OpenGL-公转自转demo

开场白

本文主要介绍用OpenGL实现的效果：大球自转，小球围绕大球公转的效果。如图：

效果图

示例代码地址
本例中使用的是以调整观察者位置的方式进行移动的，也可以修改成调整物体的方式，代码中有相关代码，只是注释了。

主要代码

渲染方法：

void RenderScene(void) {
    // 1
    //地板颜色
    static GLfloat vFloorColor[] = {0.0, 1.0, 0.0, 1.0};
    //打球颜色
    static GLfloat vTorusColor[] = {1, 0, 0, 1};
    //小球颜色
    static GLfloat vSphereColor[] = {0, 0, 1, 1};
    
    //2
    //此处需要使用静态变量 原因CStopWatch中有一个成员变量m_LastCount，需要记录，当调用GetElapsedSeconds时，内部实现是当前的秒数与m_LastCount中的秒数进行插值
    static CStopWatch rotTimer;
    //旋转度数
    float yRot = rotTimer.GetElapsedSeconds() * 60;
    
    //3
    //清除一个或一组特定的缓冲区
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
    
    //4.观察者
    M3DMatrix44f mCamera;
    cameraFrame.GetCameraMatrix(mCamera);
    
    //入栈-保存观察者位置
    modelViewMatrix.PushMatrix(mCamera);
    
//    modelViewMatrix.PushMatrix(objectFrame);
    
    //5渲染地板
    shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT, transformPipeline.GetModelViewProjectionMatrix(), vFloorColor);
    floorBatch.Draw();
    
    //光源
    M3DVector4f vLightPos = {0.0f, 10.0f, 5.0f, 1.0f};
    
    //6渲染大球
    modelViewMatrix.Translate(0.0f, 0.0f, -3.0f);
    modelViewMatrix.PushMatrix();
    modelViewMatrix.Rotate(yRot, 0.0f, 1.0f, 0.0f);
    shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_POINT_LIGHT_DIFF, transformPipeline.GetModelViewMatrix(), transformPipeline.GetProjectionMatrix(), vLightPos, vTorusColor);
    torusBatch.Draw();
    modelViewMatrix.PopMatrix();
    
    //7渲染50个（NUM_SPHERES）随机小球
    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();
    }
    
    //8渲染一个小球绕着打球旋转
    modelViewMatrix.Rotate(yRot * -2.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f);
    modelViewMatrix.Translate(0.8f, 0.0f, 0.0f);
//    shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT, transformPipeline.GetModelViewProjectionMatrix(), vSphereColor);

    shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_POINT_LIGHT_DIFF, transformPipeline.GetModelViewMatrix(), transformPipeline.GetProjectionMatrix(), vLightPos, vSphereColor);
    sphereBatch.Draw();
    
    //出栈-与上面观察者的入栈 保持出入栈一致
    modelViewMatrix.PopMatrix();
    
    //将在后台缓冲区进行渲染，然后在结束时交换到前台
    glutSwapBuffers();
    //9触发重新绘制
    glutPostRedisplay();
}
}

代码简要逻辑：

1. 定义了地板、大球和小球的颜色
2. 定义一个定时器变量rotTimer。这个地方一定要使用static静态方式，因为RenderScene在不停的调用，需要拿到上次的值。
3. 清空缓冲区
4. 定义观察者矩阵，并加入到modelView矩阵堆栈中
5. 绘制地板
6. 绘制大球，并自转
7. 绘制50个随机小球
8. 绘制绕大球公转的小球
9. 触发重新绘制方法

modelViewMatrix栈变换流程

modeViewMatrix变换流程

这张图表达了整个代码中modeViewMatrix矩阵变化的过程：

1. modelViewMatrix在初始化的时候会默认加入一个单元矩阵
2. 加入观察者矩阵
3. 准备渲染大球的时候，调用modelViewMatrix.Translate(0.0f, 0.0f, -3.0f);，此时会把栈顶元素取出进行矩阵乘法，然后替换栈顶元素。然后将栈顶元素再入栈一次，目的是保存之前的状态。因为栈顶元素会被后面的旋转操作修改。
4. 旋转处理，与第三不类似，但是不用保存状态。
5. 大球绘制后，出栈。此时栈顶是camero矩阵移动后的结果。
6. 开始绘制随机50个小球，入栈出栈，与之前操作没什么区别
7. 开始绘制公转小球