OpenGL漫游的实现

    在用opengl学习和开发3d软件的时候，要是做出的模型能够随意地通过鼠标拖动转换视角，不用重复地调整参数重新编译，对程序开发来说会很省事。

 

    去年做了一个opengl的鼠标交互式的程序http://blog.pfan.cn/jiagleo/42301.html，可以随意通过鼠标拖动旋转物体，切换视角，不过那个程序只能让你从周围观察原点。下面我再做一个漫游的程序，使你能随意改变观察点的位置，并且能够调整方向。我将更进一步把它集成一个工具库，用起来就像gluLookAt一样方便。

 

一、要看懂本程序，我假定网友们已经懂得了基本的C/C++知识，并已经掌握opengl的基本绘图框架。

二、首先还是先声明一下工作环境，我们使用的是C++，用glut函数库，这样就可以与平台无关了，用VC或Dev，还是Win或Linux等等都可以。

 

程序使用了GLUT库，需要下载库文件，执行时需要相应的动态链接库。在Windows平台下的下载地址：http://www.opengl.org/resources/libraries/glut/glut_downloads.php。

Windows环境下安装GLUT的步骤：  

将下载的压缩包解开，将得到5个文件

（1）glut.h 放在“include/GL”；

（2）glut.lib和glut32.lib放在“/lib”；

（3）glut.dll和glut32.dll放到“C:/Windows/System32”

三、原理：

我们要完成如下功能：

镜头上下转（沿红色线），左右转（沿绿色线）以及左右倾（沿蓝色线），如图：

 

 

还有前后左右上下平移。

 

一、     要实现这些，原理非常简单，分四步：

1.  我们先需要声明一个矩阵；

2.  变换的时候把矩阵加载到当前视口矩阵里；

3.  调用opengl内置的坐标变换函数，然后取出矩阵；

4.  用的时候，直接加载自定义的矩阵即可。

 

分别创建一个头文件和源文件：ramble.h  ramble.cpp

 

在ramble.cpp文件里：

首先声明变量：

 

GLfloat mRamble[16];// 视图矩阵

 

程序开始的时候，需要初始化一下：

void RambleInitial() { glGetFloatv(GL_MODELVIEW_MATRIX, mRamble);// 这个函数可以读出OpenGL的视图矩阵 }

下面就是我们需要完成的主要的函数，把它们放到头文件里：

void RambleTurnLeft(); void RambleTurnRight(); void RambleTurnUp(); void RambleTurnDown(); void RambleSlantLeft(); void RambleSlantRight(); void RambleMoveForward(); void RambleMoveBack(); void RambleMoveLeft(); void RambleMoveRight(); void RambleMoveUp(); void RambleMoveDown();

然后，在源文件里实现：

只举两个例子：

void RambleTurnLeft(GLfloat angle) { glMatrixMode(GL_MODELVIEW);// 确保是在操纵视图矩阵 glLoadMatrixf(mRamble);// 把我们自己的矩阵加载进去 glRotated( angle, 0.0,-1.0, 0.0);// 左转angle角度 glGetFloatv(GL_MODELVIEW_MATRIX, mRamble);// 保存 } void RambleMoveForward(GLfloat m) { glMatrixMode(GL_MODELVIEW);// 确保是在操纵视图矩阵 glLoadMatrixf(mRamble); glTranslated( 0.0, 0.0, m); glGetFloatv(GL_MODELVIEW_MATRIX, mRamble); }

 

其他的类似，把参数改一下就可以了。

为了更简洁地调用这些函数，而不用每次都传入一个参数，重载这些函数：

void RambleTurnLeft(); void RambleTurnRight(); void RambleTurnUp(); void RambleTurnDown(); void RambleSlantLeft(); void RambleSlantRight(); void RambleMoveForward(); void RambleMoveBack(); void RambleMoveLeft(); void RambleMoveRight(); void RambleMoveUp(); void RambleMoveDown();

为此，我们还必须在头文件里声明两个变量，用于管理默认的变换幅度参数：

GLfloat mpstep = 0.25;//速度 GLfloat anglepturn = DEGtoRAD(45.0);// 转速

举其中一个例子：

void RambleTurnLeft() { RambleTurnLeft(anglepturn); }

其他的照搬就可以了

 

但是，这离我们的要求还有点距离，我们要把这些东西封装成一个工具库，也就是说，我们要做到，用户一拿到这两个文件就可以直接使用，而无需管内部过程。

那么我们需要下面函数，用来响应相应的消息：

inline void RambleVK_A(){RambleTurnLeft();} inline void RambleVK_D(){RambleTurnRight();} inline void RambleVK_W(){RambleTurnUp();} inline void RambleVK_S(){RambleTurnDown();} inline void RambleVK_R(){RambleMoveUp();} inline void RambleVK_F(){RambleMoveDown();} inline void RambleVK_Q(){RambleSlantLeft();} inline void RambleVK_E(){RambleSlantRight();} inline void RambleVK_LEFT(){RambleMoveLeft();} inline void RambleVK_RIGHT(){RambleMoveRight();} inline void RambleVK_UP(){RambleMoveForward();} inline void RambleVK_DOWN(){RambleMoveBack();}

 

    你可以看到，其实不要这些也可以，但这是一种非常好的思想习惯，你不可能每次写个程序，都把一大堆让别人觉得莫名奇妙的函数往主程序里放，这样会给人阅读造成困难。并且当你以后修改的时候也会很方便。

 

    最后是怎么在主程序里用了。很简单：

1.  在opengl初始化完成后调用RambleInitial（）；

2.  在相应的消息相应函数里加入对应的调用函数，就是上面的12个函数；

3.  在绘图函数的开头使用Ramble（）；

 

源代码：

main.cpp:

/* * GLUT Shapes Demo * * Written by Nigel Stewart November 2003 * * This program is test harness for the sphere, cone * and torus shapes in GLUT. * * Spinning wireframe and smooth shaded shapes are * displayed until the ESC or q key is pressed. The * number of geometry stacks and slices can be adjusted * using the + and - keys. */ #ifdef __APPLE__ #include <GLUT/glut.h> #else #include <GL/glut.h> #endif #include "ramble.h" #include <stdlib.h> /* GLUT callback Handlers */ int w = 640; int h = 480; static void resize(int width, int height) { const float ar = (float) width / (float) height; glViewport(0, 0, width, height); glMatrixMode(GL_PROJECTION); glLoadIdentity(); gluPerspective(45.0,ar,0.1,20.0); glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glLoadIdentity() ; w = width; h = height; } static void display(void) { const double t = glutGet(GLUT_ELAPSED_TIME) / 1000.0; const double a = t*90.0; glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT); Ramble(); glTranslated(0.0,0.0,-4.0); glutSolidTeapot(1.0); glutSwapBuffers(); } static void key(unsigned char key, int x, int y) { switch (key) { case 27 : exit(0); break; case 'q': case 'Q': RambleVK_Q(); break; case 'e': case 'E': RambleVK_E(); break; case 'a': case 'A': RambleVK_A(); break; case 'd': case 'D': RambleVK_D(); break; case 'w': case 'W': RambleVK_W(); break; case 's': case 'S': RambleVK_S(); break; case 'r': case 'R': RambleVK_R(); break; case 'f': case 'F': RambleVK_F(); break; } glutPostRedisplay(); } static void spacialkey(int key, int x, int y) { switch (key) { case GLUT_KEY_LEFT: RambleMoveLeft(); break; case GLUT_KEY_RIGHT: RambleMoveRight(); break; case GLUT_KEY_UP: RambleMoveForward(); break; case GLUT_KEY_DOWN: RambleMoveBack(); break; default: break; } glutPostRedisplay(); } void Mouse(int button, int state, int x, int y) /*当鼠标按下或拿起时会回调该函数*/ { if(button == GLUT_LEFT_BUTTON && state == GLUT_DOWN) { RambleLButtonDown( x, y); } if(button == GLUT_LEFT_BUTTON && state == GLUT_UP) { RambleLButtonUp( x, y); } } void OnMouseMove(int x, int y) /*当鼠标移动时会回调该函数*/ { RambleMouseMove( x, y); } static void idle(void) { glutPostRedisplay(); } const GLfloat light_ambient[] = { 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f }; const GLfloat light_diffuse[] = { 1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f }; const GLfloat light_specular[] = { 1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f }; const GLfloat light_position[] = { 2.0f, 5.0f, 5.0f, 0.0f }; const GLfloat mat_ambient[] = { 0.7f, 0.7f, 0.7f, 1.0f }; const GLfloat mat_diffuse[] = { 0.8f, 0.8f, 0.8f, 1.0f }; const GLfloat mat_specular[] = { 1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f }; const GLfloat high_shininess[] = { 100.0f }; /* Program entry point */ int main(int argc, char *argv[]) { glutInit(&argc, argv); glutInitWindowSize(w,h); glutInitWindowPosition(10,10); glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_DOUBLE | GLUT_DEPTH); glutCreateWindow("GLUT Shapes"); glutReshapeFunc(resize); glutDisplayFunc(display); glutKeyboardFunc(key); glutSpecialFunc(spacialkey); glutMouseFunc(Mouse); glutMotionFunc(OnMouseMove); /*设置各种消息处理函数*/ glutIdleFunc(idle); RambleInitial(); RambleGetShape(&w,&h); glClearColor(1,1,1,1); glEnable(GL_CULL_FACE); glCullFace(GL_BACK); glEnable(GL_DEPTH_TEST); glDepthFunc(GL_LESS); glEnable(GL_LIGHT0); glEnable(GL_NORMALIZE); glEnable(GL_COLOR_MATERIAL); glEnable(GL_LIGHTING); glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, light_ambient); glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, light_diffuse); glLightfv(GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, light_specular); glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, light_position); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_AMBIENT, mat_ambient); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_DIFFUSE, mat_diffuse); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR, mat_specular); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SHININESS, high_shininess); glutMainLoop(); return EXIT_SUCCESS; }

ramble.h:

#ifndef RAMBLE_H_INCLUDED #define RAMBLE_H_INCLUDED #include <GL/gl.h> #include <GL/glu.h> void RambleInitial(); void RambleGetShape(int *w, int *h); void Ramble(); void RambleReset(); void RambleMouseMove(int x,int y); void RambleLButtonDown(int x,int y); void RambleLButtonUp(int x,int y); void RambleSetSpeed(GLfloat mPStep); void RambleAddSpeed(GLfloat mPStep); void RambleSetSensitivity(GLfloat anglePTurn); void RambleAddSensitivity(GLfloat anglePTurn); void RambleTurnLeft(GLfloat angle); void RambleTurnRight(GLfloat angle); void RambleTurnUp(GLfloat angle); void RambleTurnDown(GLfloat angle); void RambleSlantLeft(GLfloat angle); void RambleSlantRight(GLfloat angle); void RambleMoveForward(GLfloat m); void RambleMoveBack(GLfloat m); void RambleMoveLeft(GLfloat m); void RambleMoveRight(GLfloat m); void RambleMoveUp(GLfloat m); void RambleMoveDown(GLfloat m); // for short call void RambleTurnLeft(); void RambleTurnRight(); void RambleTurnUp(); void RambleTurnDown(); void RambleSlantLeft(); void RambleSlantRight(); void RambleMoveForward(); void RambleMoveBack(); void RambleMoveLeft(); void RambleMoveRight(); void RambleMoveUp(); void RambleMoveDown(); // for message calls inline void RambleVK_A(){RambleTurnLeft();} inline void RambleVK_D(){RambleTurnRight();} inline void RambleVK_W(){RambleTurnUp();} inline void RambleVK_S(){RambleTurnDown();} inline void RambleVK_R(){RambleMoveUp();} inline void RambleVK_F(){RambleMoveDown();} inline void RambleVK_Q(){RambleSlantLeft();} inline void RambleVK_E(){RambleSlantRight();} inline void RambleVK_LEFT(){RambleMoveLeft();} inline void RambleVK_RIGHT(){RambleMoveRight();} inline void RambleVK_UP(){RambleMoveForward();} inline void RambleVK_DOWN(){RambleMoveBack();} #endif // RAMBLE_H_INCLUDED

ramble.cpp:

#include "ramble.h" #include <math.h> #include <GL/gl.h> #include <GL/glu.h> #pragma comment(lib,"OpenGL32.lib") #pragma comment(lib,"Glu32.lib") #define PI 3.14159265 #define DEGtoRAD(angle) (angle * PI / 180.0) #define NEAREST 1.0f #define FAREST 40.0f #define MAXSPEED 100.0 #define MINSPEED 0.001f #define MAXSENSITIVITY 45.0 #define MINSENSITIVITY 0.01 int *pwidth;// pointer to global variable:window width int *pheight;// pointer to global variable:widow height GLfloat mRamble[16];// View mode matrix GLfloat mpstep = 0.25;// move speed GLfloat anglepturn = DEGtoRAD(45.0);// turning sensitive (measured in rad) void RambleInitial() { glGetFloatv(GL_MODELVIEW_MATRIX, mRamble);// This function is to get the view matrix } // Get window size void RambleGetShape(int *w, int *h) { pwidth = w; pheight = h; } // when paint, put this function first to use the rambal void Ramble() { glLoadMatrixf(mRamble);// load view matrix to change the view sight } void RambleReset() { glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glLoadIdentity(); glGetFloatv(GL_MODELVIEW_MATRIX, mRamble); } void RambleMouseMove(int x,int y) { } void RambleLButtonDown(int x,int y) { if( x < *pwidth/3 ) RambleTurnLeft(); if( x > *pwidth*2/3 ) RambleTurnRight(); if( y < *pheight/3 ) RambleTurnUp(); if( y > *pheight*2/3 ) RambleTurnDown(); } void RambleLButtonUp(int x,int y) { } void RambleSetSpeed(GLfloat mPStep) { if( mPStep>MINSPEED && mPStep<MAXSPEED) mpstep = mPStep; } void RambleAddSpeed(GLfloat mPStep) { RambleSetSpeed(mPStep + mpstep); } void RambleSetSensitivity(GLfloat anglePTurn) { if( anglePTurn>MINSENSITIVITY && anglePTurn<MAXSENSITIVITY) anglepturn = anglePTurn; } void RambleAddSensitivity(GLfloat anglePTurn) { RambleSetSensitivity(anglepturn + anglePTurn); } // Turning functions void RambleTurnLeft(GLfloat angle) { glMatrixMode(GL_MODELVIEW);// to ensure that you are operating view matrix glLoadMatrixf(mRamble);// load our own matrix glRotated( angle, 0.0,-1.0, 0.0);// turn left glGetFloatv(GL_MODELVIEW_MATRIX, mRamble);// get out our matrix to save it. } void RambleTurnRight(GLfloat angle) { glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glLoadMatrixf(mRamble); glRotated( angle, 0.0, 1.0, 0.0); glGetFloatv(GL_MODELVIEW_MATRIX, mRamble); } void RambleTurnUp(GLfloat angle) { glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glLoadMatrixf(mRamble); glRotated( angle,-1.0, 0.0, 0.0); glGetFloatv(GL_MODELVIEW_MATRIX, mRamble); } void RambleTurnDown(GLfloat angle) { glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glLoadMatrixf(mRamble); glRotated( angle, 1.0, 0.0, 0.0); glGetFloatv(GL_MODELVIEW_MATRIX, mRamble); } void RambleSlantLeft(GLfloat angle) { glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glLoadMatrixf(mRamble); glRotated( angle, 0.0, 0.0,-1.0); glGetFloatv(GL_MODELVIEW_MATRIX, mRamble); } void RambleSlantRight(GLfloat angle) { glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glLoadMatrixf(mRamble); glRotated( angle, 0.0, 0.0, 1.0); glGetFloatv(GL_MODELVIEW_MATRIX, mRamble); } // Moving functions void RambleMoveForward(GLfloat m) { glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glLoadMatrixf(mRamble); glTranslated( 0.0, 0.0, m); glGetFloatv(GL_MODELVIEW_MATRIX, mRamble); } void RambleMoveBack(GLfloat m) { glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glLoadMatrixf(mRamble); glTranslated( 0.0, 0.0,-m); glGetFloatv(GL_MODELVIEW_MATRIX, mRamble); } void RambleMoveLeft(GLfloat m) { glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glLoadMatrixf(mRamble); glTranslated( m, 0.0, 0.0); glGetFloatv(GL_MODELVIEW_MATRIX, mRamble); } void RambleMoveRight(GLfloat m) { glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glLoadMatrixf(mRamble); glTranslated(-m, 0.0, 0.0); glGetFloatv(GL_MODELVIEW_MATRIX, mRamble); } void RambleMoveUp(GLfloat m) { glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glLoadMatrixf(mRamble); glTranslated( 0.0,-m, 0.0); glGetFloatv(GL_MODELVIEW_MATRIX, mRamble); } void RambleMoveDown(GLfloat m) { glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glLoadMatrixf(mRamble); glTranslated( 0.0, m, 0.0); glGetFloatv(GL_MODELVIEW_MATRIX, mRamble); } // for short call void RambleTurnLeft() { RambleTurnLeft(anglepturn); } void RambleTurnRight() { RambleTurnRight(anglepturn); } void RambleTurnUp() { RambleTurnUp(anglepturn); } void RambleTurnDown() { RambleTurnDown(anglepturn); } void RambleSlantLeft() { RambleSlantLeft(anglepturn); } void RambleSlantRight() { RambleSlantRight(anglepturn); } void RambleMoveForward() { RambleMoveForward(mpstep); } void RambleMoveBack() { RambleMoveBack(mpstep); } void RambleMoveLeft() { RambleMoveLeft(mpstep); } void RambleMoveRight() { RambleMoveRight(mpstep); } void RambleMoveUp() { RambleMoveUp(mpstep); } void RambleMoveDown() { RambleMoveDown(mpstep); }

 

    运行程序后，使用wsad实现前后左右转动，qe实现左右倾，方向键控制前后左右运动，rf上下运动。

    如果你离远点很远的话，视图投影会有些不正常，这和AutoDesk 3DS MAX的渲染效果图里的漫游出现的情况有点类似，我猜他们会不会是按照这种方法设计的？

    每次你做视图变换的时候，OpenGL都会重新一些其它的参数，因此，这种方法有可能很不安全，而且会浪费一些运算时间。下次再做个程序来改进吧。

 

 

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