学习Nehe Lesson 10

最新推荐文章于 2025-03-07 23:02:21 发布

九洲公子

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分类专栏： opengl 文章标签：教程 opengl lesson10

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/u014420201/article/details/44685889

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一、Nehe的内容

我们先来看Nehe教程中的内容。在这一课，个人认为最重要且难理解的内容主要有三个，分别是对面的设置处理、读入并处理文件及数据、设置世界的移动旋转。

1、面的构成

从代码的实现来说，这个问题并不难，重要的是这个想法。从前面的几课中我们可以看出，简单一些的立体图形都可以通过一个个面来构成，因此在我们画立方体的时候是通过面的拼接，同样的，在构建一个3D世界时，我们也可以通过一个个小的面来拼出来。这样就产生了一个想法，我们先构建一个顶点结构，一个顶点有五个数据，X轴，Y轴，Z轴和两个纹理坐标，再构建一个三角形结构，一个三角形有3个顶点，最后为我们的世界构建一个区段结构，“每个3D世界基本上可以看作是sector(区段)的集合。一个sector(区段)可以是一个房间、一个立方体、或者任意一个闭合的区间。”这是Nehe教程中的定义。区段中包含了基本图形即三角形的个数以及指向三角形数组的指针。这样一个3D世界的层次就构建好了。如下。

typedef struct tagVERTEX                        // 创建Vertex顶点结构
{
    float x, y, z;                          // 3D 坐标
    float u, v;                         // 纹理坐标
} VERTEX;                               // 命名为VERTEX

typedef struct tagTRIANGLE                      // 创建Triangle三角形结构
{
    VERTEX vertex[3];                       // VERTEX矢量数组，大小为3
} TRIANGLE;                             // 命名为 TRIANGLE

typedef struct tagSECTOR                        // 创建Sector区段结构
{
    int numtriangles;                       // Sector中的三角形个数
    TRIANGLE* triangle;                     // 指向三角数组的指针
} SECTOR;                               // 命名为SECTOR

但一个3D世界很复杂，即便是简单的3D世界，也要用到十几个甚至更多的面，这意味着我们要打印十几次相同的代码，而它们仅仅是坐标参数略有不同。如果可以把坐标都存到某个数组里，然后用循环逐次读入，这样会轻松一些。但这时就产生了新的问题，一个点的坐标有五个数据，画一个三角形要用3个点，一个正方形要用4个点，而一个简单的3D世界，比如Nehe的这个，要用36个三角形（即108个点），换成正方形则是18个（即72个点），我们可以看得出来，这个数据太大了。因此，我们考虑把数据存到一个文件中，要用的时候逐一读取。这就是接下来的文件内容。

2、文件读取和处理

在这里，我们把数据存在txt文档中。第一行是文档中三角形个数，或者说程序运行时读取的三角形个数，如果你写了一百个三角形的数据，但只用到前30个，就可以把这个数字写成30。接下来就是一组一组的三角形数据了。
首先，要从文件中读取完整的一行数据存到一个数组里，在这里用readstr这个函数，如下。

void readstr(FILE *f,char *string)
{
    do
    {
        fgets(string, 255, f);
    } while ((string[0] == '/') || (string[0] == '\n'));
    return;
}

这个函数有两个参数，第一个是读取的文件，第二个是存数据的数组。fgets函数是从文件中读取完整的一行并存入数组，关于这个函数的具体内容参见百度百科。可以看出，在while循环中，把读到的内容都存到string中，如果遇到注释的标志’/’或换行的标志’\n’，就重新开始循环，即换行时就重新开始存。这样很巧妙地避开了文档中的注释语句和空行。
接下来，就是如何打开并读取文档从而设置世界的问题了。在SetupWorld函数中，用这样一个函数打开了文档，filein = fopen(“world.txt”, “rt”);然后用前面的readstr函数把文档的数据以行为单位提取到数组oneline中，把第一行中的三角形个数存到变量中，再用for循环将剩下的数据存到顶点数组中。for循环有两层，外层是个数循环，即从第一个三角形开始一直到最后一个，内层是顶点循环，即从第一个顶点到第三个定点，这样，每一个定点就以如下的方式存到了前面提到的结构体中。

sector1.triangle[loop].vertex[vert].x = x;
sector1.triangle[loop].vertex[vert].y = y;
sector1.triangle[loop].vertex[vert].z = z;
sector1.triangle[loop].vertex[vert].u = u;
sector1.triangle[loop].vertex[vert].v = v;

最后，读取完数据我们关上这个txt文档， fclose(filein);
接下来要做的就是用这些数据绘制一个个面了。绘制没有什么难度，重要的是旋转。

3、世界移动旋转

在这一课，世界旋转和前进后退和前面变得不一样了，因为3D世界要有一个轻微的摇摆效果，这样是模拟人走在路上时头部的轻微摆动。同时，在这里加入了世界的旋转，即以视点为中心旋转整个世界。我们采用的方法是：根据用户的指令旋转并变换镜头位置；围绕原点，以与镜头相反的旋转方向来旋转世界。(让人产生镜头旋转的错觉)；以与镜头平移方式相反的方式来平移世界(让人产生镜头移动的错觉)。

//前进
xpos -= (float)sin(heading*piover180) * 0.05f;
zpos -= (float)cos(heading*piover180) * 0.05f;
if (walkbiasangle >= 359.0f)
{
    walkbiasangle = 0.0f;
}
else
{
    walkbiasangle+= 10;
}
walkbias = (float)sin(walkbiasangle * piover180)/20.0f;
//后退
xpos += (float)sin(heading*piover180) * 0.05f;
zpos += (float)cos(heading*piover180) * 0.05f;
if (walkbiasangle <= 1.0f)
{
    walkbiasangle = 359.0f;
}
else
{
    walkbiasangle-= 10;
}
walkbias = (float)sin(walkbiasangle * piover180)/20.0f;
//左转
heading += 1.0f;    
yrot = heading;
//右转
heading -= 1.0f;
yrot = heading;

在这一块，Nehe的教程讲的很清楚。
值得注意的一点是，我们在处理图像坐标和坐标之间的关系以及一些旋转等问题时，sin和cos这两个函数往往十分有用，比如说让物体绕某点圆周运动，如果用圆的方程那个开根号的方式来写y关于x的变化，会发现圆周运动速度变化很明显，而如果用sin和cos把x和y写成关于一个角度变量的函数，就可以得到匀速圆周运动，并且避免了对x和y正负的判断等问题。

二、我的增加与修改

Nehe的内容是一个简单3D世界的基础，在这个基础上我做了一些很小的改进，也算是对这一课的复习。

1、和第九课的结合

第九课移动图像是一个旋转的星星，把这两课的内容结合在一起，主要就是把InitGL和DrawGLScene这两个函数的内容结合起来，然后在主函数的按键控制部分加入需要的内容。要注意的是，第九课的混色要关闭深度测试，而第十课的混色要打开深度测试，而且第九课的混色是一直开着，而第十课的混色是按B键后打开。关于这个的设定可以看 http://blog.youkuaiyun.com/u014420201/article/details/44064737 。其他的就没什么了。

2、三角形到正方形的转变

大多数时候，我们会用三角形来构成3D世界，这主要是因为由三个给定顶点构成的三角形一定共面，而四个顶点得到的四边形却不一定共面，不共面的四边形会导致纹理渲染出错。但在简单的3D世界里，或者说很明显都是平面的世界里，我们可以构建四边形结构体，把后面涉及三角形的地方都改成四边形，同时把坐标从三角形改成四边形。这个改动并不是很难，要注意的主要就是纹理坐标的顺序，以及代码中改动的地方不要有遗漏。我把要改的列出来，如下。
a.创建结构时，要把顶点数从3改成4，同时下面的区段结构中的变量名为了方便也最好改了；
b.SetupWorld()函数中的for循环，顶点循环的那层也要从3改成4；
c.DrawGLScene()函数中的for循环，同样要加一个顶点的设置，并且要注意改了的变量名。

3、自己设置坐标

在熟练地实现了教程中的3D世界后，我们会想要自己设计一个世界，虽然复杂的世界比如高山、城市、迷宫等等都不可能这么容易地就设计出来，但设计一个简单的只是有几面围墙几块地板的世界还是可以的。在这里要注意的是坐标的顺序，最好都按照顺时针或都逆时针。只要把World.txt文档中的坐标数据改了就够了，整个程序完全不用修改。