案例06：大球自转+小球公转+移动

OpenGL + OpenGL ES +Metal 系列文章汇总

这个案例是OpenGL中的一个比较经典的综合案例，结合了OpenGL中大部分知识点，下面就来了解下这个案例

先来看看最终的效果

案例-效果

整体的流程的如下

整体流程

其中，比较重要的逻辑都在以下三个函数中

• SetupRC函数
• RenderScene函数
• SpecialKeys函数

下面来详细说说整体的效果的实现，可以大致分为4部分

• 地板
• 大球（自转）
• 小球（包含50个静态小球+1个围绕大球公转的动态小球）
• 移动（特殊键位上下左右触发）

准备工作

流程图中的ChangeSize、main函数，这里就不作过多说明，相信大家对这两个函数已经印象非常深刻，如果还有不明白的，可以结合案例 03：金字塔、六边形、圆环的绘制先了解下这两个函数中到底做了哪些工作

地板

• SetupRC函数：准备地板的顶点数据
• RenderScene函数：利用平面着色器绘制地板

两个函数此时的流程图大致如下

地板流程

大球

在地板绘制完成的基础上，绘制大球，并实现其自转功能，主要步骤如下

• SetupRC函数：利用系统模型类创建大球
• RenderScene函数：分为三部分
  • 设置定时器：基于时间的变化，记录当前时间的角度
  • 设置大球变换（仅平移一次，并随定时器旋转）及绘制大球
  • 开启定时器：通过提交重新渲染请求，实现定时器触发的效果

两个函数的流程图如下，图中红框部分流程均与大球相关

打球流程

大球变换
大球变换的代码如下

    //5.使得大球位置平移(3.0)向屏幕里面
    modelViewMatrix.Translate(0.0f, 0.0f, -3.0f);
    //6.压栈(复制栈顶)
    modelViewMatrix.PushMatrix();
    //7.大球自转
    modelViewMatrix.Rotate(yRot, 0.0f, 1.0f, 0.0f);

• Translate：目的是为了更好的观察的大球，因为大球创建时默认是在（0，0，0）原点位置，当前的观察者也处于原点位置，不便于观察
• PushMatrix：拷贝矩阵堆栈栈顶并压栈，此时只需要将大球平移一次，然后在平移后坐标基础上围绕y轴旋转，实现自转
• Rotate：大球围绕y轴旋转，实现自转

自转的原理
仅为个人理解：可以将时间看作一个圆，大球映射到xoy平面上其实也是一个圆，然后基于时间的变化所得到的的角度，在大球的映射圆中也是同样的角度，然后大球基于上次的角度，再继续旋转α的角度，每360度是一个循环，以此来实现大球自转

自转原理

小球

在绘制完大球的基础上，继续绘制小球

• SetupRC函数：初始化小球数据
• RenderScene函数：绘制静态+动态小球
  • 绘制50个静态小球：每绘制一个小球都需要push和pop
  • 矩阵堆栈记录平移+旋转的变换
  • 绘制动态小球

此时两个函数的流程图如下：

小球流程

小球公转
其实小球的公转可以理解为： 自转+平移，如果只有rotate变换，那么小球就是在原地围绕y轴自转，但是此时大球跟小球是处于同一个位置的，为了更好的观察，需要将小球平移，与大球之间有一定的间隔，且每次旋转，小球旋转的角度是大球的两倍，意味着小球比大球转的快，公转原理如图所示

公转原理

• 注：这里的rotate+tranalate的顺序是不能互换的，因为矩阵相乘是叉乘，不满足交换律，详细的可参考八、了解OpenGL中的向量、矩阵其中的模型变换部分有提到，如果互换了得到的是另一种结果，经过测试，如果顺序是tranalate+rotate，此时的小球是县移动后旋转，意味着小球位置变换后，是在原地实现的自转。具体的可以自己修改代码试试。

移动

到这步，主要的功能都基本实现了，只需要在增加特殊键位的移动即可，此时的移动是作用于所有图形的，所以需要在绘制图形前增加一个观察者，用于记录所有图形的变换

此时，项目中setupRc、RenderScene、SpecialKeys总的流程图如下

三个重要函数整体流程

到此，这个综合项目就完成啦。

完整的代码见github - 06_OpenGL_综合项目