C#应用视频教程2.4 OPENGL虚拟仿真介绍

这一部分我们首先实现视图控制（包括了平移/旋转/缩放）,前面我们已经讲过，通过lookat一个函数，或者通过translate+rotate两个函数，都能实现视图的控制（两个函数的方式比较简单，但是通用性不够，因为这个更像是画布就像去参观卖房子的模型，你可以把模型随便上下左右移动翻转看外面，但是如果要像第一人称视角到房子里面爬窗户，上房顶，钻地道，这种视角肯定是不够的。可以想象CS游戏中，整个地图场景必然是唯一的，每个游戏玩家都可以控制一组视角，视角的lookat九个参数不同导致了可以仰望，俯瞰，左右扫等等，有兴趣的读者可以去仔细研究实现方法）

 

然而能用按钮控制还是不够方便，很多时候我们需要像Solidworks软件这样能够用鼠标键盘控制，我自己设定的一些简单规则：

鼠标可以控制视图前后左右翻转

按住Shift+鼠标可以控制视图前后左右平移

鼠标滚轮可以控制视图缩放

按住Ctrl，鼠标滚轮可以控制视图绕Z旋转

 

根据这些规则，我们需要在控件初始化的时候添加一组事件绑定（注意要用C#自动补全的方式做，不然后面的参数你不知道怎么写的，比如绑定到KeyDown事件，响应的是KeyEventArgs e，我们可以采集到键盘的按键，如果你自己写就不知道是什么参数类型了）

 

这些事件的绑定你也可以在主窗口中选中指定的控件，查看他所有的事件，双击进去（但是不符合面向对象的写法，假如我们完善了这个类以后要写一个新的项目，难道你每次拖完了这个OPENGL的控件，然后切换到这里，一个一个把事件双击进去生成，然后再复制粘贴代码？肯定效率很低，比较好的做法是自己定义一个类，然后每次初始化只要把这个OPENGLControl类型传递过去，所有的事件响应就一次完成了）

 

在这么多的事件响应中，我们先来看比较简单的几组，鼠标移入和鼠标移出是判断鼠标是否在控件上的（为了防止在鼠标在窗口的其他地方点击按钮，操作也会影响视图，我们定义只要鼠标离开了控件，则全局变量设置为false，就不再修改视图了）。鼠标按下和鼠标抬起来是为了定义是否采集鼠标当前位置的（也是为了防止误判，假定如果鼠标在控件内部移动，只有左键按下之后的移动操作才会产生影响，不按按钮移动鼠标也不修改视图，当然每次MouseDown的时候都要刷新一下当前的位置=记录之前的位置）

 

鼠标移动的事件是真正产生效果的事件，我们每次鼠标往某个方向运动，如果期望视图跟着发生改变，则实际上只要捕捉鼠标前后位置的差异，然后叠加到Translate或者Rotate的三个参数上即可（注意其实是两个参数，因为我们是在二维的电脑屏幕上模拟三维的效果，鼠标只会有X,Y的数值，所以也只能映射到XY的平移或者绕XY的旋转，所以后面会增加一些额外的规则定义Z的平移-缩放，Z的旋转-旋转视图）

 

讲到缩放视图，最方便的是用鼠标滚轮实现，鼠标滚轮上滚和下滚，e.Delta数值是正的和负的，为了防止太大的时候缩放的太快，所以如果已经ViewChangeTranslate很小，就缩放的再慢一点（也可以做成一个函数，越远越小则缩放越快，这样更符合用户体验）绕Z轴旋转还是比较重要的，为了防止规则太多，我还是用鼠标滚轮实现（需要先按下Ctrl键），到这里基本的视图控制就完成了。

 

然后深入理解一下PushMatrix和PopMatrix方法，假定我们要绘制一个小型的机器人，仅仅用三个六面体来表示机器人的头部和两个手臂（注意尽量绘制一个小模块的时候用一组push和pop包起来），我们后面详细介绍具体绘制过程

 

在绘制基本物体的时候，注意不管你的物体尺寸多少，你的画笔是保持不变的（仅仅Translate和Rotate可以修改画笔的位置和姿态），所以我可以人为地调节红色立方体块的大小

 

接下来绘制手臂，如果期望手臂正好贴在红色立方体块的两个，那么就必须要把画笔平移到下一个要绘制的立方体的底面中心位置（我们暂时还不考虑姿态，后面会讲姿态的文字，如果不使用Rotate，则姿态将始终保持垂直于画布），注意仔细体会画笔挪动到新的位置之后的效果

 

在绘制B手臂的时候，如果直接从绘制A手臂的地方挪过去也可以（再平移整个红色立方体的宽度就行了），但是只是对于简单的几何物体可以这样做，如果绘制非常复杂的多边形，很多时候我们自己也不知道画笔在哪了，所以有必要从上一步画笔还没开始动的地方接着画（因为B手臂跟A手臂是对称的， 所以只要把某些Translate的正负号改一改就行了）下图中从X-X1和X-X2过程基本类似，对称（这也是编程中比较重要的化归思想，不要产生新的问题，X1直接到X2就是新的问题，哪怕比X-X2更简单，因为我们已经有了X-X1的经验可以套用，就可以直接X-X2）

 

让整个动画元素动起来，其实只要把一些变量添加到整个绘制过程就可以了（我在这里只是做了简单的演示，比如两个手臂的摆动，实际上你也可以为机器人添加腿，眼睛，腰部等等）

 

最后套用一点运动控制的思想，让两个旋转的臂从A点走到B点，要求同时走到位（还是要考虑比较多的因素的，比如AB两点没有差距，或者只有一个旋转臂有差距），大体思路可以概括成：

1 采集起点和终点的差值（数组）

2 获取差值数组中的最大值（最远距离）

3 根据给定的速度求总的时间（最远距离/给定速度）

4 根据总的时间重新求每个轴的速度（每个轴的前后距离/总时间）

5 在线程中执行运动（用计时器，每隔一定时间生成一个新的时间，并用S=S0 + V*t的公式计算每次新的位置）

 

总结：到此为止OPENGL的简单介绍就结束了，网上有大量的代码介绍OPENGL的仿真（C++的比较多，因为C#相对于C++的性能还是差很多，所以大型的游戏，3D处理软件都会用C++作为最终的编程执行工具，可能C#是嵌套的上层交互用的），但是并不妨碍我们通过C#加深对OPENGL的理解（核心思想没有变，而且C#的开发，验证效率更高）。读者需要掌握：

1 理解OPENGL的基本绘图过程，平移，旋转，缩放的

2 理解OPENGL绘制基本物体，组合物体的原理，比如小型的摆臂机器人实现原理

3 查看网上的高手的代码，针对某一些具体的功能做深入的研究，OPENGL除了能绘制二维三维的物体，还能做动力学仿真，模型的渲染等，学好这部分内容还是很有意义的

 

 

更多教学视频和资料下载，欢迎关注以下信息：

我的优酷空间：

http://i.youku.com/acetaohai123

 

我的在线论坛：

http://csrobot.gz01.bdysite.com/

 

问题交流：

QQ：910358960

邮箱：acetaohai123@163.com