GLUT Tutorials 6: GLUT场景漫游

博客转自：http://blog.csdn.net/xie_zi/article/details/1911997

让我们看一个比较好的使用键盘控制的例子。这一章我们将建立一个应用程序。这个程序绘制了一个小的居住着雪人的世界。并且我们将用方向键来移动照相机（即移动视点在场景中漫游）。左右方向键，将照相机绕y轴旋转，上下方向键，将前后方向移动照相机。

这个例子的代码放在下面。首先我们处理初始状态。

#include <math.h>
#include <GL/glut.h>
 
#include <stdlib.h>
 
static float angle=0.0,ratio;
static float x=0.0f,y=1.75f,z=5.0f;
static float lx=0.0f,ly=0.0f,lz=-1.0f;
static GLint snowman_display_list;

注意我们包含了math.h头文件。我们需要计算旋转角。上面变量的含义到后面你就会清楚了，但我们还是简单的描述下：

1：angle：绕y轴的旋转角，这个变量允许我们旋转照相机。
2：x,y,z：照相机位置。
3：lx,ly,lz：一个向量用来指示我们的视线方向。
4：ratio：窗口宽高比（width/height）。
5：snowman_display_list：一个雪人的显示列表索引。

注意：如果你不愿意用显示列表，你也可以忽略它，这并不影响，教程。

接下来，我们用一个公共的函数来处理窗口尺寸。唯一的区别是函数glutLookAt的参数用变量而不是固定的值。gluLookAt函数提供了一个简单直观的方法来设置照相机的位置和方向。它有三组参数，每一组由三个浮点型数组成。前三个参数表明照相机的位置，第二组参数定义照相机观察的方向，最后一组表明向上的向量，这个通常设为（0.0，1.0，0.0）。也就是说照相机并没有倾斜。如你想看到所有的物体都是倒置的则可以设置为（0.0，-1.0，0.0）。

上面提到的变量x,y,z表示照相机位置，因此这三个变量也就对应着函数gluLookAt里的第一组向量。第二组参数观察方向，是通过定义视线的向量和照相机位置相加得到的：

Look At Point=Line Of Sight+ Camera Position

void reShape(int w, int h)
         {
 
         // 防止被0除.
         if(h == 0)
                 h = 1;
 
         ratio = 1.0f * w / h;
         // Reset the coordinate system before modifying
         glMatrixMode(GL_PROJECTION);
         glLoadIdentity();
         
         //设置视口为整个窗口大小
         glViewport(0, 0, w, h);
 
         //设置可视空间
         gluPerspective(45,ratio,1,1000);
         glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
         glLoadIdentity();
         gluLookAt(x, y, z, 
                          x + lx,y + ly,z + lz,
                          0.0f,1.0f,0.0f);
         }

下面我们定义显示列表，绘制雪人，初始化场景，渲染场景。

void drawSnowMan() {
 
         glColor3f(1.0f, 1.0f, 1.0f);
 
//画身体
         glTranslatef(0.0f ,0.75f, 0.0f);
         glutSolidSphere(0.75f,20,20);
 
 
// 画头
         glTranslatef(0.0f, 1.0f, 0.0f);
         glutSolidSphere(0.25f,20,20);
 
// 画眼睛
         glPushMatrix();
         glColor3f(0.0f,0.0f,0.0f);
         glTranslatef(0.05f, 0.10f, 0.18f);
         glutSolidSphere(0.05f,10,10);
         glTranslatef(-0.1f, 0.0f, 0.0f);
         glutSolidSphere(0.05f,10,10);
         glPopMatrix();
 
// 画鼻子
         glColor3f(1.0f, 0.5f , 0.5f);
         glRotatef(0.0f,1.0f, 0.0f, 0.0f);
         glutSolidCone(0.08f,0.5f,10,2);
}

创建显示列表号

GLuint createDL() {
         GLuint snowManDL;
 
         //生成一个显示列表号
         snowManDL = glGenLists(1);
 
         // 开始显示列表
         glNewList(snowManDL,GL_COMPILE);
 
         // call the function that contains 
         // the rendering commands
                 drawSnowMan();
 
         // endList
         glEndList();
 
         return(snowManDL);
}

这里我们建立函数，处理特殊键按下消息。使用左右方向键旋转照相机，也就是改变视线。上下方向键使照相机沿视线前后移动。

void inputKey(int key, int x, int y) {
 
         switch (key) {
                 case GLUT_KEY_LEFT : 
                          angle -= 0.01f;
                          orientMe(angle);break;
                 case GLUT_KEY_RIGHT : 
                          angle +=0.01f;
                          orientMe(angle);break;
                 case GLUT_KEY_UP : 
                          moveMeFlat(1);break;
                 case GLUT_KEY_DOWN : 
                          moveMeFlat(-1);break;
         }

当我们按下左右方向键时angle变量改变，并且orientMe被调用。这个函数将旋转照相机。函数moveMeFlat负责在XZ平面里沿着某一视线移动照相机。函数orientMe接受一个参数angle并且为视线的X,Z计算出适当的值。新的lx和lz映射在一个XZ平面的单位圆上。因此给定一个角度ang，新的lx，lz的值为：

Lx=sin(ang)；
Lz=cos(ang)；

就像我们把极坐标（ang，1）转换为欧几里德几何坐标一样。然后我们设定新的照相机方向。注意：照相机并未移动，照相机位置没变，仅仅改变了视线方向。

void orientMe(float ang) {
 
         lx = sin(ang);
         lz = -cos(ang);
         glLoadIdentity();
         gluLookAt(x, y, z, 
                       x + lx,y + ly,z + lz,
                           0.0f,1.0f,0.0f);
}

下一个函数就是管理照相机移动的moveMeFlat。我们想沿视线移动照相机。为了完成这个任务，我们把视线里的一小部分加入到我们的当前的位置。新的X,Z的值为：

X=x+direction(lx)*fraction
Z=z+direction*(lz)*fraction

方向是1或者-1，这取决于我们是前移还是后移。这个fraction可以加速视实现。我们知道（lx,lz）是一个整体的向量。因此如果franction是个常数那么移动速度也就是一个常量。增大franction我们就可以移动的更快。接下来的步骤和orientMe函数一样。

void moveMeFlat(int direction) {
         x = x + direction*(lx)*0.1;
         z = z + direction*(lz)*0.1;
         glLoadIdentity();
         gluLookAt(x, y, z, 
                       x + lx,y + ly,z + lz,
                           0.0f,1.0f,0.0f);
}

这时main函数如下：

int  main(int argc, char** argv)
{
    glutInit(&argc, argv);
    glutInitDisplayMode(GLUT_DEPTH | GLUT_RGBA | GLUT_DOUBLE);
    glutInitWindowPosition(100,100);
    glutInitWindowSize(640,360);
    glutCreateWindow("GLUT Tutorials Scene Rovering");

    initScene();

    glutSpecialFunc(inputKey);
    glutDisplayFunc(renderScene);
    glutIdleFunc(renderScene);
    glutReshapeFunc(reShape);

    glutMainLoop();

    return 0;
}

此处我的完整代码如下

#include <math.h>
#include <stdlib.h>
#include <gl/glut.h>

static float angle = 0.0, ratio;
static float x = 0.0f, y = 1.75f, z = 5.0f;
static float lx = 0.0f, ly = 0.0f, lz = -1.0f;
static GLint snowman_display_list;

void reShape(int width, int height)
{
    // 防止被0除.
    if (height == 0)
        height = 1;

    ratio = 1.0f * width / height;
    //Reset the coordinate system before modifying
    glMatrixMode(GL_PROJECTION);
    glLoadIdentity();

    //设置视口为整个窗口大小
    glViewport(0, 0, width, height);

    //设置可视空间
    gluPerspective(45, ratio, 1, 1000);
    glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
    glLoadIdentity();
    gluLookAt(x, y, z,x + lx, y + ly, z + lz,    0.0f, 1.0f, 0.0f);
}

void drawSnowMan() 
{
    glColor3f(1.0f, 1.0f, 1.0f);

    //画身体
    glTranslatef(0.0f, 0.75f, 0.0f);
    glutSolidSphere(0.75f, 20, 20);

    // 画头
    glTranslatef(0.0f, 1.0f, 0.0f);
    glutSolidSphere(0.25f, 20, 20);

    // 画眼睛
    glPushMatrix();
    glColor3f(0.0f, 0.0f, 0.0f);
    glTranslatef(0.05f, 0.10f, 0.18f);
    glutSolidSphere(0.05f, 10, 10);
    glTranslatef(-0.1f, 0.0f, 0.0f);
    glutSolidSphere(0.05f, 10, 10);
    glPopMatrix();

    // 画鼻子
    glColor3f(1.0f, 0.5f, 0.5f);
    glRotatef(0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f);
    glutSolidCone(0.08f, 0.5f, 10, 2);
}

GLuint createDL() 
{
    GLuint snowManDL;

    //生成一个显示列表号
    snowManDL = glGenLists(1);

    // 开始显示列表
    glNewList(snowManDL, GL_COMPILE);

    // call the function that contains 
    // the rendering commands
    drawSnowMan();

    // endList
    glEndList();

    return(snowManDL);
}

void initScene()
{
    glEnable(GL_DEPTH_TEST);
    snowman_display_list = createDL();
}

void renderScene(void)
{
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

    //画了一个地面
    glColor3f(0.9f, 0.9f, 0.9f);
    glBegin(GL_QUADS);
    glVertex3f(-100.0f, 0.0f, -100.0f);
    glVertex3f(-100.0f, 0.0f, 100.0f);
    glVertex3f(100.0f, 0.0f, 100.0f);
    glVertex3f(100.0f, 0.0f, -100.0f);
    glEnd();

    //画了36个雪人
    for (int i = -3; i < 3; i++)
    {
        for (int j = -3; j < 3; j++)
        {
            glPushMatrix();
            glTranslatef(i*10.0, 0, j * 10.0);
            glCallList(snowman_display_list);
            glPopMatrix();
        }
    }
        
    glutSwapBuffers();
}

void moveMeFlat(int direction) 
{
    x = x + direction*(lx)*0.1;
    z = z + direction*(lz)*0.1;
    glLoadIdentity();
    gluLookAt(x, y, z,x + lx, y + ly, z + lz,0.0f, 1.0f, 0.0f);
}

void orientMe(float ang)
{
    lx = sin(ang);
    lz = -cos(ang);
    glLoadIdentity();
    gluLookAt(x, y, z,x + lx, y + ly, z + lz,0.0f, 1.0f, 0.0f);
}

void inputKey(int key, int x, int y)
{
    switch (key)
    {
    case GLUT_KEY_LEFT:
        angle -= 0.01f;
        orientMe(angle); break;
    case GLUT_KEY_RIGHT:
        angle += 0.01f;
        orientMe(angle); break;
    case GLUT_KEY_UP:
        moveMeFlat(1); break;
    case GLUT_KEY_DOWN:
        moveMeFlat(-1); break;
    }
}

int  main(int argc, char** argv)
{
    glutInit(&argc, argv);
    glutInitDisplayMode(GLUT_DEPTH | GLUT_RGBA | GLUT_DOUBLE);
    glutInitWindowPosition(100,100);
    glutInitWindowSize(640,360);
    glutCreateWindow("GLUT Tutorials Scene Rovering");

    initScene();

    glutSpecialFunc(inputKey);
    glutDisplayFunc(renderScene);
    glutIdleFunc(renderScene);
    glutReshapeFunc(reShape);

    glutMainLoop();

    return 0;
}