OpenGL代码学习（20）--光源的使用

注意：需要在配置好OpenGL的编程环境中运行下列代码，环境配置文章可参考：

OpenGL在Mac项目上的配置

下面的代码，直接放置在main.cpp文件中即可：

#include "GLTools.h"
#include "GLShaderManager.h"
#include "GLFrustum.h"
#include "GLBatch.h"
#include "GLFrame.h"
#include "GLMatrixStack.h"
#include "GLGeometryTransform.h"
#include "StopWatch.h"

#include <math.h>
#include <stdio.h>

#ifdef __APPLE__
#include <glut/glut.h>
#else
#define FREEGLUT_STATIC
#include <GL/glut.h>
#endif

// 着色器
GLShaderManager shaderManager;
// 视图矩阵堆栈
GLMatrixStack modelViewMatrix;
// 投影矩阵堆栈
GLMatrixStack projectionMatrix;
// 视景体
GLFrustum viewFrustum;
// 照相机角色【Lv2 增加的代码】
GLFrame cameraFrame;
// 变换管线
GLGeometryTransform transformPipeline;
// 花托批次
GLTriangleBatch torusBatch;
// 地板批次
GLBatch floorBatch;
// 旋转小球批次【Lv2 增加的代码】
GLTriangleBatch sphereBatch;
// 地板颜色，绿色
GLfloat vFloorColor[] = { 0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f};
// 花托线颜色，红色
GLfloat vTorusColor[] = { 1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f };
// 旋转小球颜色，蓝色【Lv2 增加的代码】
GLfloat vSphereColor[] = { 0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f };

// 随机小球群
#define NUM_SPHERES 50
GLFrame spheres[NUM_SPHERES];

// 程序初始化
void SetupRC() {
    
    // 设置窗口背景颜色为黑色
    glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
    
    // 初始化着色器
    shaderManager.InitializeStockShaders();
    
    // 开启深度测试
    glEnable(GL_DEPTH_TEST);
    
    // 设置多边形模式为前后面线段模式【Lv4 删除的代码】
//    glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_LINE);
    
    // 得到花托批次数据
    gltMakeTorus(torusBatch, 0.4f, 0.15f, 30, 30);
    
    // 得到旋转小球批次数据【Lv2 增加的代码】
    gltMakeSphere(sphereBatch, 0.1f, 26, 13);
    
    // 得到方格地板批次数据
    floorBatch.Begin(GL_LINES, 324);
    for(GLfloat x = -20.0; x <= 20.0f; x+= 0.5) {
        floorBatch.Vertex3f(x, -0.55f, 20.0f);
        floorBatch.Vertex3f(x, -0.55f, -20.0f);
        floorBatch.Vertex3f(20.0f, -0.55f, x);
        floorBatch.Vertex3f(-20.0f, -0.55f, x);
    }
    floorBatch.End();
    
    // 随机小球群位置数据生成【Lv3 增加的代码】
    for(int i = 0; i < NUM_SPHERES; i++) {
        GLfloat x = ((GLfloat)((rand() % 400) - 200) * 0.1f);
        GLfloat z = ((GLfloat)((rand() % 400) - 200) * 0.1f);
        spheres[i].SetOrigin(x, 0.0f, z);
    }
}

// 窗口渲染回调
void RenderScene(void) {
    
    // 获取2次渲染之间的时间间隔
    static CStopWatch    rotTimer;
    float yRot = rotTimer.GetElapsedSeconds() * 60.0f;
    
    // 清空缓冲区
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
    
    // 原来是没法移动所以压入原始矩阵，但现在角色可以移动通过角色帧获取照相机矩阵，并压入栈中【Lv2 修改的代码块】
    M3DMatrix44f mCamera;
    cameraFrame.GetCameraMatrix(mCamera);
    modelViewMatrix.PushMatrix(mCamera);
    
    // 得到点光源位置 【Lv4 增加的代码】
    M3DVector4f vLightPos = { 0.0f, 10.0f, 5.0f, 1.0f };
    M3DVector4f vLightEyePos;
    m3dTransformVector4(vLightEyePos, vLightPos, mCamera);
    
    // 绘制地板
    shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT, transformPipeline.GetModelViewProjectionMatrix(), vFloorColor);
    floorBatch.Draw();
    
    // 绘制随机小球群，这里的做法是瞬间切换当前角色位置并开始绘制小球，然后切换回原来角色位置【Lv3 增加的代码】
    for(int i = 0; i < NUM_SPHERES; i++) {
        // 保存当前矩阵状态，为了能切换回原来的角色位置
        modelViewMatrix.PushMatrix();
        // 调整当前角色位置为随机生成小球的位置
        modelViewMatrix.MultMatrix(spheres[i]);
        // 绘制蓝色小球
        // 设置着色器为点光源着色器【Lv4 调整的代码】
        shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_POINT_LIGHT_DIFF, transformPipeline.GetModelViewMatrix(),
                                     transformPipeline.GetProjectionMatrix(), vLightEyePos, vSphereColor);
//        shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT, transformPipeline.GetModelViewProjectionMatrix(), vSphereColor);
        sphereBatch.Draw();
        // 还原矩阵状态，切换为原来角色位置
        modelViewMatrix.PopMatrix();
    }
    
    // 视图矩阵进行平移
    modelViewMatrix.Translate(0.0f, 0.0f, -2.5f);
    
    // 保持旋转前的视图矩阵，因为如果不在旋转前保存，会导致旋转小球也会带上花托的旋转【Lv2 增加的代码】
    modelViewMatrix.PushMatrix();
    
    // 继续进行旋转并进行绘制花托
    modelViewMatrix.Rotate(yRot, 0.0f, 1.0f, 0.0f);
    // 设置着色器为点光源着色器【Lv4 调整的代码】
    shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_POINT_LIGHT_DIFF, transformPipeline.GetModelViewMatrix(),
                                 transformPipeline.GetProjectionMatrix(), vLightEyePos, vTorusColor);
//    shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT, transformPipeline.GetModelViewProjectionMatrix(), vTorusColor);
    torusBatch.Draw();
    
    // 恢复到旋转前的视图矩阵【Lv2 增加的代码】
    modelViewMatrix.PopMatrix();
    
    // 绘制旋转小球【Lv2 增加的代码】
    modelViewMatrix.Rotate(yRot * -2.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f);
    modelViewMatrix.Translate(0.8f, 0.0f, 0.0f);
    // 设置着色器为点光源着色器【Lv4 调整的代码】
    shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_POINT_LIGHT_DIFF, transformPipeline.GetModelViewMatrix(),
                                 transformPipeline.GetProjectionMatrix(), vLightEyePos, vSphereColor);
//    shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT, transformPipeline.GetModelViewProjectionMatrix(), vSphereColor);
    sphereBatch.Draw();
    
    // 出栈，恢复成原始矩阵
    modelViewMatrix.PopMatrix();
    
    // 因为是双缓冲区模式，后台缓冲区替换到前台缓存区进行显示
    glutSwapBuffers();
    
    // 自动触发渲染，达到动画效果
    glutPostRedisplay();
}

// 特殊按键点击回调【Lv2 增加的代码】
void SpecialKeys(int key, int x, int y) {
    float linear = 0.1f;
    float angular = float(m3dDegToRad(5.0f));
    
    // 控制角色向前后移动
    if(key == GLUT_KEY_UP)
        cameraFrame.MoveForward(linear);
    
    if(key == GLUT_KEY_DOWN)
        cameraFrame.MoveForward(-linear);
    
    // 控制角色向左右旋转
    if(key == GLUT_KEY_LEFT)
        cameraFrame.RotateWorld(angular, 0.0f, 1.0f, 0.0f);
    
    if(key == GLUT_KEY_RIGHT)
        cameraFrame.RotateWorld(-angular, 0.0f, 1.0f, 0.0f);
}

// 窗口变换回调
void ChangeSize(int width, int height) {
    
    // 防止除数为0
    if(height == 0)
        height = 1;
    
    // 设置视口
    glViewport(0, 0, width, height);
    
    // 设置透视投影
    viewFrustum.SetPerspective(35.0f, float(width)/float(height), 1.0f, 100.0f);
    projectionMatrix.LoadMatrix(viewFrustum.GetProjectionMatrix());
    
    // 设置变换管线的矩阵堆栈
    transformPipeline.SetMatrixStacks(modelViewMatrix, projectionMatrix);
}

// 程序入口
int main(int argc, char* argv[]) {
    // 设置 Mac OS 工作目录路径
    gltSetWorkingDirectory(argv[0]);
    
    // GLUT初始化
    glutInit(&argc, argv);
    
    // 设置渲染模式
    glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGBA | GLUT_DEPTH);
    
    // 初始化窗口大小
    glutInitWindowSize(800, 720);
    
    // 创建窗口并命名
    glutCreateWindow("OpenGL SphereWorld");
    
    // 判断驱动程序是否初始化完毕
    GLenum err = glewInit();
    if (GLEW_OK != err) {
        fprintf(stderr, "Error: %s
", glewGetErrorString(err));
        return 1;
    }
    
    // 窗口变化回调函数设置
    glutReshapeFunc(ChangeSize);
    
    // 窗口渲染回调函数设置
    glutDisplayFunc(RenderScene);
    
    // 特殊按键回调函数设置【Lv2 增加的代码】
    glutSpecialFunc(SpecialKeys);
    
    // 初始化环境
    SetupRC();
    
    // 主消息循环
    glutMainLoop();
    
    return 0;
}

效果图：