OpenGL-MVP模式的六种图元绘制

开场白

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这篇文章主要聊聊使用MVP模式的图元绘制，先来看看效果

运行效果

1.空格切换绘制模式：

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main函数中增加键盘的回调函数，用来响应‘空格’按键：

int main(int argc, char* argv[]){
    ...
    glutKeyboardFunc(KeyPressFunc);
    ...
}

然后我们来看看KeyPressFunc实现

void KeyPressFunc(unsigned char key, int x, int y) {
    if(key == 32)
    {
        nStep++;
        
        if(nStep > 6)
            nStep = 0;
    }
    
    switch(nStep)
    {
        case 0:
            glutSetWindowTitle("GL_POINTS");
            break;
        case 1:
            glutSetWindowTitle("GL_LINES");
            break;
        case 2:
            glutSetWindowTitle("GL_LINE_STRIP");
            break;
        case 3:
            glutSetWindowTitle("GL_LINE_LOOP");
            break;
        case 4:
            glutSetWindowTitle("GL_TRIANGLES");
            break;
        case 5:
            glutSetWindowTitle("GL_TRIANGLE_STRIP");
            break;
        case 6:
            glutSetWindowTitle("GL_TRIANGLE_FAN");
            break;
    }
    
    glutPostRedisplay();
}

1. key == 32是判断是否为空格键，32是ascll码
2. 当点击空格键后，修改全局变量nStep
3. switch判断当前的nStep，显示不同的窗口title
4. 调用glut的重绘函数

2.SetupRC实现

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void SetupRC()
{
    //设置背景色
    glClearColor(0.7f, 0.7f, 0.7f, 1.0f );
    //初始化着色管理器
    shaderManager.InitializeStockShaders();
    //开启深度测试
    glEnable(GL_DEPTH_TEST);
    //设置变化管线的矩阵堆栈
    transformPipeline.SetMatrixStacks(modelViewMatrix, projectionMatrix);
    //设置camera位置
    cameraFrame.MoveForward(-15.0f);
    
    //后续代码是设置一些顶点信息，不是本文章的重点。   
    ...
}

本段代码主要设置了管线transformPipeline，并且设置了矩阵堆栈，目的是使用MVP模式进行绘图。MVP模式就是model-view-projection的三个矩阵变换，来渲染图片。
设置了camera的位置，cameraFrame.MoveForward为-15的位置，这个可以理解为在屏幕前，距离屏幕15的位置。

3.ChangeSize实现

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void ChangeSize(int w,int h)
{
    glViewport(0, 0, w, h);
    //视图椎体变量设置观察者位置
    viewFrustum.SetPerspective(35.0f, float(w) / float(h), 1.0f, 500.0f);
    //从视图椎体中加载投影矩阵
    projectionMatrix.LoadMatrix(viewFrustum.GetProjectionMatrix());
    //模型视图矩阵设置为单元矩阵
    modelViewMatrix.LoadIdentity();
}

1. 设置视口，

2. 视图椎体viewFrustum，设置观察者的位置。视图椎体：以camera（观察者）在的位置为顶点，以Far clip plane（远端平截面）为底的几何椎体。请参考下图：

   
   视图椎体示意[图片上传中...(image.png-c04e57-1594315058378-0)]

3. 设置视图矩阵projectionMatrix和模型视图矩阵modelViewMatrix，视图矩阵初始值是单元矩阵，该单元矩阵乘以从视图椎体中取出视图矩阵，将值赋值给视图矩阵projectionMatrix。模型视图矩阵设置为单元矩阵（默认值就是单元矩阵，所以此行代码可以不写。）,因为当前还没有模型视图，所以设置为初始值。

   
   坐标系转换

4.RenderScene

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本文的重点部分

void RenderScene(void) {
    //1.清除一个或一组特定的缓冲区
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT|GL_STENCIL_BUFFER_BIT);
    
    //2.记录当前模型视图矩阵，当前的值是单元矩阵，所以入栈的是单元矩阵。目的是本次改变后，调用出栈方法，将模型视图矩阵重新复制成单元矩阵，下面有对应PopMatrix函数调用
    modelViewMatrix.PushMatrix();
    
    //3.将camera frame转换成矩阵
    M3DMatrix44f mCamera;
    cameraFrame.GetCameraMatrix(mCamera);
    //modelViewMatrix矩阵乘以camera矩阵栈，相乘的结果存放到modelViewMatrix
    modelViewMatrix.MultMatrix(mCamera);
    
    //4.将object frame转换成矩阵，objectFrame在键盘上下左右时设置的值
    M3DMatrix44f mObjectFrame;
    objectFrame.GetMatrix(mObjectFrame);
    //modelViewMatrix矩阵乘以object矩阵栈，相乘的结果存放到modelViewMatrix
    modelViewMatrix.MultMatrix(mObjectFrame);
    
    //5.使用平面着色器，参数2是从变换管线transformPipeline中获取MVP（ModelViewProjectionMatrix）矩阵
    shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT, transformPipeline.GetModelViewProjectionMatrix(), vBlack);
    
    //6.
    switch (nStep) {
        case 0:
            glPointSize(4.0f);
            pointBatch.Draw();
            glPointSize(1.0f);
            break;
        case 1:
            glLineWidth(2.0f);
            lineBatch.Draw();
            glLineWidth(1.0f);
            break;

        case 2:
            glLineWidth(2.0f);
            lineStripBatch.Draw();
            glLineWidth(1.0f);
            break;

        case 3:
            glLineWidth(2.0f);
            lineLoopBatch.Draw();
            glLineWidth(1.0f);
            break;

        case 4:
            DrawWireFramedBatch(&triangleBatch);
            break;

        case 5:
            DrawWireFramedBatch(&triangleStripBatch);
            break;

        case 6:
            DrawWireFramedBatch(&triangleFanBatch);
            break;
            
    }
    
    //7.出栈，将modelViewMatrix还原成单元矩阵
    modelViewMatrix.PopMatrix();
    
    //8.将在后台缓冲区进行渲染，然后在结束时交换到前台
    glutSwapBuffers();
}

1. 清除缓冲区
2. modelViewMatrix.PushMatrix();入栈处理。此时modelViewMatrix还是单元矩阵（矩阵的初始值，任何矩阵✖️单元矩阵，还是等于本身），目的是本次修改后还可以恢复到原来的初始值。
3. 获取camera的矩阵，并将camera矩阵与modelView矩阵，也就是将camera的位置信息混入modelView矩阵中。
4. 将objectFrame也转换成矩阵，并和第三步一样，混入到modelView矩阵中。objectFrame的变化是在‘空格键’响应函数中进行修改的（KeyPressFunc）。
5. 调用平面着色器，参数2是从变换管线transformPipeline中获取MVP（ModelViewProjectionMatrix）矩阵
6. 根据当前nStep，获取不同的容器批次类进行绘制。
7. 出栈。对应第2步
8. 交换缓冲区。

5. DrawWireFramedBatch

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在RenderScene的实现中的switch case 4-6中调用了DrawWireFramedBatch函数，该函数作用是为了渲染复杂3d几何图形时需要进行的一些处理，我们先来看看实现

void DrawWireFramedBatch(GLBatch* pBatch)
{
    //1.上色
    shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT, transformPipeline.GetModelViewProjectionMatrix(), vBlue);
    pBatch->Draw();
    
    //2.设置线相关内容
    
    // 偏移深度，在同一位置要绘制填充和边线，会产生z冲突，所以要偏移
    glPolygonOffset(-1.0f, -1.0f);
    //根据glPolygonOffset的设置，启用线的深度偏移
    glEnable(GL_POLYGON_OFFSET_LINE);
    
    //启用锯齿
    glEnable(GL_LINE_SMOOTH);
    //启用颜色混合
    glEnable(GL_BLEND);
    //混合方式，使用alpha，1-alpha方式混合
    glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);
    
    //多边形模式，正反面都用画线模式
    glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_LINE);
    glLineWidth(2.5f);
    
    //画线
    shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT, transformPipeline.GetModelViewProjectionMatrix(), vBlack);
    pBatch->Draw();
    
    //3.复原状态
    glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_FILL);
    glDisable(GL_POLYGON_OFFSET_LINE);
    glLineWidth(1.0f);
    glDisable(GL_BLEND);
    glDisable(GL_LINE_SMOOTH);
}

1. 填充颜色，使用平面着色器进行图形内部颜色填充
2. 设置线相关内容
   • glEnable()用于启用各种功能
   • GL_POLYGON_OFFSET_LINE：偏移深度，在同一位置要绘制填充和边线，会产生z冲突，所以要偏移
   • GL_LINE_SMOOTH：启用锯齿
   • GL_BLEND：启用颜色混合
   • glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA)：混合方式，使用alpha，1-alpha方式混合
   • glPolygonMode多边形模式，正反面都用画线模式
   • 画线，用定义好的黑色
3. 复原相关设置

代码地址

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OpenGL_MVP_demo