第05课 OpenGL 3D空间

3D空间:

我们使用多边形和四边形创建3D物体，在这一课里，我们把三角形变为立体的金子塔形状，把四边形变为立方体。

在上节课的内容上作些扩展，我们现在开始生成真正的3D对象，而不是象前两节课中那样3D世界中的2D对象。我们给三角形增加一个左侧面，一个右侧面，一个后侧面来生成一个金字塔(四棱锥)。给正方形增加左、右、上、下及背面生成一个立方体。

我们混合金字塔上的颜色，创建一个平滑着色的对象。给立方体的每一面则来个不同的颜色。

int DrawGLScene(GLvoid)                        // 此过程中包括所有的绘制代码
{
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);    // 清除屏幕及深度缓存

    glLoadIdentity();                    // 重置模型观察矩阵

    glTranslatef(-1.5f,0.0f,-6.0f);                // 左移 1.5 单位，并移入屏幕 6.0

    glRotatef(rtri,0.0f,1.0f,0.0f);                // 绕Y轴旋转金字塔

    glBegin(GL_TRIANGLES);                    // 开始绘制金字塔的各个面

有些人可能早已在上节课中的代码上尝试自行创建3D对象了。但经常有人来信问我:"我的对象怎么不会绕着其自身的轴旋转？看起来总是在满屏乱转。"要让您的对象绕自身的轴旋转，您必须让对象的中心坐标总是(0.0f,0,0f,0,0f)。
下面的代码创建一个绕着其中心轴旋转的金字塔。金字塔的上顶点高出原点一个单位，底面中心低于原点一个单位。上顶点在底面的投影位于底面的中心。

注意所有的面－三角形都是逆时针次序绘制的。这点十分重要，在以后的课程中我会作出解释。现在，您只需明白要么都逆时针，要么都顺时针，但永远不要将两种次序混在一起，除非您有足够的理由必须这么做。

我们开始画金字塔的前侧面。因为所有的面都共享上顶点，我们将这点在所有的三角形中都设置为红色。底边上的两个顶点的颜色则是互斥的。前侧面的左下顶点是绿色的，右下顶点是蓝色的。这样相邻右侧面的左下顶点是蓝色的，右下顶点是绿色的。这样四边形的底面上的点的颜色都是间隔排列的。

        glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f);            // 红色

        glVertex3f( 0.0f, 1.0f, 0.0f);            // 三角形的上顶点 (前侧面)

        glColor3f(0.0f,1.0f,0.0f);            // 绿色

        glVertex3f(-1.0f,-1.0f, 1.0f);            // 三角形的左下顶点 (前侧面)

        glColor3f(0.0f,0.0f,1.0f);            // 蓝色

        glVertex3f( 1.0f,-1.0f, 1.0f);            // 三角形的右下顶点 (前侧面)

现在绘制右侧面。注意其底边上的两个顶点的X坐标位于中心右侧的一个单位处。顶点则位于Y轴上的一单位处，且Z坐标正好处于底边的两顶点的Z坐标中心。右侧面从上顶点开始向外侧倾斜至底边上。
这次的左下顶点用蓝色绘制，以保持与前侧面的右下顶点的一致。蓝色将从这个角向金字塔的前侧面和右侧面扩展并与其他颜色混合。
还应注意到后面的三个侧面和前侧面处于同一个glBegin(GL_TRIANGLES) 和 glEnd()语句中间。因为我们是通过三角形来构造这个金字塔的。OpenGL知道每三个点构成一个三角形。当它画完一个三角形之后，如果还有余下的点出现，它就以为新的三角形要开始绘制了。OpenGL在这里并不会将四点画成一个四边形，而是假定新的三角形开始了。所以千万不要无意中增加任何多余的点。

        glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f);            // 红色

        glVertex3f( 0.0f, 1.0f, 0.0f);            // 三角形的上顶点 (右侧面)

        glColor3f(0.0f,0.0f,1.0f);            // 蓝色

        glVertex3f( 1.0f,-1.0f, 1.0f);            // 三角形的左下顶点 (右侧面)

        glColor3f(0.0f,1.0f,0.0f);            // 绿色

        glVertex3f( 1.0f,-1.0f, -1.0f);            // 三角形的右下顶点 (右侧面)

现在是后侧面。再次切换颜色。左下顶点又回到绿色，因为后侧面与右侧面共享这个角。

        glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f);            // 红色

        glVertex3f( 0.0f, 1.0f, 0.0f);            // 三角形的上顶点 (后侧面)

        glColor3f(0.0f,1.0f,0.0f);            // 绿色

        glVertex3f( 1.0f,-1.0f, -1.0f);            // 三角形的左下顶点 (后侧面)

        glColor3f(0.0f,0.0f,1.0f);            // 蓝色

        glVertex3f(-1.0f,-1.0f, -1.0f);            // 三角形的右下顶点 (后侧面)

最后画左侧面。又要切换颜色。左下顶点是蓝色，与后侧面的右下顶点相同。右下顶点是蓝色，与前侧面的左下顶点相同。
到这里金字塔就画完了。因为金字塔只绕着Y轴旋转，我们永远都看不见底面，因而没有必要添加底面。如果您觉得有经验了，尝试增加底面(正方形)，并将金字塔绕X轴旋转来看看您是否作对了。确保底面四个顶点的颜色与侧面的颜色相匹配。

        glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f);            // 红色

        glVertex3f( 0.0f, 1.0f, 0.0f);            // 三角形的上顶点 (左侧面)

        glColor3f(0.0f,0.0f,1.0f);            // 蓝色

        glVertex3f(-1.0f,-1.0f,-1.0f);            // 三角形的左下顶点 (左侧面)

        glColor3f(0.0f,1.0f,0.0f);            // 绿色

        glVertex3f(-1.0f,-1.0f, 1.0f);            // 三角形的右下顶点 (左侧面)

    glEnd();                        // 金字塔绘制结束

接下来开始画立方体。他由六个四边形组成。所有的四边形都以逆时针次序绘制。就是说先画右上角，然后左上角、左下角、最后右下角。您也许认为画立方体的背面的时候这个次序看起来好像顺时针，但别忘了我们从立方体的背后看背面的时候，与您现在所想的正好相反。(译者注：您是从立方体的外面来观察立方体的)。
注意到这次我们将立方体移地更远离屏幕了。因为立方体的大小要比金字塔大，同样移入6个单位时，立方体看起来要大的多。这是透视的缘故。越远的对象看起来越小 :) 。

    glLoadIdentity();

    glTranslatef(1.5f,0.0f,-7.0f);                // 先右移再移入屏幕

    glRotatef(rquad,1.0f,1.0f,1.0f);            // 在XYZ轴上旋转立方体

    glBegin(GL_QUADS);                    // 开始绘制立方体

先画立方体的顶面。从中心上移一单位，注意Y坐标始终为一单位，表示这个四边形与Z轴平行。先画右上顶点，向右一单位，再屏幕向里一单位。然后左上顶点，向左一单位，再屏幕向里一单位。然后是靠近观察者的左下和右下顶点。就是屏幕往外一单位。

        glColor3f(0.0f,1.0f,0.0f);            // 颜色改为蓝色

        glVertex3f( 1.0f, 1.0f,-1.0f);            // 四边形的右上顶点 (顶面)

        glVertex3f(-1.0f, 1.0f,-1.0f);            // 四边形的左上顶点 (顶面)

        glVertex3f(-1.0f, 1.0f, 1.0f);            // 四边形的左下顶点 (顶面)

        glVertex3f( 1.0f, 1.0f, 1.0f);            // 四边形的右下顶点 (顶面)

底面的画法和顶面十分类似。只是Y坐标变成了－1。如果我们从立方体的下面来看立方体的话，您会注意到右上角离观察者最近，因此我们先画离观察者最近的顶点。然后是左上顶点最后才是屏幕里面的左下和右下顶点。

如果您真的不在乎绘制多边形的次序(顺时针或者逆时针)的话，您可以直接拷贝顶面的代码，将Y坐标从1改成 -1，也能够工作。但一旦您进入象纹理映射这样的领域时，忽略绘制次序会导致十分怪异的结果。

        glColor3f(1.0f,0.5f,0.0f);            // 颜色改成橙色

        glVertex3f( 1.0f,-1.0f, 1.0f);            // 四边形的右上顶点(底面)

        glVertex3f(-1.0f,-1.0f, 1.0f);            // 四边形的左上顶点(底面)

        glVertex3f(-1.0f,-1.0f,-1.0f);            // 四边形的左下顶点(底面)

        glVertex3f( 1.0f,-1.0f,-1.0f);            // 四边形的右下顶点(底面)

接着画立方体的前面。保持Z坐标为一单位，前面正对着我们。

        glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f);            // 颜色改成红色

        glVertex3f( 1.0f, 1.0f, 1.0f);            // 四边形的右上顶点(前面)

        glVertex3f(-1.0f, 1.0f, 1.0f);            // 四边形的左上顶点(前面)

        glVertex3f(-1.0f,-1.0f, 1.0f);            // 四边形的左下顶点(前面)

        glVertex3f( 1.0f,-1.0f, 1.0f);            // 四边形的右下顶点(前面)

立方体后面的绘制方法与前面类似。只是位于屏幕的里面。注意Z坐标现在保持 -1 不变。

        glColor3f(1.0f,1.0f,0.0f);            // 颜色改成黄色

        glVertex3f( 1.0f,-1.0f,-1.0f);            // 四边形的右上顶点(后面)

        glVertex3f(-1.0f,-1.0f,-1.0f);            // 四边形的左上顶点(后面)

        glVertex3f(-1.0f, 1.0f,-1.0f);            // 四边形的左下顶点(后面)

        glVertex3f( 1.0f, 1.0f,-1.0f);            // 四边形的右下顶点(后面)

还剩两个面就完成了。您会注意到总有一个坐标保持不变。这一次换成了X坐标。因为我们在画左侧面。

        glColor3f(0.0f,0.0f,1.0f);            // 颜色改成蓝色

        glVertex3f(-1.0f, 1.0f, 1.0f);            // 四边形的右上顶点(左面)

        glVertex3f(-1.0f, 1.0f,-1.0f);            // 四边形的左上顶点(左面)

        glVertex3f(-1.0f,-1.0f,-1.0f);            // 四边形的左下顶点(左面)

        glVertex3f(-1.0f,-1.0f, 1.0f);            // 四边形的右下顶点(左面)

立方体的最后一个面了。X坐标保持为一单位。逆时针绘制。您愿意的话，留着这个面不画也可以，这样就是一个盒子:)

或者您要是有兴趣可以改变立方体所有顶点的色彩值，象金字塔那样混合颜色。您会看见一个非常漂亮的彩色立方体，各种颜色在它的各个表面流淌。

        glColor3f(1.0f,0.0f,1.0f);            // 颜色改成紫罗兰色

        glVertex3f( 1.0f, 1.0f,-1.0f);            // 四边形的右上顶点(右面)

        glVertex3f( 1.0f, 1.0f, 1.0f);            // 四边形的左上顶点(右面)

        glVertex3f( 1.0f,-1.0f, 1.0f);            // 四边形的左下顶点(右面)

        glVertex3f( 1.0f,-1.0f,-1.0f);            // 四边形的右下顶点(右面)

    glEnd();                        // 立方体绘制结束

    rtri+=0.2f;                        // 增加三角形的旋转变量

    rquad-=0.15f;                        // 减少四边形的旋转变量

    return TRUE;                        // 继续运行
}

这一课又结束了。到这里您应该已经较好的掌握了在3D空间创建对象的方法。必须将OpenGL屏幕想象成一张很大的画纸，后面还带着许多透明的层。差不多就是个由大量的点组成的立方体。这些点从左至右、从上至下、从前到后的布满了这个立方体。如果您能想象的出在屏幕的深度方向，应该在设计新3D对象时没有任何问题。

如果您对3D空间的理解很困难的话，千万不要灰心! 刚开始的时候，领会这些内容会很难。象立方体这样的对象是您练习的好例子。继续努力吧！如果您有什么意见或建议请给我EMAIL。如果您认为有什么不对或可以改进，请告诉我。我想做最好的OpenGL教程并对您的反馈感兴趣。