二、OpenGL入门--正方形键位控制

一、使用OpenGL实现正方形图块随键盘移动

• 图形绘制：绘制一个正方形
• 图形移动：可以通过上下左右键盘控制正方形的移动
• 碰撞检测：不能超出屏幕边缘

效果.gif

二、实现的大体流程

流程.png

2.1 在程序main()函数里面执行以下操作

• 初始化OpenGL环境变量，初始化GLUT库，初始化双缓冲窗口
• 设置窗口大小，标题
• 注册监听回调函数(窗口大小发生改变的回调；绘制/重绘回调；键盘特殊键位点击后的的回调)
• 以及调用为程序作一次性的设置SetupRC()

int main(int argc,char* argv[])
{
    //设置当前工作目录，针对MAC OS X
    gltSetWorkingDirectory(argv[0]);
    //初始化GLUT库
    glutInit(&argc, argv);
    /*初始化双缓冲窗口，其中标志GLUT_DOUBLE、GLUT_RGBA、GLUT_DEPTH、GLUT_STENCIL分别指
     双缓冲窗口、RGBA颜色模式、深度测试、模板缓冲区*/
    glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE|GLUT_RGBA|GLUT_DEPTH|GLUT_STENCIL);
    //GLUT窗口大小，标题窗口
    glutInitWindowSize(500,500);
    glutCreateWindow("Triangle");
    
    /*
     GLUT 内部运行一个本地消息循环，拦截适当的消息。然后调用我们不同时间注册的回调函数。我们一共注册2个回调函数：
     1）为窗口改变大小而设置的一个回调函数
     2）包含OpenGL 渲染的回调函数
     */
    
    //注册重塑函数
    glutReshapeFunc(ChangeSize);
    //注册显示函数
    glutDisplayFunc(RenderScene);
    
    
    //注册特殊函数 键盘监听
    glutSpecialFunc(SpecialKeys);
    
    
    //驱动程序的初始化中没有出现任何问题。
    GLenum err = glewInit();
    if(GLEW_OK != err) {
        fprintf(stderr,"glew error:%s\n",glewGetErrorString(err));
        return 1;
    }
    
    //调用SetupRC
    SetupRC();
    
    glutMainLoop();
    
    return 0;
}

2.2 setupRC(): 这里的内容完全可以放在main()，这里单独拿出来就是为了逻辑更加清晰，这里主要做了一些初始化操作(包括背景色，类的初始化，数据构建)

//为程序作一次性的设置
void SetupRC()
{
    //设置背影颜色
    glClearColor(0.0f,0.40f,0.7f,1.0f);
    
    //没有着色器，在OpenGL 核心框架中是无法进行任何渲染的。初始化一个渲染管理器。
    //在前面的课程，我们会采用固管线渲染，后面会学着用OpenGL着色语言来写着色器
    shaderManager.InitializeStockShaders();
    
    ////修改为GL_TRIANGLE_FAN ，4个顶点
    triangleBatch.Begin(GL_TRIANGLE_FAN,4);
    triangleBatch.CopyVertexData3f(vVerts);
    triangleBatch.End();
}

2.3 RenderScene()开始渲染:

//开始渲染
void RenderScene(void)
{
    
    //1.清除一个或者一组特定的缓存区
    /*
     缓冲区是一块存在图像信息的储存空间，红色、绿色、蓝色和alpha分量通常一起分量通常一起作为颜色缓存区或像素缓存区引用。
     OpenGL 中不止一种缓冲区（颜色缓存区、深度缓存区和模板缓存区）
     清除缓存区对数值进行预置
     参数：指定将要清除的缓存的
     GL_COLOR_BUFFER_BIT :指示当前激活的用来进行颜色写入缓冲区
     GL_DEPTH_BUFFER_BIT :指示深度缓存区
     GL_STENCIL_BUFFER_BIT:指示模板缓冲区
     */
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT|GL_STENCIL_BUFFER_BIT);
    
    
    //定义矩阵
    M3DMatrix44f mTransformMatrix;
    
    //平移矩阵
    m3dTranslationMatrix44(mTransformMatrix, xPos, yPos, 0.0f);
    
    
    //2.设置一组浮点数来表示红色
    GLfloat vRed[] = {1.0f,0.0f,0.0f,1.0f};
    
    
    //通过矩阵的方式
    //当单元着色器不够用时，使用平面着色器
    //参数1：存储着色器类型
    //参数2：使用什么矩阵变换
    //参数3：颜色
    shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT, mTransformMatrix, vRed);
    
    
    //3.传递到存储着色器，即GLT_SHADER_IDENTITY着色器，这个着色器只是使用指定颜色以默认笛卡尔坐标第在屏幕上渲染几何图形
//    shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_IDENTITY,vRed);
    
    //提交着色器
    triangleBatch.Draw();
    
    //在开始的设置openGL 窗口的时候，我们指定要一个双缓冲区的渲染环境。这就意味着将在后台缓冲区进行渲染，渲染结束后交换给前台。这种方式可以防止观察者看到可能伴随着动画帧与动画帧之间的闪烁的渲染过程。缓冲区交换平台将以平台特定的方式进行。
    //将后台缓冲区进行渲染，然后结束后交换给前台
    glutSwapBuffers();
}

三、如何实现键位控制效果

3.1 通过坐标更新方式实现

顶点根据相对顶点逐个更新顶点坐标，在SpecialKeys函数中完成键位移动时坐标的更新，并手动调用渲染。

三个自定义函数的流程图如下：

2251862-e1511b5b268265f9.png

SpecialKeys函数实现如下

• 首先需要定义一个步长

• 定义一个相对顶点的x和y值
  假设正方形如下图所示，以D为相对顶点

  
  2251862-801678ae0c9d2878.png
• 根据键位方向，分别更新x 和 y
• 边缘碰撞处理
  如果没有这个步骤，图形移动到边缘时，就会移动到屏幕不可见的区域，下图可以说明4个方向对边缘碰撞处理是如何计算的，这里就不做详细说明了

2251862-f1e142203212e34f.png

具体的代码实现如下：

void SpecialKeys(int key, int x, int y){
    
    
    //一、通过计算图形的顶点来移动, 此方法只用于对于处理不规则图形会比较复杂
    
    //设置移动大距离 步长
    GLfloat stepSize = 0.025f;
    
    //相对点的坐标
    GLfloat blockX = vVerts[0];
    GLfloat blockY = vVerts[10];
    
    printf("v[0] = %f\n",blockX);
    printf("v[10] = %f\n",blockY);
    
    //根据移动方向，更新相对坐标
    if (key == GLUT_KEY_UP) {
        blockY += stepSize;
    }
    if (key == GLUT_KEY_DOWN) {
        blockY -= stepSize;
    }
    if (key == GLUT_KEY_LEFT) {
        blockX -= stepSize;
    }
    if (key == GLUT_KEY_RIGHT) {
        blockX += stepSize;
    }
    
    //触碰到边界（4个边界）的处理
    
    //当正方形移动超过最左边的时候
    if (blockX < -1.0f) {
        blockX = -1.0f;
    }
    //当正方形移动到最右边时
    //1.0 - blockSize * 2 = 总边长 - 正方形的边长 = 最左边点的位置
    if (blockX > (1.0f - blockSize * 2)) {
        blockX = 1.0f - blockSize * 2;
    }
    //当正方形移动到最下面时
    //-1.0 - blockSize * 2 = Y（负轴边界） - 正方形边长 = 最下面点的位置
    if (blockY < -1.0f + blockSize * 2) {
        blockY = -1.0f + blockSize * 2;
    }
    //当正方形移动到最上面时
    if (blockY > 1.0f) {
        blockY = 1.0f;
    }
    
    printf("blockX = %f\n",blockX);
    printf("blockY = %f\n",blockY);
    
    //重新计算正方形的位置
    //一个顶点有三个数 x、y、z
    vVerts[0] = blockX;
    vVerts[1] = blockY - blockSize * 2;
    printf("(%f,%f)\n",vVerts[0],vVerts[1]);
    
    vVerts[3] = blockX + blockSize * 2;
    vVerts[4] = blockY - blockSize * 2;
    printf("(%f,%f)\n",vVerts[3],vVerts[4]);
    
    vVerts[6] = blockX + blockSize * 2;
    vVerts[7] = blockY;
    printf("(%f,%f)\n",vVerts[6],vVerts[7]);
    
    vVerts[9] = blockX;
    vVerts[10] = blockY;
    printf("(%f,%f)\n",vVerts[9],vVerts[10]);
    
    //更新顶点数据
    triangleBatch.CopyVertexData3f(vVerts);
    
    //重新渲染提交 --> RenderScene
    glutPostRedisplay();
}

3.2 通过矩阵方式实现

• 定义步长及两个全局变量（相对于x轴和y轴的平移距离）

//blockSize 边长
GLfloat blockSize = 0.1f;

//记录移动图形时，在x轴上平移的距离
GLfloat xPos = 0.0f;
//记录移动图形时，在y轴上平移的距离
GLfloat yPos = 0.0f;

具体实现如下：

void SpecialKeys(int key, int x, int y){
    //二、通过矩阵移动图形
    
    
    GLfloat stepSize = 0.025f;
    if (key == GLUT_KEY_UP) {
        yPos += stepSize;
    }
    if (key == GLUT_KEY_DOWN) {
        yPos -= stepSize;
    }
    if (key == GLUT_KEY_LEFT) {
        xPos -= stepSize;
    }
    if (key == GLUT_KEY_RIGHT) {
        xPos += stepSize;
    }
    //碰撞检测
    if (xPos < (-1.0f + blockSize)) {
        xPos = -1.0f + blockSize;
    }
    if (xPos > (1.0f - blockSize)) {
        xPos = 1.0f - blockSize;
    }
    if (yPos < (-1.0f + blockSize)) {
        yPos = -1.0f + blockSize;
    }
    if (yPos > (1.0f - blockSize)) {
        yPos = 1.0f - blockSize;
    }
    glutPostRedisplay();
    
    
}