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OpenGL#xff1a;一个跨语言的图形API#xff0c;用于渲染2D和3D图形。它提供了绘制图形所需的底层功能。
GLUT#xff1a;OpenGL的一个工具库#xff0c;简化了窗口创建、输入处理和其他与图形环境相关的任务。 使用的函数
1. glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT |…工具介绍
OpenGL一个跨语言的图形API用于渲染2D和3D图形。它提供了绘制图形所需的底层功能。
GLUTOpenGL的一个工具库简化了窗口创建、输入处理和其他与图形环境相关的任务。 使用的函数
1. glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT)
原理此函数用于清除当前的颜色缓冲区和深度缓冲区。颜色缓冲区存储着每个像素的颜色信息而深度缓冲区用于存储每个像素的深度值以确保在3D场景中正确渲染物体的可见性。每次绘制新帧时必须清除前一帧的数据以避免旧内容影响新渲染的图像。清除颜色缓冲区确保背景色是统一的而清除深度缓冲区允许重新计算物体的深度关系。 2. glLoadIdentity()
原理此函数重置当前的模型观察矩阵为单位矩阵。模型观察矩阵用于转换物体的位置、旋转和缩放。在设置新的视图或模型转换之前重置矩阵是必要的以确保新的变换不会受到之前变换的影响。使用单位矩阵作为基础可以确保后续的变换如移动相机是从一个已知的状态开始的。 3. gluLookAt(2.0, 2.0, 2.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0)
原理此函数设置相机的位置、观察点和上方向。它通过创建视图矩阵来定义相机的视角。
① eye (相机位置)(2.0, 2.0, 2.0)表示相机位于三维空间中的位置。
② center (观察点)(0.0, 0.0, 0.0)表示相机注视的目标点。
③ up (上方向)(0.0, 0.0, 1.0)定义相机的上方向通常用来确定视图的“上”方向。 4. glutSwapBuffers()
原理在双缓冲模式下glutSwapBuffers 函数用于交换前后缓冲区。前缓冲区显示当前渲染的内容后缓冲区用于下一帧的绘制。通过交换缓冲区可以避免画面闪烁和撕裂现象提供更平滑的视觉效果。这使得用户在屏幕上看到的是完整的一帧而不是正在绘制的部分。 5. glutMainLoop()
原理此函数进入GLUT的事件处理循环持续处理窗口事件和重绘请求。这是程序运行的核心循环确保应用程序能够响应用户输入、窗口变化等事件。它使得OpenGL程序能够持续运行并在需要时重绘场景。 实验过程
0打开 Visual Studio在项目栏的 [管理Nuget程序包] 下载安装必要库 1Drawing a Cube
源代码cube.cpp
#include GL/glut.h // 包含OpenGL和GLUT库的头文件// 定义正方体的顶点坐标边长为0.7
GLfloat vertices[][3] {{0.0f, 0.0f, 0.0f}, {0.7f, 0.0f, 0.0f}, {0.7f, 0.7f, 0.0f}, {0.0f, 0.7f, 0.0f},{0.0f, 0.0f, 0.7f}, {0.7f, 0.0f, 0.7f}, {0.7f, 0.7f, 0.7f}, {0.0f, 0.7f, 0.7f}
};// 定义正方体的边每条边由两个顶点索引定义
int edges[][2] {{0, 1}, {1, 2}, {2, 3}, {3, 0},{4, 5}, {5, 6}, {6, 7}, {7, 4},{0, 4}, {1, 5}, {2, 6}, {3, 7}
};// 绘制坐标轴
void drawAxes() {glBegin(GL_LINES); // 开始绘制线段// X轴红色glColor3f(1.0, 0.0, 0.0); // 设置颜色为红色glVertex3f(0.0, 0.0, 0.0); // X轴起点坐标为 (-2.0, 0.0, 0.0)glVertex3f(1.5, 0.0, 0.0); // X轴终点坐标为 (2.0, 0.0, 0.0)// Y轴绿色glColor3f(0.0, 1.0, 0.0); // 设置颜色为绿色glVertex3f(0.0, 0.0, 0.0); // Y轴起点坐标为 (0.0, -2.0, 0.0)glVertex3f(0.0, 1.5, 0.0); // Y轴终点坐标为 (0.0, 2.0, 0.0)// Z轴蓝色glColor3f(0.0, 0.0, 1.0); // 设置颜色为蓝色glVertex3f(0.0, 0.0, 0.0); // Z轴起点坐标为 (0.0, 0.0, -2.0)glVertex3f(0.0, 0.0, 1.5); // Z轴终点坐标为 (0.0, 0.0, 2.0)glEnd(); // 结束绘制线段}// 绘制正方体的函数
void drawCube() {glColor3f(0.0, 0.0, 0.0); // 设置颜色为黑色glBegin(GL_LINES); // 开始绘制线段for (int i 0; i 12; i) {int v1 edges[i][0]; // 边的第一个顶点int v2 edges[i][1]; // 边的第二个顶点glVertex3fv(vertices[v1]); // 绘制第一个顶点glVertex3fv(vertices[v2]); // 绘制第二个顶点}glEnd(); // 结束绘制线段}// 显示回调函数用于绘制场景
void display() {glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT); // 清除颜色缓冲区和深度缓冲区glLoadIdentity(); // 重置当前的模型观察矩阵// 设置观察点和方向gluLookAt(2.0, 2.0, 2.0, // 相机位置(eye)0.0, 0.0, 0.0, // 观察点(center)0.0, 0.0, 1.0); // 上方向(up)drawAxes(); // 绘制坐标轴drawCube(); // 调用绘制正方体的函数glutSwapBuffers(); // 交换前后缓冲区
}// 初始化函数设置清除颜色和启用深度测试
void init() {glClearColor(1.0, 1.0, 1.0, 1.0); // 设置背景颜色为白色glEnable(GL_DEPTH_TEST); // 启用深度测试glMatrixMode(GL_PROJECTION); // 选择投影矩阵glLoadIdentity(); // 重置投影矩阵gluPerspective(45.0, 640.0 / 480.0, 0.1, 100.0); // 设置透视投影glMatrixMode(GL_MODELVIEW); // 切换回模型视图矩阵
}int main(int argc, char** argv) {glutInit(argc, argv); // 初始化GLUT库glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB | GLUT_DEPTH); // 设置显示模式glutInitWindowSize(640, 480); // 设置窗口大小glutCreateWindow(Cube); // 创建窗口init(); // 调用初始化函数glutDisplayFunc(display); // 设置显示回调函数glutMainLoop(); // 进入GLUT事件处理循环return 0;
}
①源代码的实验结果 改变参数可以得到不同视角的投影 ②替换 drawCube() 函数中的绘制逻辑
// 绘制正方体的函数
void drawCube() {glBegin(GL_QUADS); // 开始绘制四边形// 正面 (Z0.0)glColor3f(0.5, 0.5, 0.5); // 设置颜色为灰色glVertex3fv(vertices[0]); // 底左glVertex3fv(vertices[1]); // 底右glVertex3fv(vertices[2]); // 顶右glVertex3fv(vertices[3]); // 顶左// 背面 (Z0.7)glVertex3fv(vertices[4]); // 底左glVertex3fv(vertices[5]); // 底右glVertex3fv(vertices[6]); // 顶右glVertex3fv(vertices[7]); // 顶左// 左面 (X0.0)glVertex3fv(vertices[0]); // 前底glVertex3fv(vertices[3]); // 前顶glVertex3fv(vertices[7]); // 后顶glVertex3fv(vertices[4]); // 后底// 右面 (X0.7)glVertex3fv(vertices[1]); // 前底glVertex3fv(vertices[5]); // 前顶glVertex3fv(vertices[6]); // 后顶glVertex3fv(vertices[2]); // 后底// 上面 (Y0.7)glVertex3fv(vertices[3]); // 左顶glVertex3fv(vertices[2]); // 右顶glVertex3fv(vertices[6]); // 后顶glVertex3fv(vertices[7]); // 后左顶// 下面 (Y0.0)glVertex3fv(vertices[0]); // 左底glVertex3fv(vertices[1]); // 右底glVertex3fv(vertices[5]); // 后底glVertex3fv(vertices[4]); // 后左底glEnd(); // 结束绘制四边形
}
运行结果 2Drawing a Hexagon
源代码hexagon.cpp
#include GL/glut.h
#include math.h// 窗口大小调整的回调函数
void reshape(int width, int height) {glViewport(0, 0, width, height); // 设置视口glMatrixMode(GL_PROJECTION); // 选择投影矩阵glLoadIdentity(); // 重置投影矩阵// 保持纵横比if (width height) {gluOrtho2D(-1.0, 1.0, -1.0 * (GLfloat)height / (GLfloat)width, 1.0 * (GLfloat)height / (GLfloat)width);}else {gluOrtho2D(-1.0 * (GLfloat)width / (GLfloat)height, 1.0 * (GLfloat)width / (GLfloat)height, -1.0, 1.0);}glMatrixMode(GL_MODELVIEW); // 切换回模型视图矩阵
}// 绘制正六边形及其对角线的函数
void drawHexagon() {// 设置六边形的顶点GLfloat vertices[6][2];float sideLength 0.5f; // 边长设置为0.3double M_PI 3.14159265358979323846f;for (int i 0; i 6; i) {float angle 2.0f * M_PI * i / 6 M_PI / 2; // 顶角在上vertices[i][0] sideLength * cos(angle); // X坐标vertices[i][1] sideLength * sin(angle); // Y坐标}// 绘制正六边形glBegin(GL_LINE_LOOP); // 开始绘制六边形的边for (int i 0; i 6; i) {glVertex2fv(vertices[i]); // 添加顶点}glEnd(); // 结束绘制六边形// 绘制六边形的对角线glBegin(GL_LINES); // 开始绘制线段for (int i 0; i 6; i) {for (int j i 2; j 6; j) { // 只绘制非相邻的顶点之间的线glVertex2fv(vertices[i]); // 第一端点glVertex2fv(vertices[j]); // 第二端点}}glEnd(); // 结束绘制对角线
}// 显示回调函数
void display() {glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); // 清除颜色缓冲区glLoadIdentity(); // 重置当前的模型观察矩阵drawHexagon(); // 绘制正六边形及其对角线glutSwapBuffers(); // 交换前后缓冲区
}// 初始化函数
void init() {glClearColor(1.0, 1.0, 1.0, 1.0); // 设置背景颜色为白色glColor3f(0.0, 0.0, 0.0); // 设置绘制颜色为黑色glMatrixMode(GL_PROJECTION); // 选择投影矩阵glLoadIdentity(); // 重置投影矩阵gluOrtho2D(-1.0, 1.0, -1.0, 1.0); // 使用正交投影glMatrixMode(GL_MODELVIEW); // 切换回模型视图矩阵
}// 主程序入口
int main(int argc, char** argv) {glutInit(argc, argv); // 初始化GLUT库glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB); // 设置显示模式glutInitWindowSize(640, 480); // 设置窗口大小glutCreateWindow(Hexagon); // 创建窗口init(); // 调用初始化函数glutDisplayFunc(display); // 设置显示回调函数glutReshapeFunc(reshape); // 设置窗口大小调整回调函数glutMainLoop(); // 进入GLUT事件处理循环return 0;
}
注意正六边形看起来扁平的原因通常与视口的纵横比宽高比有关。如果窗口的宽度和高度比例不一致例如宽度比高度大那么在正交投影下绘制的形状可能会在视觉上变得扁平。
调整
a.保持窗口的纵横比
在窗口调整大小时保持宽高比一致确保 OpenGL 的视口与窗口大小相匹配。
b.调整正交投影参数
根据窗口的宽高比调整 gluOrtho2D 的参数使得在不同的窗口尺寸下六边形的显示不受影响。
运行结果
