OpenGL（十七）——Qt OpenGL在三维空间移动位图(会动的星星)

OpenGL（十七）——Qt OpenGL在三维空间移动位图(会动的星星)

一、场景

上一篇介绍了融合的概念，以及要实现融合效果的函数glBlendFunc()，融合，本篇结合之前的融合和物体移动和旋转一起实现旋转的星星。这其中就要用到坐标变换的函数来实现了，在之前的文章中其实也出现了坐标变换的函数。

二、坐标变换函数实现

1、移动到坐标系中心

函数原型：void glLoadIdentity( void);

函数作用：将当前的用户坐标系的原点移到了屏幕中心。类似于一个复位操作 。

注：

1.X坐标轴从左至右，Y坐标轴从下至上，Z坐标轴从里至外。 

2.OpenGL屏幕中心的坐标值是X和Y轴上的0.0f点。 

3.中心左面的坐标值是负值，右面是正值。移向屏幕顶端是正值，移向屏幕底端是负值。移入屏幕深处是负值，移出屏幕则是正值。

2、移动函数

函数原型：void glTranslatef(GLfloat x,GLfloat y,GLfloat z);

函数作用：沿X轴正方向平移x个单位(x是有符号数)
沿Y轴正方向平移y个单位(y是有符号数)
 沿Z轴正方向平移z个单位(z是有符号数)

注：在glTranslatef(x, y, z)中,当您移动的时候，您并不是相对屏幕中心移动，而是相对与当前所在的屏幕位置。

其作用就是将你绘点坐标的原点在当前原点的基础上平移一个(x,y,z)向量。

3、旋转函数

函数原型：glRotatef(GLfloat angle,GLfloat x,GLfloat y,GLfloat z)；

函数作用：函数用来设置opengl中绘制实体的自转方式，即物体如何旋转。

参数说明：

angle：旋转的角度，单位为度；

x,y,z表示绕着那个轴旋转，如果取值都为0，则表示默认的绕x轴逆时针旋转。

x,y为0，z不为0时，表示绕z轴旋转；x,z为0，y不为0时，表示绕y轴旋转；y,z为0，x不为0，表示绕x轴旋转。

旋转的逆顺时针是通过x，y，z值得正负来确定的：取值为正时，表示逆时针旋转；取值为负时，表示顺时针旋转。

例如：glRotatef(30,0,-1,0)；

表示绕y轴顺时针方向旋转30度。

关于逆时针与顺时针，可用右手定则：

即手握住某个坐标轴，大拇指指向某轴的正方向，其余四个手指的弯曲方向即为绕某轴旋转的逆时针方向；反之为顺时针方向。

三、代码

通过上面的说明，可以看到坐标变换的几种方式，通过这可以实现星星的旋转和移动。

头文件：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
/*
*在三维空间中移动位图.
*/

typedef struct
{
  int r, g, b;
  GLfloat dist;
  GLfloat angle;
}stars;
//这个结构是用来存储星星的数据的，r、g、b存储的是星星的颜色，dist是星星距离中心的距离，angle是星星现在所在的角度。

const GLuint num = 50; //这个常量num存储的是我们绘制的星星的总数。

class NeHe_9_Widget : public QGLWidget
{
    Q_OBJECT
public:
    NeHe_9_Widget(QWidget *parent = 0);
    ~NeHe_9_Widget();

public slots:
    void slotTimer();

protected:
    void initializeGL(); 
    void paintGL();      
    void resizeGL( int width, int height ); 

    void loadGLTextures(); 

    void keyPressEvent( QKeyEvent *e );
    void timerEvent( QTimerEvent *e ); 
    GLfloat xRot, yRot, zRot ; //xRot、yRot、zRot来处理立方体在三个方向上的旋转。
    //GLuint texture[6];
    GLfloat zoom;   //zoom是星星距离观察者的距离
    GLfloat tilt;   //tilt是星星的倾角
    GLfloat spin;   //spin是闪烁星星的自转
    GLuint loop;    //loop是用来绘制所有50个星星的全局变量
    GLuint texture[1]; //texture[1]是用来存储纹理的

    bool twinkle;  //twinkle是用来表示星星是否闪烁

    stars star[num]; //star[num]是用来存储50个星星的数据。

private:
    QTimer* m_timer;
};

实现：cpp文件

到现在为止，您应该很好的理解OpenGL了。您已经学会了设置一个OpenGL窗口的每个细节。学会在旋转的物体上贴图并打上光线以及融合（透明）处理。这一课应该算是第一课中级教程。您将学到如下的知识：
在三维场景中移动位图，并去除位图上的黑色象素（使用融合）。接着为黑白纹理上色，最后您将学会创建丰富的色彩，并把上过不同色彩的纹理相互融合，得到简单的动画效果。

#include "nehe_9_widget.h"
#include 
#include 

#include 
#include 


NeHe_9_Widget::NeHe_9_Widget(QWidget *parent):QGLWidget(parent)
{
    xRot = yRot = zRot = 0.0;

    zoom = -15.0;
    tilt = 90.0;
    spin = 0.0;
    loop = 0;

    twinkle = false;

    setGeometry( 100, 200, 640, 480 );

    startTimer( 5 );

    m_timer = new QTimer(this);
    m_timer->setInterval(50);

}

NeHe_9_Widget::~NeHe_9_Widget()
{
}

void NeHe_9_Widget::initializeGL()
{

    loadGLTextures();
    //载入纹理.
    glEnable( GL_TEXTURE_2D );
    //启用纹理。如果没有启用的话,你的对象看起来永远都是纯白色

    glShadeModel( GL_SMOOTH );
    glClearColor( 0.0, 0.0, 0.0, 0.5 );
    glClearDepth( 1.0 );
    glEnable( GL_DEPTH_TEST );
    glDepthFunc( GL_LEQUAL );
    //所作深度测试的类型。

    glHint( GL_PERSPECTIVE_CORRECTION_HINT, GL_NICEST );
    //真正精细的透视修正。这一行告诉OpenGL我们希望进行最好的透视修正。这会十分轻微的影响性能。但使得透视图看起来好一点。

    glBlendFunc( GL_SRC_ALPHA, GL_ONE );
    glEnable(GL_BLEND );

    for ( loop = 0; loop < num; loop++ )
    {
      star[loop].angle = 0.0;
      star[loop].dist = ( float(loop)/num ) * 5.0;
      star[loop].r = rand() % 256;
      star[loop].g = rand() % 256;
      star[loop].b = rand() % 256;
    }

    /*
     设置了每颗星星的起始角度、距离和颜色。您会注意到修改结构的属性有多容易。全部50颗星星都会被循环设置。要改变star[1]的角
        度我们所要做的只是star[1].angle={某个数值}；就这么简单！

     第loop颗星星离中心的距离是将loop的值除以星星的总颗数，然后乘上5.0。基本上这样使得后一颗星星比前一颗星星离中心更远一点。
        这样当loop为50时（最后一颗星星），loop除以num正好是1.0。之所以要乘以5.0是因为1.0*5.0就是5.0。5.0已经很接近屏
        幕边缘。我不想星星飞出屏幕，5.0是最好的选择了。当然如果如果您将场景设置的更深入屏幕里面的话，也许可以使用大于5.0的
        数值，但星星看起来就更小一些（都是透视的缘故）。

     您还会注意到每颗星星的颜色都是从0～255之间的一个随机数。也许您会奇怪为何这里的颜色得取值范围不是OpenGL通常的0.0～1.0之间。
        这里我们使用的颜色设置函数是glColor4ub，而不是以前的glColor4f。ub意味着参数是unsigned byte型的。一个byte的取值
        范围是0～255。这里使用byte值取随机整数似乎要比取一个浮点的随机数更容易一些。
    */
}

void NeHe_9_Widget::resizeGL( int width, int height )
{
    if ( height == 0 )
    {
      height = 1;
    }
    //防止height为0。

    glViewport( 0, 0, (GLint)width, (GLint)height );
    //重置当前的视口（Viewport）。

    glMatrixMode( GL_PROJECTION );
    //选择投影矩阵。

    glLoadIdentity();
    //重置投影矩阵。

    gluPerspective( 45.0, (GLfloat)width/(GLfloat)height, 0.1, 100.0 );
    //建立透视投影矩阵。

    glMatrixMode( GL_MODELVIEW );
    //选择模型观察矩阵。

    glLoadIdentity();
    //重置模型观察矩阵。

}

void NeHe_9_Widget::paintGL()
{
    glClear( GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT );
    //清楚屏幕和深度缓存。

    glBindTexture( GL_TEXTURE_2D, texture[0] );

    for( loop = 0; loop < num; loop++ )
    {
        glLoadIdentity();
        //绘制每颗星星之前，重置模型观察矩阵。

        glTranslatef(  0.0,  0.0, zoom);

        glRotatef( tilt, 1.0, 0.0, 0.0 );
        //倾斜视角（使用“tilt”的值）。

        glRotatef( star[loop].angle, 0.0, 1.0, 0.0 );


        //接下来的代码，我们来移动星星。星星开始时位于屏幕的中心。我们要做的第一件事是把场景沿Y轴旋转。\
        如果我们旋转90度的话，X轴不再是自左至右的了，他将由里向外穿出屏幕。为了让大家更清楚些，举个例子。\
        假想您站在房子中间。再设想您左侧的墙上写着-x，前面的墙上写着-z，右面墙上就是+x咯，您身后的墙上则是+z。\
        加入整个房子向右转90度，但您没有动，那么前面的墙上将是-x而不再是-z了。所有其他的墙也都跟着移动。-z出现\
        在右侧，+z出现在左侧，+x出现在您背后。神经错乱了吧？通过旋转场景，我们改变了x和z平面的方向。

        glTranslatef( star[loop].dist, 0.0, 0.0 );
        //这代码沿x轴移动一个正值。通常x轴上的正值代表移向了屏幕的右侧（也就是通常的x轴的正向），但这里由于我们\
        绕y轴旋转了坐标系，x轴的正向可以是任意方向。如果我们转180度的话，屏幕的左右侧就镜像反向了。因此，当我们\
        沿x轴正向移动时，可能向左，向右，向前或向后。


        glRotatef( -star[loop].angle, 0.0, 1.0, 0.0 );
        glRotatef( -tilt, 1.0, 0.0, 0.0 );
        //星星实际上是一个平面的纹理。现在您在屏幕中心画了个平面的四边形然后贴上纹理，这看起来很不错。一切都如您所\
        想的那样。但是当您当您沿着y轴转上个90度的话，纹理在屏幕上就只剩右侧和左侧的两条边朝着您。看起来就是一条细线。\
        这不是我们所想要的。我们希望星星永远正面朝着我们，而不管屏幕如何旋转或倾斜。

        //我们通过在绘制星星之前，抵消对星星所作的任何旋转来实现这个愿望。您可以采用逆序来抵消旋转。当我们倾斜屏幕时，\
         我们实际上以当前角度旋转了星星。通过逆序，我们又以当前角度“反旋转”星星。也就是以当前角度的负值来旋转星星。就是\
         说，如果我们将星星旋转了10度的话，又将其旋转-10度来使星星在那个轴上重新面对屏幕。上面的第一行抵消了沿y轴的旋转。\
         然后，我们还需要抵消掉沿x轴的屏幕倾斜。要做到这一点，我们只需要将屏幕再旋转-tilt倾角。在抵消掉x和y轴的旋转后，\
         星星又完全面对着我们了。

        if ( twinkle )
        {
            glColor4ub( star[(num-loop)-1].r,
                    star[(num-loop)-1].g,
                    star[(num-loop)-1].b, 255 );
            glBegin( GL_QUADS );
                glTexCoord2f( 0.0, 0.0 ); glVertex3f( -1.0, -1.0, 0.0 );
                glTexCoord2f( 1.0, 0.0 ); glVertex3f( 1.0, -1.0, 0.0 );
                glTexCoord2f( 1.0, 1.0 ); glVertex3f( 1.0, 1.0, 0.0 );
                glTexCoord2f( 0.0, 1.0 ); glVertex3f( -1.0, 1.0, 0.0 );
            glEnd();
        }

        //如果twinkle为真，我们在屏幕上先画一次不旋转的星星：将星星总数（num）减去当前的星星数（loop）再减去1，来提取每\
        颗星星的不同颜色（这么做是因为循环范围从0到num-1）。举例来说，结果为10的时候，我们就使用10号星星的颜色。这样相邻星星\
        的颜色总是不同的。这不是个好法子，但很有效。最后一个值是alpha通道分量。这个值越小，这颗星星就越暗。

        //由于启用了twinkle，每颗星星最后会被绘制两遍。程序运行起来会慢一些，这要看您的机器性能如何了。但两遍绘制的星星颜色\
        相互融合，会产生很棒的效果。同时由于第一遍的星星没有旋转，启用twinkle后的星星看起来有一种动画效果。（如果您这里看不懂\
        得话，就自己去看程序的运行效果吧。）

        //值得注意的是给纹理上色是件很容易的事。尽管纹理本身是黑白的，纹理将变成我们在绘制它之前选定的任意颜色。此外，同样值得\
        注意的是我们在这里使用的颜色值是byte型的，而不是通常的浮点数。甚至alpha通道分量也是如此。

        glRotatef( spin, 0.0, 0.0, 1.0 );
        glColor4ub( star[loop].r, star[loop].g, star[loop].b, 255 );
        glBegin( GL_QUADS );
            glTexCoord2f( 0.0, 0.0 ); glVertex3f( -1.0, -1.0, 0.0 );
            glTexCoord2f( 1.0, 0.0 ); glVertex3f( 1.0, -1.0, 0.0 );
            glTexCoord2f( 1.0, 1.0 ); glVertex3f( 1.0, 1.0, 0.0 );
            glTexCoord2f( 0.0, 1.0 ); glVertex3f( -1.0, 1.0, 0.0 );
        glEnd();
        //上面是绘制第二遍的星星。唯一和前面的代码不同的是这一遍的星星肯定会被绘制，并且这次的星星绕着z轴旋转。

        spin += 0.01;
        star[loop].angle += float(loop)/num;
        star[loop].dist -= 0.01;

        //以上的代码代表星星的运动。我们增加spin的值来旋转所有的星星（公转）。然后，将每颗星星的自转角度增加loop/num。\
        这使离中心更远的星星转的更快。最后减少每颗星星离屏幕中心的距离。这样看起来，星星们好像被不断地吸入屏幕的中心。
        if ( star[loop].dist < 0.0 )
        {
            star[loop].dist += 5.0;
            star[loop].r = rand() % 256;
            star[loop].g = rand() % 256;
            star[loop].b = rand() % 256;
        }
        //检查星星是否已经碰到了屏幕中心。当星星碰到屏幕中心时，我们为它赋一个新颜色，然后往外移5个单位，这颗星星将踏上它回归屏幕中心的旅程。
    }
}

//loadGLTextures()函数就是用来载入纹理的。
void NeHe_9_Widget::loadGLTextures()
{
    QImage tex,buf;

    if (!buf.load( ":/data/Star.bmp" ))
    {
        qWarning( "Could not read image file, using single-color instead." );
        QImage dummy( 128, 128, QImage::Format_RGB32 );
        dummy.fill( Qt::green );
        buf = dummy;
        //如果载入不成功，自动生成一个128*128的32位色的绿色图片。
    }

    tex = QGLWidget::convertToGLFormat(buf);

    glGenTextures( 1, &texture[0] );

    glBindTexture( GL_TEXTURE_2D, texture[0] );

    glTexParameteri( GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_NEAREST );
    glTexParameteri( GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_NEAREST );
    glTexImage2D( GL_TEXTURE_2D, 0, 3, tex.width(), tex.height(), 0,
                  GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, tex.bits() );

}

void NeHe_9_Widget::slotTimer()
{
    xRot += 0.3;
    yRot += 0.2;
    zRot += 0.4;
    update();
}

//这里就是定时操作函数timerEvent()，执行的操作就是updateGL()，就是刷新窗口了，其实它也会调用paintGL()，所以就实现了每5毫秒刷新一次的动画效果。
void NeHe_9_Widget::timerEvent(QTimerEvent*)
{
  updateGL();
}


void NeHe_9_Widget::keyPressEvent( QKeyEvent *e )
{
    switch ( e->key() )
    {
    case Qt::Key_T: //按下了T键，就可以切换是否闪烁。
      twinkle = !twinkle;
      updateGL();
      break;

    case Qt::Key_PageUp: //按下了PageUp键，将木箱移向屏幕内部。
      zoom -= 0.2;
      updateGL();
      break;

    case Qt::Key_PageDown: //按下了PageDown键，将木箱移向屏幕外部。
      zoom += 0.2;
      updateGL();
      break;

    case Qt::Key_W: //按下了Up方向键，减少xSpeed。
      tilt -= 0.5;
      updateGL();
      break;

    case Qt::Key_S: //按下了Dowm方向键，增加xSpeed。
      tilt += 0.5;
      updateGL();
      break;


    case Qt::Key_Escape:
      close();

    }

}

这一章来解释如何加载一个灰阶位图纹理，（使用融合）去掉它的背景色后，再给它上色，最后让它在三维场景中移动。
展示了如何创建漂亮的颜色与动画效果。实现原理是在原始位图上再重叠一份位图拷贝。到现在为止，只要您很好的理解了我所教您的一切，您应该已经能够毫无问题的制作您自己的3D Demo了。所有的基础知识都已包括在内！

四、运行

正在上面的代码实现后，我们需要再运行看一下效果怎么样。

1、运行

 2、是否闪烁

 3、放大和缩小

 五、资料

通过上面的结果展示，我们可以看到旋转的星星的效果，文章所需的资源，我放到了百度网盘，如果链接失效，大家可以私信我。

链接：https://pan.baidu.com/s/1yg290Exbb4iUlNLTHZmTwQ 
提取码：2agn

  

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本文原创作者：冯一川（[email protected]），未经作者授权同意，请勿转载。