery,GLdouble centerz,GLdouble upx,GLdouble upy,GLdouble upz)

该函数定义一个视图矩阵，并与当前矩阵相乘。

第一组 eyex, eyey,eyez 相机在世界坐标的位置

第二组 centerx,centery,centerz 相机镜头对准的物体在世界坐标的位置

第三组 upx,upy,upz 相机向上的方向在世界坐标中的方向

你把相机想象成为你自己的脑袋：

第一组数据就是脑袋的位置

第二组数据就是眼睛看的物体的位置

第三组就是头顶朝向的方向（因为你可以歪着头看同一个物体）

在这里，我们就涉及到一个十分重要的概念，坐标系。 在 3D 绘图中，坐标系是右手系，如果 x 轴指向我们的右侧，那么 y 则指向上侧，z 轴指向屏幕外。如下图所示。 20150606234046 理解了上述两个函数，下面我们来用一个小例子感受一下 运行如下代码

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#include <glut.h>
#include <stdlib.h>


void display(void) {
	//清除缓冲区颜色
	glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
	//定义白色
	glColor3f(1.0, 1.0, 1.0); 
	//圆点放坐标中心
	glLoadIdentity();  
	//从哪个地方看
	gluLookAt(0.0, 0.0, 5.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0);
	glutWireTeapot(2);
 //清除缓冲区刷新
 glutSwapBuffers();
}

void reshape(int w, int h) {
	//定义视口大小
	glViewport(0, 0, (GLsizei) w, (GLsizei) h); 
	//投影显示
	glMatrixMode(GL_PROJECTION);
	//坐标原点在屏幕中心
	glLoadIdentity();
	//操作模型视景
	gluPerspective(60.0, (GLfloat) w/(GLfloat) h, 1.0, 20.0);
	glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
}

int main(int argc, char** argv) {
	//初始化
	glutInit(&argc, argv);
	//设置显示模式
	glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB);
	//初始化窗口大小
	glutInitWindowSize(500, 500); 
	//定义左上角窗口位置
	glutInitWindowPosition(100, 100);
	//创建窗口
	glutCreateWindow(argv[0]);
	//清除颜色缓冲区
	glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 0.0); 
	//显示函数
	glutDisplayFunc(display);
	//窗口大小改变时的响应
	glutReshapeFunc(reshape);
	//循环
	glutMainLoop();
	return 0;
}

运行结果如下 QQ截图20150606234448 在这里，我们定义了

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gluLookAt(0.0, 0.0, 5.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0);

意思就是把我们的眼睛放到了（0,0,5）的位置，茶壶放到了原点，脑袋顶朝上，即正视茶壶。 如果我们改变了几个参数的值，例如

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gluLookAt(0.0, 0.0, 5.0, 4.0, 1.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0);

眼睛位置不变，茶壶位置变为（4,1,0），脑袋顶的方向朝屏幕外侧，那么看到的效果如下。 QQ截图20150606234708 大家可以通过更改这些参数的值来对视图进行变换。

3.glPushMatrix()、glPopMatrix()

这个方法在绘制 3D 图形时依然十分有用，因为我们需要绘制好多个图形，绘制多个不一样的图形必然要经过各种矩阵变换，所以，少不了的利用平移变换放缩的功能，所以为了保证每个图形不受影响，在绘制一个新图形前我们只要调用一下 glPushMatrix 函数，保存当前的变换矩阵，然后绘制完一个图形之后再调用 glPopMatrix 函数来恢复之前的变换矩阵就可以了。 比如，绘制球体

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glPushMatrix();
glTranslated(x,y,z);
glutWireSphere(R,20,20);
glPopMatrix();

在两个函数中间我们可以进行任意的变换放缩等操作，然后绘制想要的图形即可。

绘图函数

接下来我们说一下一些常用的绘图函数，直接用类库函数来绘制即可。

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void glutWireSphere(GLdouble radius, GLint slices, GLint stacks); 线框球
void glutSolidSphere(GLdouble radius, GLint slices, GLint stacks); 实心球
void glutWireCube(GLdouble size); 线框立方体
void glutSolidCube(GLdouble size); 实心立方体
void glutWireTorus(GLdouble innerRadius, GLdouble outerRadius, GLint nsides, GLint rings); 线框圆环
void glutSolidTorus(GLdouble innerRadius, GLdouble outerRadius, GLint nsides, GLint rings); 实心圆环
void glutWireIcosahedron(void); 线框20面体
void glutSolidIcosahedron(void); 实心20面体
void glutWireOctahedron(void); 线框8面体 
void glutSolidOctahedron(void); 实心8面体
void glutWireTetrahedron(void); 线框4面体
void glutSolidTetrahedron(void); 实心4面体
void glutWireDodecahedron(GLdouble radius); 线框12面体
void glutSolidDodecahedron(GLdouble radius); 实心12面体
void glutWireCone(GLdouble radius, GLdouble height, GLint slices, GLint stacks); 线框圆锥体
void glutSolidCone(GLdouble radius, GLdouble height, GLint slices, GLint stacks); 实心圆锥体
void glutWireTeapot(GLdouble size); 线框茶壶
void glutSolidTeapot(GLdouble size); 实心茶壶

利用上面的绘图函数我们便可以方便地实现各种图形的绘制。

结语

那么本节就先告一段落，本节介绍了相关的绘图函数以及几个重要的函数，为接下来我们绘制机器人做下铺垫，希望小伙伴们可以好好理解。

文章来源: cuiqingcai.com，作者：崔庆才，版权归原作者所有，如需转载，请联系作者。

原文链接：cuiqingcai.com/1860.html

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