[图形学] Chp10 OpenGL三维观察程序示例

　　10.10节书中给出了一个程序示例，有一个填充正方形，从侧面的角度观察并画到屏幕上。

　　图0

　　这里进一步画出一个立方体，将相机放入立方体中心，旋转相机，达到在立方体中旋转看到不同画面的效果。

步骤：

　　1 使用的是4.9节中的OpenGL顶点数组方法。创建一个立方体100*100*100，坐标范围(0, 0, 0)到(100, 100, 100)。

　　2 立方体各面使用不同的颜色，调整顶点顺序以确保相机看到的都是填充面而不是线框图。

　　3 将投影观察点（即观察系原点）设置在矩形中心P₀ = (50, 50, 50)。

　　4 视点P_ref为相机朝向的点（注意，这个不是观察点），初始设置为P_ref =(0, 50, 0)。

　　5 修改P_ref的坐标，使其绕x=z=50进行逆时针旋转（与y轴平行的旋转公式(9.9)），最终实现相机在立方体中逆时针旋转，看到不同面的效果。

备注：

　　1 与y轴平行的旋转公式，先将旋转轴平移到与y轴重合，再进行旋转：z' = z * cosθ - x * sinθ, x' = z * sinθ + x * cosθ, y'=y;

　　2 近平面距离投影观察点不能为0，近平面和远平面的坐标会影响画面的效果，调整范围以确保画面不太离谱（并不真实）

　　3 之前直接在displayFcn中调用cube，修改使用display list后可以提高cpu的效率，从2%降到1%。

问题：

　　1 调整d_near和d_far时，会影响投影效果。d_near离P₀越近，投影效果强度更大，离得远的点看着更小。见图2。不真实。

　　2 当调整近裁剪面大小且当立方体旋转时，投影画面会改变宽度，看起来会更奇怪。见图3。不真实。

　　3 在idleFcn中使用glutPostRedisplay替换直接调用displayFcn，效率有降低，不懂为什么。

 #include <GLUT/GLUT.h>
 #include <math.h>

 GLint winWidth = , winHeight = ;
 GLfloat x0 = 50.0, y00 = 50.0, z0 = 50.0; // 这是观察参考点，与观察系原点重合
 GLfloat xref = 0.0, yref = 50.0, zref = 0.0; // camera要瞄准的点，不是观察参考点
 GLfloat Vx = 0.0, Vy = 1.0, Vz = 0.0;
 GLfloat xwMin = -40.0, ywMin = -40.0, xwMax = 40.0, ywMax = 40.0;
 GLfloat dnear = , dfar = ;
 GLdouble radianAngle = 1.0/360.0 * 3.14159;
 GLfloat cos1 = cos(radianAngle);
 GLfloat sin1 = sin(radianAngle);

 typedef GLint vertex3 [];
 vertex3 pt [] = {{, , }, {, , }, {, , }, {, , },
                 {, , }, {, , }, {, , }, {, , }};

 void init (void)
 {
     glClearColor(1.0, 1.0, 1.0, 0.0);

     glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
     gluLookAt(x0, y00, z0, xref, yref, zref, Vx, Vy, Vz);

     glMatrixMode(GL_PROJECTION);
     glFrustum(xwMin, xwMax, ywMin, ywMax, dnear, dfar);

     void cube();
     cube();
 }

 void quad (GLint n1, GLint n2, GLint n3, GLint n4)
 {
     glBegin(GL_QUADS);
     glVertex3iv(pt[n1]);
     glVertex3iv(pt[n2]);
     glVertex3iv(pt[n3]);
     glVertex3iv(pt[n4]);
     glEnd();
 }

 GLuint regHex;

 void cube ()
 {
     regHex = glGenLists();
     glNewList(regHex, GL_COMPILE);

     glColor3f(0.0, 1.0, 0.0); // back
     quad(, , , );
     glColor3f(1.0, 0.0, 0.0); // left
     quad(, , , );
     glColor3f(0.0, 0.0, 1.0); // top
     quad(, , , );
     glColor3f(1.0, 1.0, 0.0); // front
     quad(, , , );
     glColor3f(0.0, 1.0, 1.0); // right
     quad(, , , );
     glColor3f(1.0, 0.0, 1.0); // bottom
     quad(, , , );

     glEndList();
 }

 void displayFcn (void)
 {
     glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

     glColor3f(0.0, 1.0, 0.0);
     glPolygonMode(GL_FRONT, GL_FILL);
     glPolygonMode(GL_BACK, GL_LINE);
 //    glFrontFace(GL_CW); // show the back

     glCallList(regHex);    

     glutSwapBuffers();
 }

 void reshapeFcn (GLint newWidth, GLint newHeight)
 {
     glViewport(, , newWidth, newHeight);

     winWidth = newWidth;
     winHeight = newHeight;
 }

 void idleFcn (void)
 {
     GLfloat xref1, zref1;
     xref = xref - x0;
     zref = zref - z0;
     zref1 = zref * cos1 - xref * sin1 + z0;
     xref1 = zref * sin1 + xref * cos1 + x0;
     xref = xref1;
     zref = zref1;

     glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
     glLoadIdentity();
     gluLookAt(x0, y00, z0, xref, yref, zref, Vx, Vy, Vz);

     glutPostRedisplay();
 }

 int main(int argc, char * argv[])
 {
     glutInit(&argc, argv);
     glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_DOUBLE);
     glutInitWindowSize(winWidth, winHeight);
     glutInitWindowPosition(, );
     glutCreateWindow("Perspective View of A Square");

     init();
     glutDisplayFunc(displayFcn);
     glutReshapeFunc(reshapeFcn);
     glutIdleFunc(idleFcn);
     glutMainLoop();

     return ;
 }

图1  图2  图3