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  • QT OpenGL绘制三维图形(立方体、圆柱体、圆锥、球体、圆环等等)

    本文使用QGLWidget来绘制各种三维基本图形,包括立方体、圆柱体、圆锥、球体、圆环等等,涉及包括基本绘制以及上色、纹理、旋转等操作。

    使用的软件版本:QT5.12 + QT Creater4.8.0

     GLWidget.h
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    #ifndef GLWIDGET_H
    #define GLWIDGET_H

    #include <QGLWidget>

    class GLWidget : public QGLWidget
    {
        Q_OBJECT

    public:
        GLWidget(QWidget *parent = 
    0);
        ~GLWidget();

    protected:
        
    // 设置渲染环境
        void initializeGL();
        
    // 绘制窗口
        void paintGL();
        
    // 响应窗口的大小变化
        void resizeGL(int width, int height);

    private:
        
    // 场景渲染
        void renderScene();
        
    // 场景渲染-基本图形
        void renderBasicShape();
        
    // 场景渲染-立方体纹理
        void renderTextureCube();
        
    // 场景渲染-圆柱体纹理
        void renderTextureCylinder();
        
    // 绘制立方体
        void drawCube();
        
    // 绘制圆形
        void drawCircle();
        
    // 绘制圆柱体
        void drawCylinder();
        
    // 绘制圆锥体
        void drawCone();
        
    // 绘制四面体
        void drawTetrahedron();
        
    // 绘制球体
        void drawSphere(GLfloat xx = 0.0,
                        GLfloat yy = 
    0.0,
                        GLfloat zz = 
    0.0,
                        GLfloat radius = 
    1.0,
                        GLfloat M = 
    100.0,
                        GLfloat N = 
    100.0);
        
    // 绘制圆环
        void DrawTorus(double Radius = 1,
                       
    double TubeRadius = 0.2,
                       
    int Sides = 20,
                       
    int Rings = 30);
        
    // 加载纹理
        void loadGLTextures();


    private:
        
    // 旋转角度
        GLfloat  xRot;
        GLfloat  yRot;
        GLfloat  zRot;
        
    // 存储纹理
        GLuint texture[2];

    };
    #endif // GLWIDGET_H
    GLWidget.cpp
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    #include "GLWidget.h"
    #include <qmath.h>

    #define PI          3.14
    #define ROT_DELTA   0.5f

    void qgluPerspective(GLdouble fovy, GLdouble aspect, GLdouble zNear, GLdouble zFar)
    {
        
    const GLdouble ymax = zNear * tan(qDegreesToRadians(fovy) / 2.0);
        
    const GLdouble ymin = -ymax;
        
    const GLdouble xmin = ymin * aspect;
        
    const GLdouble xmax = ymax * aspect;
        glFrustum(xmin, xmax, ymin, ymax, zNear, zFar);
    }

    GLWidget::GLWidget(QWidget *parent)
        : QGLWidget(parent)
        , xRot(
    0.0f)
        , yRot(
    0.0f)
        , zRot(
    0.0f)
    {
        
    // 设置画面的双缓冲和深度缓存
        setFormat(QGLFormat(QGL::DoubleBuffer | QGL::DepthBuffer));
    }

    GLWidget::~GLWidget()
    {

    }

    void GLWidget::initializeGL()
    {
        
    // 启用阴影平滑
        glShadeModel(GL_SMOOTH);
        
    // 白色背景
        glClearColor(1.01.01.01.0);
        
    // 设置深度缓存
        glClearDepth(1.0);
        
    // 启用深度测试
        glEnable(GL_DEPTH_TEST);
        
    // 所作深度测试的类型
        glDepthFunc(GL_LEQUAL);
        
    // 告诉系统对透视进行修正
        glHint(GL_PERSPECTIVE_CORRECTION_HINT, GL_NICEST);
        
    // 启用2D纹理映射
        glEnable(GL_TEXTURE_2D);
        
    // 加载纹理
        loadGLTextures();
    }

    void GLWidget::paintGL()
    {
        renderScene();
        update();
    }

    void GLWidget::resizeGL(int width, int height)
    {
        
    // 防止窗口大小变为0
        if ( height == 0 )
        {
            height = 
    1;
        }
        
    // 重置当前的视口
        glViewport(00, (GLint)width, (GLint)height);
        
    // 选择投影矩阵
        glMatrixMode(GL_PROJECTION);
        
    // 重置投影矩阵
        glLoadIdentity();
        
    // 设置视口的大小
        qgluPerspective(45.0, (GLdouble)width / (GLdouble)height, 0.1100.0);
        
    // 选择模型观察矩阵
        glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
        
    // 重置投影矩阵
        glLoadIdentity();
    }

    // 绘制立方体
    void GLWidget::drawCube()
    {
        glBegin(GL_QUAD_STRIP);         
    //填充凸多边形
        glColor3f(100);
        glVertex3f(
    0.0f, 0.0f, 0.0f);
        glColor3f(
    110);
        glVertex3f(
    0.0f, 1.0f, 0.0f);
        glColor3f(
    010);
        glVertex3f(
    1.0f, 0.0f, 0.0f);
        glColor3f(
    011);
        glVertex3f(
    1.0f, 1.0f, 0.0f);
        glColor3f(
    100);
        glVertex3f(
    1.0f, 0.0f, -1.0f);
        glColor3f(
    110);
        glVertex3f(
    1.0f, 1.0f, -1.0f);
        glColor3f(
    010);
        glVertex3f(
    0.0f, 0.0f, -1.0f);
        glColor3f(
    011);
        glVertex3f(
    0.0f, 1.0f, -1.0f);
        glColor3f(
    100);
        glVertex3f(
    0.0f, 0.0f, 0.0f);
        glColor3f(
    110);
        glVertex3f(
    0.0f, 1.0f, 0.0f);
        glEnd();
        glBegin(GL_QUAD_STRIP);
        glColor3f(
    001);
        glVertex3f(
    0.0f, 0.0f, 0.0f);
        glColor3f(
    101);
        glVertex3f(
    1.0f, 0.0f, 0.0f);
        glColor3f(
    010);
        glVertex3f(
    0.0f, 0.0f, -1.0f);
        glColor3f(
    100);
        glVertex3f(
    1.0f, 0.0f, -1.0f);
        glColor3f(
    110);
        glVertex3f(
    0.0f, 1.0f, 0.0f);
        glColor3f(
    101);
        glVertex3f(
    1.0f, 1.0f, 0.0f);
        glColor3f(
    001);
        glVertex3f(
    0.0f, 1.0f, -1.0f);
        glColor3f(
    100);
        glVertex3f(
    1.0f, 1.0f, -1.0f);
        glEnd();
    }

    // 绘制圆形
    void GLWidget::drawCircle()
    {
        glBegin(GL_TRIANGLE_FAN);           
    //扇形连续填充三角形串
        glVertex3f(0.0f, 0.0f, 0.0f);
        
    int i = 0;
        
    for (i = 0; i <= 360; i += 15)
        {
            
    float p = i * 3.14 / 180;
            glColor3f(sin(p), cos(p), tan(p));
            glVertex3f(sin(p), cos(p), 
    0.0f);
        }
        glEnd();
    }

    // 绘制圆柱体
    void GLWidget::drawCylinder()
    {
        
    // 利用三角形和四边形等基本图元绘制底面圆圆心在坐标原点, 半径为 r,高为 h,方向沿 z 轴方向的圆柱;
        // 侧面用多个四边形,底面用多个三角形来表示
        glBegin(GL_QUAD_STRIP);//连续填充四边形串
        int i = 0;
        
    for (i = 0; i <= 360; i += 15)
        {
            
    float p = i * 3.14 / 180;
            glVertex3f(sin(p), cos(p), 
    1.0f);
            glVertex3f(sin(p), cos(p), 
    0.0f);
        }
        glEnd();
        
    //bottom circle
        glColor3f(100);
        drawCircle();
        glTranslatef(
    001);
        
    //top circle
        glColor3f(001);
        drawCircle();
        glColor3f(
    010);
    }

    // 绘制圆锥体
    void GLWidget::drawCone()
    {
        glBegin(GL_QUAD_STRIP);
    //连续填充四边形串
        int i = 0;
        
    for (i = 0; i <= 360; i += 15)
        {
            
    float p = i * 3.14 / 180;
            glColor3f(sin(p), cos(p), 
    1.0f);
            glVertex3f(
    001.0f);
            glVertex3f(sin(p), cos(p), 
    0.0f);
        }
        glEnd();
        
    //bottom circle
        glColor3f(011);
        drawCircle();
    }

    // 绘制四面体等
    void GLWidget::drawTetrahedron()
    {
        glBegin(GL_QUADS);
        glNormal3f(
    00, -1);
        glColor3f(
    1.00.00.0);
        glVertex3f(-
    1, -10);
        glColor3f(
    0.01.00.0);
        glVertex3f(-
    110);
        glColor3f(
    0.00.01.0);
        glVertex3f(
    110);
        glColor3f(
    1.01.00.0);
        glVertex3f(
    1, -10);
        glEnd();

        glBegin(GL_TRIANGLES);
        glNormal3f(
    0, -10.707);
        glColor3f(
    0.01.01.0);
        glVertex3f(-
    1, -10);
        glColor3f(
    1.00.01.0);
        glVertex3f(
    1, -10);
        glColor3f(
    1.00.01.0);
        glVertex3f(
    001.2);
        glEnd();
        glBegin(GL_TRIANGLES);
        glNormal3f(
    100.707);
        glColor3f(
    0.01.01.0);
        glVertex3f(
    1, -10);
        glColor3f(
    1.00.01.0);
        glVertex3f(
    110);
        glColor3f(
    1.00.01.0);
        glVertex3f(
    001.2);
        glEnd();
        glBegin(GL_TRIANGLES);
        glNormal3f(
    010.707);
        glColor3f(
    0.01.01.0);
        glVertex3f(
    110);
        glColor3f(
    1.00.01.0);
        glVertex3f(-
    110);
        glColor3f(
    1.00.01.0);
        glVertex3f(
    001.2);
        glEnd();
        glBegin(GL_TRIANGLES);
        glNormal3f(-
    100.707);
        glColor3f(
    1.00.01.0);
        glVertex3f(-
    110);
        glColor3f(
    0.01.01.0);
        glVertex3f(-
    1, -10);
        glColor3f(
    1.00.00.0);
        glVertex3f(
    001.2);
        glEnd();
    }

    // 绘制球体
    // 球心坐标为(x,y,z),球的半径为radius,M,N分别表示球体的横纵向被分成多少份
    void GLWidget::drawSphere(GLfloat xx, GLfloat yy, GLfloat zz,
                              GLfloat radius, GLfloat M, GLfloat N)
    {
        
    // 选择使用的纹理
        glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture[0]);

        
    float step_z = PI / M;
        
    float step_xy = 2 * PI / N;
        
    float x[4], y[4], z[4];

        
    float angle_z = 0.0;
        
    float angle_xy = 0.0;
        
    int i = 0, j = 0;
        glBegin(GL_QUADS);
        
    for(i = 0; i < M; i++)
        {
            angle_z = i * step_z;

            
    for(j = 0; j < N; j++)
            {
                angle_xy = j * step_xy;

                x[
    0] = radius * sin(angle_z) * cos(angle_xy);
                y[
    0] = radius * sin(angle_z) * sin(angle_xy);
                z[
    0] = radius * cos(angle_z);

                x[
    1] = radius * sin(angle_z + step_z) * cos(angle_xy);
                y[
    1] = radius * sin(angle_z + step_z) * sin(angle_xy);
                z[
    1] = radius * cos(angle_z + step_z);

                x[
    2] = radius * sin(angle_z + step_z) * cos(angle_xy + step_xy);
                y[
    2] = radius * sin(angle_z + step_z) * sin(angle_xy + step_xy);
                z[
    2] = radius * cos(angle_z + step_z);

                x[
    3] = radius * sin(angle_z) * cos(angle_xy + step_xy);
                y[
    3] = radius * sin(angle_z) * sin(angle_xy + step_xy);
                z[
    3] = radius * cos(angle_z);
                
    for(int k = 0; k < 4; k++)
                {
                    glColor3f(sin(angle_z), cos(angle_z), tan(angle_z));
                    
    //glTexCoord2f(0.1f, 0.1f);
                    glVertex3f(xx + x[k], yy + y[k], zz + z[k]);
                }
            }
        }
        glEnd();
    }

    // 绘制圆环
    // 大半径Radius,小半径TubeRadius,边数Sides, 环数Rings
    void GLWidget::DrawTorus(double Radius, double TubeRadius, int Sides, int Rings)
    {
        
    double sideDelta = 2.0 * PI / Sides;
        
    double ringDelta = 2.0 * PI / Rings;
        
    double theta = 0;
        
    double cosTheta = 1.0;
        
    double sinTheta = 0.0;

        
    double phi, sinPhi, cosPhi;
        
    double dist;
        glColor3f(
    100);
        
    for (int i = 0; i < Rings; i++)
        {
            
    double theta1 = theta + ringDelta;
            
    double cosTheta1 = cos(theta1);
            
    double sinTheta1 = sin(theta1);

            glBegin(GL_QUAD_STRIP);
            phi = 
    0;
            
    for (int j = 0; j <= Sides; j++)
            {
                phi = phi + sideDelta;
                cosPhi = cos(phi);
                sinPhi = sin(phi);
                dist = Radius + (TubeRadius * cosPhi);

                glNormal3f(cosTheta * cosPhi, sinTheta * cosPhi, sinPhi);
                glColor3f(cosTheta, sinTheta, sinPhi);
                glVertex3f(cosTheta * dist, sinTheta * dist, TubeRadius * sinPhi);

                glNormal3f(cosTheta1 * cosPhi, sinTheta1 * cosPhi, sinPhi);
                glColor3f(cosTheta1, sinTheta1, sinPhi);
                glVertex3f(cosTheta1 * dist, sinTheta1 * dist, TubeRadius * sinPhi);
            }
            glEnd();
            theta = theta1;
            cosTheta = cosTheta1;
            sinTheta = sinTheta1;
        }
    }

    // 加载纹理
    void GLWidget::loadGLTextures()
    {
        QImage tex1, buf1;
        QImage tex2, buf2;
        
    if (!buf1.load(":/data/qt-logo.jpg"))
        {
            
    // 如果载入不成功,自动生成一个128*128的32位色的绿色图片。
            qWarning("Could not read image file!");
            QImage dummy(
    128128, QImage::Format_RGB32);
            dummy.fill(Qt::green);
            buf1 = dummy;
        }

        
    if (!buf2.load(":/data/qt-wood.jpg"))
        {
            
    // 如果载入不成功,自动生成一个128*128的32位色的绿色图片。
            qWarning("Could not read image file!");
            QImage dummy(
    128128, QImage::Format_RGB32);
            dummy.fill(Qt::green);
            buf2 = dummy;
        }

        
    //***********************************************//
        // 纹理0:qt-logo
        //***********************************************//
        //转换成纹理类型
        tex1 = QGLWidget::convertToGLFormat(buf1);
        
    // 创建纹理
        glGenTextures(1, &texture[0]);
        
    // 使用来自位图数据生成的典型纹理,将纹理名字texture[0]绑定到纹理目标上
        glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture[0]);
        
    // WRAP参数:纹理坐标超出[0,0]到[1,1]的范围该怎么处理呢?
        glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP);
        glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_CLAMP);
        
    // Filter参数:纹理坐标映射到纹素位置(127.34,255.14)该怎么办?
        glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
        glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
        
    // 纹理环境
        glTexEnvf(GL_TEXTURE_ENV, GL_TEXTURE_ENV_MODE, GL_REPLACE);
        
    // 将纹素数组从CPU传至GPU并且设置为当前纹理。
        // 在处理单一纹理时,你可以用,负责效率非常低。
        // 多纹理时可以参见纹理绑定。
        glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 03, tex1.width(), tex1.height(), 0,
                     GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, tex1.bits());

        
    //***********************************************//
        // 纹理0:qt-logo
        //***********************************************//
        tex2 = QGLWidget::convertToGLFormat(buf2);
        glGenTextures(
    1, &texture[1]);
        glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture[
    1]);
        glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT);
        glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_REPEAT);
        glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_NEAREST);
        glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_NEAREST);
        glTexEnvf(GL_TEXTURE_ENV, GL_TEXTURE_ENV_MODE, GL_MODULATE);
        glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 
    03, tex2.width(), tex2.height(), 0,
                     GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, tex2.bits());
        
    // 使用纹理
        // 首先调用glEnable( GL_TEXTURE_2D ),来启用2D纹理;
        // 然后绘制图形,并且为每个顶点指定ST坐标;
        // 最后调用glDisable( GL_TEXTURE_2D ).
    }

    // 场景渲染
    void GLWidget::renderScene(void)
    {
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
        glLoadIdentity();

        glPushMatrix();
        renderBasicShape();
        glPopMatrix();

        glPushMatrix();
        glTranslatef(-
    300);
        renderTextureCube();
        glPopMatrix();

        glPushMatrix();
        glTranslatef(
    300);
        renderTextureCylinder();
        glPopMatrix();
    }

    // 渲染基本图形
    void GLWidget::renderBasicShape()
    {
        
    static float fRotAngle = 0.0f;
        fRotAngle += ROT_DELTA;
        
    if (fRotAngle > 360)
            fRotAngle = 
    0;

        glPushMatrix();
        glColor3f(
    010);
        glTranslatef(-
    33, -12);
        glRotatef(fRotAngle, 
    11 , 1);
        drawCylinder();
        glPopMatrix();

        glPushMatrix();
        glColor3f(
    100);
        glTranslatef(
    03, -12);
        glRotatef(fRotAngle, 
    11 , 1);
        drawTetrahedron();
        glPopMatrix();

        glPushMatrix();
        glColor3f(
    100);
        glTranslatef(
    33, -12);
        glRotatef(fRotAngle, 
    111);
        drawCircle();
        glPopMatrix();

        glPushMatrix();
        glColor3f(
    100);
        glTranslatef(
    00, -15);
        glRotatef(fRotAngle, 
    010);
        drawSphere();
        glPopMatrix();

        glPushMatrix();
        glColor3f(
    011);
        glTranslatef(-
    3, -3, -12);
        glRotatef(fRotAngle, 
    111);
        drawCube();
        glPopMatrix();

        glPushMatrix();
        glColor3f(
    101);
        glTranslatef(
    0, -3, -12);
        glRotatef(fRotAngle, 
    1