opengl画三维点_OpenGL 绘图实例一之机器人的绘制

综述

计算机图形学教材中有多种绘图方法，如直线的 DDA 算法、正负法、Bresenham 算法和画圆弧的正负法和 Bresenham 算法。同样，OpenGL 类库也为我们提供了多种绘图方法，比如 glVertex2d，在这里我们用类库的方法来实现一个机器人的绘制。DDA 等算法实现之后我们再替换类库的 glVertex2d 方法。

绘制要求

利用 glVertex2d 和 glVertex2f 在二维平面上绘制如下的机器人。所以我们现在不需要三维的绘图方法，仅在平面绘制即可。

问题分析

经过观察我们发现，图中包含了圆角矩形，矩形，直线，圆形，弧形，三角形，而对于 glVertex2d 的方法，只是定位好坐标点，然后利用坐标点连线或者形成封闭图形来绘制。所以，对于圆角矩形，弧形等，我们可以利用三角函数来求取坐标，并连线即可。

1. 圆角矩形的解决方案

对于圆角矩形，顾名思义每个角是由一个四分之一圆弧组成的。我们定义这个圆弧的半径为 cirR，整个圆角矩形的宽度为 width，高度为 height，那么抛出四个角的圆弧，就会在圆角矩形内部形成一个小的矩形，我们定义它的宽高分别为 w，h。另外，圆角矩形的中心点为 (centerX,centerY)，如下图所示 (博主原创图，盗图必究)在 OpenGL 中，可以定义一个绘图模式

1	glBegin(GL_LINE_LOOP);

可以绘制封闭曲线，也就是说，我们所有调用的 glVertex2f 函数绘制的点均可以自动连接成一个封闭曲线。所以，我们要做的就是找出圆角的坐标，利用 C++ 中的三角函数来计算右上角小圆所在的路径，我们设角度为 X，所以圆弧的 x 方向延伸长度为 cirRcosX，在 y 方向延伸长度为 cirRsinX 对于右上角的四分之一圆弧，它所在的路径 x 坐标便是 centerX+w/2+cirRcosX = centerX+width/2-cirR+cirRcosX，同理，y 路径坐标便是 centerY+h/2+cirRsinX = centerY+height/2-cirR+cirRsinX 当然对于其他的角，是加 w/2 还是减 w/2 就要看它所在的象限了。另外对于精确度的问题，我们可以定义一个 divide 变量，将四分之一圆弧分成若干个点来绘制，当然分的份数越多，越精细，分的份数的值就是 divide，所以每次增加的弧度便是 PI/(2*divide) 方法最终实现如下，我们传入矩形的宽高，矩形中心的坐标，圆角半径即可进行绘制。

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//画圆角矩形，传入矩形中心点坐标，矩形宽高，角半径void glRoundRec(int centerX,int centerY,int width,int height,float cirR){//二分之PI，一个象限的角度float PI_HALF = PI/2;//划分程度,值越大画得越精细float divide=20.0;//圆角矩形的坐标float tx,ty; //画封闭曲线 glBegin(GL_LINE_LOOP);//四个象限不同的操作符int opX[4]={1,-1,-1,1};int opY[4]={1,1,-1,-1};//用来计数，从第一象限到第四象限float x=0;//x自增时加的值float part=1/divide;//计算内矩形宽高一半的数值int w=width/2-cirR;int h=height/2-cirR;//循环画线for(x=0;x<4;x+=part){//求出弧度float rad = PI_HALF*x;//计算坐标值 tx=cirR*cos(rad)+opX[(int)x]*w+centerX; ty=cirR*sin(rad)+opY[(int)x]*h+centerY;//传入坐标画线 glVertex2f(tx,ty); }//结束画线 glEnd(); }

例如我们可以调用

1	glRoundRec(0,0,146,120,15);

可以绘制如下的圆角矩形

2. 圆弧的解决方案

对于圆弧的画法，我们也可以利用三角函数来解决，所以我们需要知道的参数就有半径，起始角度，还有圆弧的中心点。代码实现如下

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//画弧线，相对偏移量XY，开始的弧度，结束的弧度，半径void glArc(double x,double y,double start_angle,double end_angle,double radius) { //开始绘制曲线 glBegin(GL_LINE_STRIP);//每次画增加的弧度double delta_angle=PI/180;//画圆弧for (double i=start_angle;i<=end_angle;i+=delta_angle) {//绝对定位加三角函数值double vx=x+radius * cos(i);double vy=y+radius*sin(i); glVertex2d(vx,vy); }//结束绘画 glEnd(); }

至于画圆，我们只需要画一个弧度为 0 至 2PI 的圆弧即可。

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//画圆 void glCircle(double x, double y, double radius) { //画全圆 glArc(x,y,0,2*PI,radius); }

3. 其他图形的解决方案

对于直线，三角形，矩形等等，就没有那么复杂了，只需要绘制几个端点即可完成绘制。在此不再赘述。

4. 坐标的解决方案

要画图，最重要的便是坐标点，在此博主对图上的某些坐标进行了测量，假设总宽度为 300，对应的坐标值标注如下图所示，当然比例不一样的话，坐标会有成比例的变化，在此仅作参考。在图中，某些点的坐标已做好标注，仅供参考。

完整程序

完整的画机器人的程序实现如下

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#include #include #define PI 3.1415926//画矩形，传入的是左下角XY坐标和右上角XY坐标void glRect(int leftX,int leftY,int rightX,int rightY){//画封闭曲线 glBegin(GL_LINE_LOOP);//左下角 glVertex2d(leftX,leftY);//右下角 glVertex2d(rightX,leftY);//右上角 glVertex2d(rightX,rightY);//左上角 glVertex2d(leftX,rightY);//结束画线 glEnd(); }//画圆角矩形，传入矩形宽高，角半径，矩形中心点坐标void glRoundRec(int centerX,int centerY,int width,int height,float cirR){//二分之PI，一个象限的角度float PI_HALF = PI/2;//划分程度,值越大画得越精细float divide=20.0;//圆角矩形的坐标float tx,ty; //画封闭曲线 glBegin(GL_LINE_LOOP);//四个象限不同的操作符int opX[4]={1,-1,-1,1};int opY[4]={1,1,-1,-1};//用来计数，从第一象限到第四象限float x=0;//x自增时加的值float part=1/divide;//计算内矩形宽高一半的数值int w=width/2-cirR;int h=height/2-cirR;//循环画线for(x=0;x<4;x+=part){//求出弧度float rad = PI_HALF*x;//计算坐标值 tx=cirR*cos(rad)+opX[(int)x]*w+centerX; ty=cirR*sin(rad)+opY[(int)x]*h+centerY;//传入坐标画线 glVertex2f(tx,ty); }//结束画线 glEnd(); }//画弧线，相对偏移量XY，开始的弧度，结束的弧度，半径void glArc(double x,double y,double start_angle,double end_angle,double radius) { //开始绘制曲线 glBegin(GL_LINE_STRIP);//每次画增加的弧度double delta_angle=PI/180;//画圆弧for (double i=start_angle;i<=end_angle;i+=delta_angle) {//绝对定位加三角函数值double vx=x+radius * cos(i);double vy=y+radius*sin(i); glVertex2d(vx,vy); }//结束绘画 glEnd(); }//画圆void glCircle(double x, double y, double radius) { //画全圆 glArc(x,y,0,2*PI,radius); } //画三角形，传入三个点的坐标void glTri(int x1,int y1,int x2,int y2,int x3,int y3){//画封闭线 glBegin(GL_LINE_LOOP);//一点 glVertex2d(x1,y1);//二点 glVertex2d(x2,y2);//三点 glVertex2d(x3,y3);//结束画线 glEnd(); }//画线，传入两点坐标void glLine(int x1,int y1,int x2,int y2){//画封闭线 glBegin(GL_LINE_STRIP);//一点 glVertex2d(x1,y1);//二点 glVertex2d(x2,y2);//结束画线 glEnd(); }//函数用来画图void display(void) {//GL_COLOR_BUFFER_BIT表示清除颜色 glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);//设置画线颜色 glColor3f(0.5,0.5,0.5);//画点大小 glPointSize(2);//画圆角矩形，大肚子 glRoundRec(0,0,146,120,15);//画圆，中间小圈 glCircle(0,0,10);//画矩形，脖子 glRect(-25,60,25,76);//画圆角矩形，大脸 glRoundRec(0,113,128,74,10);//两个眼睛 glCircle(-30,111,10); glCircle(30,111,10);//两条天线 glLine(-35,150,-35,173); glLine(35,150,35,173);//圆角矩形，两个耳朵 glRoundRec(81,115,20,34,5); glRoundRec(-81,115,20,34,5);//圆弧，画嘴 glArc(0,133,11*PI/8,13*PI/8,45);//画三角，肚子里的三角 glTri(-30,-15,30,-15,0,28);//画矩形，胳膊连接处 glRect(-81,43,-73,25); glRect(81,43,73,25);//画矩形，上臂 glRect(-108,45,-81,0); glRect(108,45,81,0);//画矩形，中臂 glRect(-101,0,-88,-4); glRect(101,0,88,-4);//画矩形，下臂 glRect(-108,-4,-81,-37); glRect(108,-4,81,-37);//画圆形，手掌 glCircle(-95,-47,10); glCircle(95,-47,10);//画腿连接处 glRect(-41,-62,-21,-66); glRect(41,-62,21,-66);//画圆角矩形，大长腿 glRoundRec(-32,-92,38,52,10); glRoundRec(32,-92,38,52,10);//画矩形，脚踝 glRect(-41,-125,-21,-117); glRect(41,-125,21,-117);//画矩形，大脚掌 glRect(-59,-125,-8,-137); glRect(59,-125,8,-137);//保证前面的OpenGL命令立即执行，而不是让它们在缓冲区中等待 glFlush(); }//窗口大小变化时调用的函数void ChangeSize(GLsizei w,GLsizei h) { //避免高度为0if(h==0) { h=1; } //定义视口大小，宽高一致 glViewport(0,0,w,h);int half = 200;//重置坐标系统，使投影变换复位 glMatrixMode(GL_PROJECTION); //将当前的用户坐标系的原点移到了屏幕中心 glLoadIdentity(); //定义正交视域体 if(w//如果高度大于宽度，则将高度视角扩大，图形显示居中 glOrtho(-half,half,-half*h/w,half*h/w,-half,half); } else {//如果宽度大于高度，则将宽度视角扩大，图形显示居中 glOrtho(-half*w/h,half*w/h,-half,half,-half,half); } }//程序入口int main(int argc, char *argv[]){//对GLUT进行初始化，并处理所有的命令行参数 glutInit(&argc, argv);//指定RGB颜色模式和单缓冲窗口 glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_SINGLE);//定义窗口的位置 glutInitWindowPosition(100, 100);//定义窗口的大小 glutInitWindowSize(400, 400);//创建窗口，同时为之命名 glutCreateWindow("OpenGL");//设置窗口清除颜色为白色 glClearColor(1.0f,1.0f,1.0f,1.0f);//参数为一个函数，绘图时这个函数就会被调用 glutDisplayFunc(&display);//参数为一个函数，当窗口大小改变时会被调用 glutReshapeFunc(ChangeSize); //该函数让GLUT框架开始运行，所有设置的回调函数开始工作，直到用户终止程序为止 glutMainLoop();//程序返回return 0; }

运行效果如下图所示

综述

当然，这里直接调用了类库中的画线方法，而且用的是三角函数定位坐标。对于 DDA 算法等实现还没有进行替换，等实现 DDA 算法之后，再将绘制直线，圆弧等等的算法替换掉。同样可以实现机器人的绘制。希望对大家有帮助！

来源：https://cuiqingcai.com/1597.html