OpenGL_Qt学习笔记之_04(3D图形的绘制和旋转)

     绘制四棱锥

     四棱锥由5个面构成一个封闭的立体图,其中4个共顶点的侧面是三角形,底面是个四边形。如果我们要绘制一个3D的四棱锥只需要绘制这5个面即可，绘制的方法和前一篇文章OpenGL_Qt学习笔记之_03(平面图形的着色和旋转)的相同。只不过这里的顶点坐标是3维的，所以图像深度那一维不一定为0。因此我们可以事先计算好四棱锥各个顶点的坐标，这对学过立体几何的人来说应该是小case了。然后绘制每个面就可以。

     注意，在opengl中绘制每个面时，所有面给出的顶点的顺序都要按照逆时针或者顺时针(我这里采用的是逆时针)，这样才能保证所绘制出来的图像时正确的。

     现在我们在paintGL中开始绘制四棱锥，如果按照NeHe的教程，它只是绘制了个金字塔，并没有底面，只有4个侧面，这里，我采用它的方法，代码如下: 

/*下面开始画四棱锥*/
    glLoadIdentity();//重置当前的模型观察矩阵

    glTranslatef(-0.5, 0.0, -0.5);//将绘制平面移动到屏幕的左半平面和里面

    glRotatef(x_rotate, 0.2, 0.2, 0.0);

    glBegin(GL_TRIANGLES);

    /*前正面的绘制*/

    glColor3f(1.0, 0.0, 0.0);//上顶点红色

    glVertex3f(0.0, 0.3, 0.0);

    glColor3f(0.0, 0.0, 1.0);//左下点蓝色

    glVertex3f(-0.3, -0.3, 0.3);

    glColor3f(0.0, 1.0, 0.0);//右下角绿色

    glVertex3f(0.3, -0.3, 0.3);

    /*右侧面的绘制*/

    glColor3f(1.0, 0.0, 0.0);//上顶点红色

    glVertex3f(0.0, 0.3, 0.0);

    glColor3f(0.0, 0.0, 1.0);//左下点蓝色

    glVertex3f(0.3, -0.3, 0.3);

    glColor3f(0.0, 1.0, 0.0);//右下角绿色

    glVertex3f(0.3, -0.3, -0.3);

    /*后侧面的绘制*/

    glColor3f(1.0, 0.0, 0.0);//上顶点红色

    glVertex3f(0.0, 0.3, 0.0);

    glColor3f(0.0, 0.0, 1.0);//左下点蓝色

    glVertex3f(0.3, -0.3, -0.3);

    glColor3f(0.0, 1.0, 0.0);//右下角绿色

    glVertex3f(-0.3, -0.3, -0.3);

    /*左侧面的绘制*/

    glColor3f(1.0, 0.0, 0.0);//上顶点红色

    glVertex3f(0.0, 0.3, 0.0);

    glColor3f(0.0, 0.0, 1.0);//左下点蓝色

    glVertex3f(-0.3, -0.3, -0.3);

    glColor3f(0.0, 1.0, 0.0);//右下角绿色

    glVertex3f(-0.3, -0.3, 0.3);

    x_rotate_angle1 += 3.0;

glEnd();

　　在绘制完金子塔后，把它沿某一个方向旋转后如下图所示：

　　

　　如果我们在后面加上代码，把底面补全，画上一个四边形，此时加入的代码如下：

 /*底面四边形的绘制,使四棱锥封闭起来*/

    glBegin(GL_QUADS);

    glColor3f(0.0, 0.0, 1.0);//上顶点红色

    glVertex3f(-0.3, -0.3, 0.3);

    glColor3f(0.0, 1.0, 0.0);//左下点蓝色

    glVertex3f(0.3, -0.3, 0.3);

    glColor3f(0.0, 0.0, 1.0);//右下角绿色

    glVertex3f(0.3, -0.3, -0.3);

    glColor3f(0.0, 1.0, 0.0);

    glVertex3f(-0.3, -0.3, -0.3);

glEnd();

　　这时候的结果如下：

　　

　　绘制立方体

　　绘制立方体的方法和四棱锥的方法类似，只不过这里是由6个正方形构成的封闭体，我们依次绘制出每个面即可，同样要注意的是绘制每个面时给出点的顺序要一致，绘制每个面的顺序倒不需要按照什么逆时针或者顺时针，什么顺序都行。

　　计算好正方体的8个顶点坐标后就开始写代码了，代码如下：

/*下面开始画立方体*/

    glLoadIdentity();

    glTranslated(0.5, 0, 0.5);//将绘制平面移动到屏幕的右半平面和外面

    glRotatef(rotate_angle2, -0.2, 0.2, -0.3);

    glBegin(GL_QUADS);

    //上顶面

    glColor3f(0.0, 1.0, 0.0);

    glVertex3f(-0.3, 0.3, -0.3);

    glVertex3f(-0.3, 0.3, 0.3);

    glVertex3f(0.3, 0.3, 0.3);

    glVertex3f(0.3, 0.3, -0.3);

    //下顶面

    glColor3f(0.0, 1.0, 0.0);

    glVertex3f(-0.3, -0.3, -0.3);

    glVertex3f(-0.3, -0.3, 0.3);

    glVertex3f(0.3, -0.3, 0.3);

    glVertex3f(0.3, -0.3, -0.3);

    //正前面

    glColor3f(1.0, 0.0, 0.0);

    glVertex3f(-0.3, 0.3, 0.3);

    glVertex3f(-0.3, -0.3, 0.3);

    glVertex3f(0.3, -0.3, 0.3);

    glVertex3f(0.3, 0.3, 0.3);

    //右侧面

    glColor3f(1.0, 1.0, 0.0);

    glVertex3f(0.3, 0.3, 0.3);

    glVertex3f(0.3, -0.3, 0.3);

    glVertex3f(0.3, -0.3, -0.3);

    glVertex3f(0.3, 0.3, -0.3);

    //背后面

    glColor3f(0.0, 1.0, 1.0);

    glVertex3f(-0.3, 0.3, -0.3);

    glVertex3f(0.3, 0.3, -0.3);

    glVertex3f(0.3, -0.3, -0.3);

    glVertex3f(-0.3, -0.3, -0.3);

    //左侧面

    glColor3f(1.0, 0.0, 1.0);

    glVertex3f(-0.3, 0.3, -0.3);

    glVertex3f(-0.3, -0.3, -0.3);

    glVertex3f(-0.3, -0.3, 0.3);

    glVertex3f(-0.3, 0.3, 0.3);

    rotate_angle2 -= 3;

glEnd();

　　其效果如下：

　　 

　　当两者放在一起，且经过不同轴的旋转后图像如下：

　　

　　实验主要部分代码如下(附录有工程code下载地址)：

#include "glwidget.h"
#include "ui_glwidget.h"

#include <QtGui>
#include <QtCore>
#include <QtOpenGL>

GLWidget::GLWidget(QGLWidget *parent) :
    QGLWidget(parent),
    ui(new Ui::GLWidget)
{
  //  setCaption("The Opengl for Qt Framework");
    ui->setupUi(this);
    fullscreen = false;
    rotate_angle1 = 0.0;
    rotate_angle2 = 0.0;
}

//这是对虚函数，这里是重写该函数
void GLWidget::initializeGL()
{
    setGeometry(300, 150, 640, 480);//设置窗口初始位置和大小
    glShadeModel(GL_SMOOTH);//设置阴影平滑模式
    glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 0);//改变窗口的背景颜色，不过我这里貌似设置后并没有什么效果
    glClearDepth(1.0);//设置深度缓存
    glEnable(GL_DEPTH_TEST);//允许深度测试
    glDepthFunc(GL_LEQUAL);//设置深度测试类型
    glHint(GL_PERSPECTIVE_CORRECTION_HINT, GL_NICEST);//进行透视校正
}

void GLWidget::paintGL()
{
    //glClear()函数在这里就是对initializeGL()函数中设置的颜色和缓存深度等起作用
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

    /*下面开始画四棱锥*/
    glLoadIdentity();//重置当前的模型观察矩阵
    glTranslatef(-0.5, 0.0, -0.5);//将绘制平面移动到屏幕的左半平面和里面
    glRotatef(rotate_angle1, 0.2, 0.2, 0.0);
    glBegin(GL_TRIANGLES);
    /*前正面的绘制*/
    glColor3f(1.0, 0.0, 0.0);//上顶点红色
    glVertex3f(0.0, 0.3, 0.0);
    glColor3f(0.0, 0.0, 1.0);//左下点蓝色
    glVertex3f(-0.3, -0.3, 0.3);
    glColor3f(0.0, 1.0, 0.0);//右下角绿色
    glVertex3f(0.3, -0.3, 0.3);
    /*右侧面的绘制*/
    glColor3f(1.0, 0.0, 0.0);//上顶点红色
    glVertex3f(0.0, 0.3, 0.0);
    glColor3f(0.0, 0.0, 1.0);//左下点蓝色
    glVertex3f(0.3, -0.3, 0.3);
    glColor3f(0.0, 1.0, 0.0);//右下角绿色
    glVertex3f(0.3, -0.3, -0.3);
    /*后侧面的绘制*/
    glColor3f(1.0, 0.0, 0.0);//上顶点红色
    glVertex3f(0.0, 0.3, 0.0);
    glColor3f(0.0, 0.0, 1.0);//左下点蓝色
    glVertex3f(0.3, -0.3, -0.3);
    glColor3f(0.0, 1.0, 0.0);//右下角绿色
    glVertex3f(-0.3, -0.3, -0.3);
    /*左侧面的绘制*/
    glColor3f(1.0, 0.0, 0.0);//上顶点红色
    glVertex3f(0.0, 0.3, 0.0);
    glColor3f(0.0, 0.0, 1.0);//左下点蓝色
    glVertex3f(-0.3, -0.3, -0.3);
    glColor3f(0.0, 1.0, 0.0);//右下角绿色
    glVertex3f(-0.3, -0.3, 0.3);
    rotate_angle1 += 3.0;
    glEnd();
    /*底面四边形的绘制,使四棱锥封闭起来*/
    glBegin(GL_QUADS);
    glColor3f(0.0, 0.0, 1.0);//上顶点红色
    glVertex3f(-0.3, -0.3, 0.3);
    glColor3f(0.0, 1.0, 0.0);//左下点蓝色
    glVertex3f(0.3, -0.3, 0.3);
    glColor3f(0.0, 0.0, 1.0);//右下角绿色
    glVertex3f(0.3, -0.3, -0.3);
    glColor3f(0.0, 1.0, 0.0);
    glVertex3f(-0.3, -0.3, -0.3);
    glEnd();

    /*下面开始画立方体*/
    glLoadIdentity();
    glTranslated(0.5, 0, 0.5);//将绘制平面移动到屏幕的右半平面和外面
    glRotatef(rotate_angle2, -0.2, 0.2, -0.3);
    glBegin(GL_QUADS);
    //上顶面
    glColor3f(0.0, 1.0, 0.0);
    glVertex3f(-0.3, 0.3, -0.3);
    glVertex3f(-0.3, 0.3, 0.3);
    glVertex3f(0.3, 0.3, 0.3);
    glVertex3f(0.3, 0.3, -0.3);
    //下顶面
    glColor3f(0.0, 1.0, 0.0);
    glVertex3f(-0.3, -0.3, -0.3);
    glVertex3f(-0.3, -0.3, 0.3);
    glVertex3f(0.3, -0.3, 0.3);
    glVertex3f(0.3, -0.3, -0.3);
    //正前面
    glColor3f(1.0, 0.0, 0.0);
    glVertex3f(-0.3, 0.3, 0.3);
    glVertex3f(-0.3, -0.3, 0.3);
    glVertex3f(0.3, -0.3, 0.3);
    glVertex3f(0.3, 0.3, 0.3);
    //右侧面
    glColor3f(1.0, 1.0, 0.0);
    glVertex3f(0.3, 0.3, 0.3);
    glVertex3f(0.3, -0.3, 0.3);
    glVertex3f(0.3, -0.3, -0.3);
    glVertex3f(0.3, 0.3, -0.3);
    //背后面
    glColor3f(0.0, 1.0, 1.0);
    glVertex3f(-0.3, 0.3, -0.3);
    glVertex3f(0.3, 0.3, -0.3);
    glVertex3f(0.3, -0.3, -0.3);
    glVertex3f(-0.3, -0.3, -0.3);
    //左侧面
    glColor3f(1.0, 0.0, 1.0);
    glVertex3f(-0.3, 0.3, -0.3);
    glVertex3f(-0.3, -0.3, -0.3);
    glVertex3f(-0.3, -0.3, 0.3);
    glVertex3f(-0.3, 0.3, 0.3);
    rotate_angle2 -= 3;
    glEnd();
}

//该程序是设置opengl场景透视图，程序中至少被执行一次(程序启动时).
void GLWidget::resizeGL(int width, int height)
{
    if(0 == height)
        height = 1;//防止一条边为0
    glViewport(0, 0, (GLint)width, (GLint)height);//重置当前视口，本身不是重置窗口的，只不过是这里被Qt给封装好了
    glMatrixMode(GL_PROJECTION);//选择投影矩阵
    glLoadIdentity();//重置选择好的投影矩阵
   // gluPerspective(45.0, (GLfloat)width/(GLfloat)height, 0.1, 100.0);//建立透视投影矩阵
    glMatrixMode(GL_MODELVIEW);//以下2句和上面出现的解释一样

    glLoadIdentity();


}
void GLWidget::keyPressEvent(QKeyEvent *e)
{
    switch(e->key())
    {
        //F1键为全屏和普通屏显示切换键
        case Qt::Key_F1:
            fullscreen = !fullscreen;
            if(fullscreen)
                showFullScreen();
            else
            {
                setGeometry(300, 150, 640, 480);
                showNormal();
            }
            updateGL();
            break;
        //Ese为退出程序键
        case Qt::Key_Escape:
            close();
    }
}

GLWidget::~GLWidget()
{
    delete ui;
}

　　总结：本文在前面文章绘制2D图像和旋转的基础上，增加一维的坐标就可以绘制出3D图形即旋转了。在画3D图时，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3D图的表面。

　　参考资料：

　　http://nehe.gamedev.net/ 

　　http://www.owlei.com/DancingWind/

　　http://www.qiliang.net/old/nehe_qt/

　　附录：

　　实验工程code下载。