案例 02、OpenGL入门--正方形键位控制

效果图如下所示：

整体的流程图如下

主要需要实现以下两部分：

• 绘制正方形
• 特殊键位移动函数

绘制正方形

在之前的三角形绘制中，我们已经了解了图形绘制的一个基本流程，那么正方形的绘制就是水到渠成的，只需要在三角形代码的基础上做以下修改：

• 定义顶点到原心距离，即 正方形边长 = blockSize * 2

GLfloat blockSize = 0.1f;

• 修改顶点数组

//正方形四个点的坐标
GLfloat vVerts[] = {
    -blockSize, -blockSize, 0.0f,
    blockSize, -blockSize, 0.0f,
    blockSize, blockSize, 0.0f,
    -blockSize, blockSize, 0.0f,
};

• 修改setupRC函数中图元的连接方式

//将 GL_TRIANGLES 修改为 GL_TRIANGLE_FAN ,4个顶点
    triangleBatch.Begin(GL_TRIANGLE_FAN, 4);

到此，正方形就绘制完成了，接下来我们需要完成正方形键位控制效果

键位控制效果

主要是指正方形根据选择键盘的上下左右键移动。

该效果的实现有两种方式

• 坐标更新方式
• 矩阵方式

打个比方，有100件需要染同一种颜色的衣服，你可以选择一件一件的染色，也可以选择同时将100件放入染缸，一起染色，

• 其中一件一件染色指代的就是坐标更新方式，适用于顶点较少的图形，
• 同时放入染色指代的就是矩阵方式，当图形顶点非常多的，再用坐标更新就不合适了，需要使用矩阵来同时更新。

坐标更新方式

顶点根据相对顶点逐个更新顶点坐标，在SpecialKeys函数中完成键位移动时坐标的更新，并手动调用渲染。

三个自定义函数的流程图如下：

ChangeSize和RenderScene就不做解释了，在绘制时，这部分已经完成了，主要说说SpecialKeys函数

• 首先需要定义一个步长
• 定义一个相对顶点的x和y值
  假设正方形如下图所示，以D为相对顶点
  
• 根据键位方向，分别更新x 和 y
• 边缘碰撞处理
  如果没有这个步骤，图形移动到边缘时，就会移动到屏幕不可见的区域，下图可以说明4个方向对边缘碰撞处理是如何计算的，这里就不做详细说明了
  

具体的代码实现如下：

//key 枚举值，x、y是位置
void SpecialKeys(int key, int x, int y){
    //步长
    GLfloat stepSize = 0.025f;
    
    //相对点的坐标
    GLfloat blockX = vVerts[0];
    GLfloat blockY = vVerts[10];
    
    printf("v[0] = %f\n",blockX);
    printf("v[10] = %f\n",blockY);
    
    //根据移动方向，更新相对坐标
    if (key == GLUT_KEY_UP) {
        blockY += stepSize;
    }
    if (key == GLUT_KEY_DOWN) {
        blockY -= stepSize;
    }
    if (key == GLUT_KEY_LEFT) {
        blockX -= stepSize;
    }
    if (key == GLUT_KEY_RIGHT) {
        blockX += stepSize;
    }
    
    //触碰到边界（4个边界）的处理
    
    //当正方形移动超过最左边的时候
    if (blockX < -1.0f) {
        blockX = -1.0f;
    }
    //当正方形移动到最右边时
    //1.0 - blockSize * 2 = 总边长 - 正方形的边长 = 最左边点的位置
    if (blockX > (1.0f - blockSize * 2)) {
        blockX = 1.0f - blockSize * 2;
    }
    //当正方形移动到最下面时
    //-1.0 - blockSize * 2 = Y（负轴边界） - 正方形边长 = 最下面点的位置
    if (blockY < -1.0f + blockSize * 2) {
        blockY = -1.0f + blockSize * 2;
    }
    //当正方形移动到最上面时
    if (blockY > 1.0f) {
        blockY = 1.0f;
    }
    
    printf("blockX = %f\n",blockX);
    printf("blockY = %f\n",blockY);
    
    //重新计算正方形的位置
    //一个顶点有三个数 x、y、z
    vVerts[0] = blockX;
    vVerts[1] = blockY - blockSize * 2;
    printf("(%f,%f)\n",vVerts[0],vVerts[1]);
    
    vVerts[3] = blockX + blockSize * 2;
    vVerts[4] = blockY - blockSize * 2;
    printf("(%f,%f)\n",vVerts[3],vVerts[4]);
    
    vVerts[6] = blockX + blockSize * 2;
    vVerts[7] = blockY;
    printf("(%f,%f)\n",vVerts[6],vVerts[7]);
    
    vVerts[9] = blockX;
    vVerts[10] = blockY;
    printf("(%f,%f)\n",vVerts[9],vVerts[10]);
    
    //更新顶点数据
    triangleBatch.CopyVertexData3f(vVerts);
    
    //重新渲染提交 --> RenderScene
    glutPostRedisplay();
    
}

###矩阵方式
主要是根据x轴、y轴移动的距离，生成一个平移矩阵，通过图形*平移矩阵 = 移动后的图形，得到最终效果

涉及两个函数：RenderScene、SpecialKeys

矩阵方式中自定义函数的流程如下：

SpecialKeys 函数

• 定义步长及两个全局变量（相对于x轴和y轴的平移距离）

//记录移动图形时，在x轴上平移的距离
GLfloat xPos = 0.0f;
//记录移动图形时，在y轴上平移的距离
GLfloat yPos = 0.0f;

GLfloat stepSize = 0.025f;

• 根据移动方向，计算移动距离
• 边缘碰撞处理
  其移动距离计算的理解如图所示
  ==> 可以将初始化的平移距离理解为正方形的中心，即原点，在图形移动时，其中心点也发生了移动，所以我们要计算的边缘的移动距离就是两个中心店之间的平移距离
  
• 手动触发重新渲染

具体实现如下：

//使用矩阵方式（一起搞定），不需要修改每个顶点，只需要记录移动步长，碰撞检测
void SpecialKeys(int key, int x, int y){
    
   
    
    GLfloat stepSize = 0.025f;
    
    if (key == GLUT_KEY_UP) {
        
        yPos += stepSize;
    }
    
    if (key == GLUT_KEY_DOWN) {
        yPos -= stepSize;
    }
    
    if (key == GLUT_KEY_LEFT) {
        xPos -= stepSize;
    }
    
    if (key == GLUT_KEY_RIGHT) {
        xPos += stepSize;
    }
    
    //碰撞检测 xPos是平移距离，即移动量
    if (xPos < (-1.0f + blockSize)) {
        
        xPos = -1.0f + blockSize;
    }
    
    if (xPos > (1.0f - blockSize)) {
        xPos = 1.0f - blockSize;
    }
    
    if (yPos < (-1.0f + blockSize)) {
        yPos = -1.0f + blockSize;
    }
    
    if (yPos > (1.0f - blockSize)) {
        yPos = 1.0f - blockSize;
    }
    
    glutPostRedisplay();
    
}

RenderScene 函数
主要步骤如下：

• 清理特定缓存区
• 根据平移距离计算平移矩阵
• 将矩阵结果交给存储着色器（平面着色器）中绘制
  在位置更新方式中，使用的是单元着色器，而矩阵方式中，涉及的矩阵是4*4的，单元着色器不够用，所以使用平面着色器

具体的代码实现如下

//开始渲染
void RenderScene(void)

{
    //1.清除一个或者一组特定的缓存区
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT | GL_STENCIL_BUFFER_BIT);
    
    //1.设置颜色RGBA
    GLfloat vRed[] = {1.0f, 0.5f, 0.0f, 1.0f};
    
    
    //定义矩阵
    M3DMatrix44f mTransformMatrix;
    
    //平移矩阵
    m3dTranslationMatrix44(mTransformMatrix, xPos, yPos, 0.0f);
    
    //当单元着色器不够用时，使用平面着色器
    //参数1：存储着色器类型
    //参数2：使用什么矩阵变换
    //参数3：颜色
    shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT, mTransformMatrix, vRed);
    
    //提交着色器
    triangleBatch.Draw();
    glutSwapBuffers();
}

完整代码见Github -02_正方形键位控制