OpenGL初探：三维迷宫游戏（一）——场景漫游

利用OpenGL设计一个迷宫游戏，基本功能包括：

• 迷宫至少包含10*10个Cell。
• 通过键盘控制人物在场景中的漫游。
• 支持碰撞检测，人物不会穿墙。
• 墙面、地面贴上纹理。
• 支持二维辅助地图。

首先进行程序的主体设计，程序应包括绘制模块、逻辑控制模块、回调函数模块等。绘制模块主要实现图形的绘制，包括三维迷宫绘制和二维小地图的绘制；逻辑控制模块主要实现墙壁位置的判定以及碰撞检测；回调函数模块主要实现利用键盘完成视角转换以及漫游场景等操作。

首先是是场景漫游：实现场景漫游有两种方式，一种是固定照相机的位置，对整个场景进行变换，例如当人物前进时，其实是通过将整个场景向后平移实现的，转向时，是通过反向旋转整个场景实现的；另一种方式是使照相机在场景中移动，通过gluLookAt()函数设定照相机的位置，可以任意指定照相机的位置和朝向。

下面一个Demo是通过移动视点在场景中移动从而实现漫游的：

首先定义一些变量：

static float angle = 0.0, ratio;//angle绕y轴的旋转角，ratio窗口高宽比
static float x = 0.0f, y = 1.75f, z = 5.0f;//相机位置
static float lx = 0.0f, ly = 0.0f, lz = -1.0f;//视线方向，初始设为沿着Z轴负方向
static GLint snowman_display_list;//雪人显示列表索引

关于gluLookAt()函数：

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，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表示照相机的位置，对应第一组向量。第二组参数观察方向，是通过定义视线的向量和照相机的位置相加得到的：

//定义观察方式
void changeSize(int w, int h)
{
	//除以0的情况
	if (h == 0)
		h = 1;
	ratio = 1.0f*w / h;
	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);
}

下面定义显示列表，绘制雪人，初始化场景，渲染场景：

//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);
}

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);

	drawSnowMan();

	glEndList();

	return (snowManDL);
}

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

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

	//画地面
	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();
}

设置键盘回调函数。使用左右方向键旋转相机，即改变视线。上下方向键使照相机沿视线前后移动：

//键盘响应
//左右键旋转相机，上下键移动相机
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;
	default:
		break;
	}
}

按下左右方向键时angle变量改变，并且orientMe被调用。这个函数会旋转照相机，改变视线的方向：

//旋转相机
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);
}

函数moveMeFlat使照相机沿着视线方向前后移动：

//移动相机
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);
}

最后补全Main函数：

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

	initScenne();
	glutSpecialFunc(inputKey);
	glutDisplayFunc(renderScene);
	glutIdleFunc(renderScene);
	glutReshapeFunc(changeSize);
	glutMainLoop();
    return 0;
}

至此，一个简单的Demo完成，可以通过上下左右方向键控制照相机在场景中漫游。