OpenGL 综合案例(地球自转与公转)

作者: iOS_沧海一笑 | 来源:发表于2020-07-18 17:31 被阅读0次

OpenGL 综合案例(地球自转与公转)
案例09：球体世界
OpenGL综合案例(大球自转，小球公转)
OpenGL纹理下的球体世界
OpenGL案例01
OpenGL综合案例（大小球公转自转）
OpenGL 球体公转+自转案例
7.1：OpenGL 自转公转案例
OpenGL案例-公转和自转
OpenGL（九）-- 综合案例（公、自转）

我们首先来看一下效果，大红球自转，小蓝球围绕着大红球转

QQ20200718-171301-HD.gif

接下来我们用OpenGL来实现这个效果：

首先我们要定义一些需要用到的全局属性：

GLShaderManager   shaderManager;     //着色器管理器
GLMatrixStack     modelViewMatrix;   //模型视图矩阵
GLMatrixStack     projectionMatrix;  //投影矩阵
GLFrustum         viewFrustum;       //视景体
GLGeometryTransform transformPipeline; //几何图形变换管道

GLTriangleBatch   torusBatch;        //打球
GLTriangleBatch   sphereBatch;       //小球
GLBatch           floorBatch;        //地板

//角色帧 照相机角色帧
GLFrame           cameraFrame;

//添加附加随机球数量
#define NUM_SPHERES  50
GLFrame spheres[NUM_SPHERES];

main函数是程序的入口出：

int main(int argc, char* argv[]) {
    gltSetWorkingDirectory(argv[0]);
    glutInit(&argc, argv);
    glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB | GLUT_DEPTH);
    glutInitWindowSize(800, 800);
    glutCreateWindow("OpenGL SphereWorld");
    glutReshapeFunc(ChangeSize);
    glutDisplayFunc(RenderScene);
    glutSpecialFunc(SpeacialKeys);
    GLenum err = glewInit();
    if (GLEW_OK != err) {
        fprintf(stderr, "GLEW error: %s\n", glewGetErrorString(err));
        return 1;
    }
    SetupRC();
    glutMainLoop();
    return 0;
}

在SetupRC()函数中初始化一些数据

void SetupRC() {
    //1.初始化
    glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
    shaderManager.InitializeStockShaders();

    //2.开启深度测试
    glEnable(GL_DEPTH_TEST);

    //3.设置地板顶点数据
    floorBatch.Begin(GL_LINES, 324);
    for (GLfloat x = -20.0; x <= 20.0f; x+=0.5) {
        floorBatch.Vertex3f(x, -0.55f, 20.0f);
        floorBatch.Vertex3f(x, -0.55f, -20.0f);

        floorBatch.Vertex3f(20.0f, -0.55f, x);
        floorBatch.Vertex3f(-20.0f, -0.55f, x);
    }
    floorBatch.End();

    //4.设置大球模型
    gltMakeSphere(torusBatch, 0.4f, 40, 80);

    //5.设置小球模型
    gltMakeSphere(sphereBatch, 0.2f, 30, 60);
    //6.随机位置放置小球
    for (int i = 0; i < NUM_SPHERES; i++) {
        //y轴不变，x,z产生随机值
        GLfloat x = ((GLfloat)((rand() % 400) - 200) * 0.1f);
        GLfloat z = ((GLfloat)((rand() % 400) - 200) * 0.1f);

        //在y方向，将球体设置为0， 这使得他们看起来是飘浮在眼镜的高度
        //对spheres数组中的每一个顶点，设置顶点数据
        spheres[i].SetOrigin(x, 0.0f, z);
    }
}

调用ChangeSize函数初始化屏幕大小和创建投影矩阵

//屏幕更改大小或已初始化
void ChangeSize(int nWidth, int nHeight) {
    //1.设置视口
    glViewport(0, 0, nWidth, nHeight);

    //2.创建投影矩阵
    viewFrustum.SetPerspective(35.0f, float(nWidth)/float(nHeight), 1.0f, 100.f);
    //viewFrustum.GetProjectionMatrix() 获取viewFrustum投影矩阵
    //将其加载到投影矩阵堆栈上
    projectionMatrix.LoadMatrix(viewFrustum.GetProjectionMatrix());

    //3.设置变换管道以使用两个矩阵堆栈（变换矩阵modelViewMatrix， 投影矩阵projectionMatrix）
    //初始化GLGeometryTransform的实例transformPipeline，通过将它的内部指针设置为模型视图矩阵堆栈和投影矩阵堆栈实例，来完成初始化
    //这个操作也可以在SetupRC函数中完成，但是在窗口大小改变时或者窗口创建时设置他们并没有坏处，而且这样可以一次性完成矩阵和管线的设置。
    transformPipeline.SetMatrixStacks(modelViewMatrix, projectionMatrix);
}

调用RenderScene函数进行绘制场景和球转动的动画效果

//进行调用以绘制场景
void RenderScene(void) {
    //1.颜色值（地板，打球，小球颜色）
    static GLfloat vFloorColor[] = {0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f};
    static GLfloat vTorusColor[] = {1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f};
    static GLfloat vSphereColor[] = {0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f};

    //2 基于时间动画
    static CStopWatch rotTimer;
    float yRot = rotTimer.GetElapsedSeconds() * 60.0f;

    //3.清除颜色缓冲区和深度缓冲区
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);


    //压栈 有push就有pop 要一一对应
    modelViewMatrix.PushMatrix();

    //3.5 加入观察者，平移10步
    M3DMatrix44f mCamara;
    cameraFrame.GetCameraMatrix(mCamara);
    modelViewMatrix.PushMatrix(mCamara);

    //4.绘制地面
    shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT, transformPipeline.GetModelViewProjectionMatrix(), vFloorColor);
    floorBatch.Draw();

    //5. 获取光源位置
    M3DVector4f vLightPos = {0.0f, 10.0f, 5.0f, 1.0f};

    //6.使得大球位置平移 3.0 向屏幕里面
    modelViewMatrix.Translate(0.0f, 0.0f, -3.0f);

    //7.压栈（复制栈顶）
    modelViewMatrix.PushMatrix();

    //8.大球自转
    modelViewMatrix.Rotate(yRot, 0.0f, 1.0f, 0.0f);

    //9.指定合适的着色器（点光源着色器）
    shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_POINT_LIGHT_DIFF, transformPipeline.GetModelViewMatrix(), transformPipeline.GetProjectionMatrix(), vLightPos, vTorusColor);
    torusBatch.Draw();

    //10.绘制完毕还要pop
    modelViewMatrix.PopMatrix();

    //11.画小球
    for (int i = 0; i < NUM_SPHERES; i++) {
        modelViewMatrix.PushMatrix();
        modelViewMatrix.MultMatrix(spheres[i]);
        shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_POINT_LIGHT_DIFF, transformPipeline.GetModelViewMatrix(), transformPipeline.GetProjectionMatrix(), vLightPos, vSphereColor);
        sphereBatch.Draw();
        modelViewMatrix.PopMatrix();
    }

    //12.让一个小蓝球围绕大球公转自转
    modelViewMatrix.Rotate(yRot * -2.0f, 0.0, 1.0f, 0.0f);
    modelViewMatrix.Translate(0.8f, 0.0f, 0.0f);
    shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_POINT_LIGHT_DIFF, transformPipeline.GetModelViewMatrix(), transformPipeline.GetProjectionMatrix(), vLightPos, vSphereColor);
    sphereBatch.Draw();

    //有几个push就有几个pop
    modelViewMatrix.PopMatrix();

    modelViewMatrix.PopMatrix();
    //12.执行缓冲区交换
    glutSwapBuffers();

    //重新绘制
    glutPostRedisplay();
}

我们通过调用SpeacialKeys函数可以通过控制键盘的上下左右键来控制视图的方向和移动距离

void SpeacialKeys(int key, int x, int y) {
    //移动步长
    float linear = 0.1f;
    //旋转度数
    float angular = float(m3dDegToRad(5.0f));

    if (key == GLUT_KEY_UP) {
        //MoveForward 平移
        cameraFrame.MoveForward(linear);
    }
    if (key == GLUT_KEY_DOWN) {
        cameraFrame.MoveForward(-linear);
    }
    if (key == GLUT_KEY_LEFT) {
        //RotateWorld旋转
        cameraFrame.RotateWorld(angular, 0.0f, 1.0f, 0.0f);
    }
    if (key == GLUT_KEY_RIGHT) {
        cameraFrame.RotateWorld(-angular, 0.0f, 1.0f, 0.0f);
    }
}