OpenGL（十三）——Qt OpenGL绘制三维图形

OpenGL（十三）——Qt OpenGL绘制三维图形

一、二维图形

之前的文章介绍的都是二维的图形。在旋转的多面体那篇文章中绘制的也是一个三维的图形，本篇介绍三维的图形绘制。

二、三维图形

在之前VS2010版本下介绍过三维图形的绘制，见OpenGL（六）——创建三维图形，在这篇文章提到了绘制三维的大致步骤：

3、可能有点绕，没关系，至少你记住下面这几个流程：

OpenGL渲染3D物体到屏幕上的过程其实类似我们平时用照相机拍照的过程，这个步骤大致如下：
一、把照相机固定在三脚架并让它对准场景(视图变换)

二、把场景中的物体调整摆放好(模型变换)

三、选择照相机的镜头，并调整放大倍数(投影变换)

四、确定最终照片的大小(视口变换)

其中视图变换必须要在模型变换之前，其它可以在任何时候。

其实三维的绘制，就是二维图形的叠加，以正四面体为例，正四面体就是六个正方形，在一起绘制，叠加在了一起就是一个正方体（正四面体）。

三、代码实现

在上一篇的内容上作些扩展，我们现在开始生成真正的三维对象，而不是象前两节课中那样在三维世界中的二维对象。
我们给三角形增加一个左侧面，一个右侧面，一个后侧面来生成一个金字塔（四棱锥）。
给正方形增加左、右、上、下及背面生成一个立方体。
我们混合金字塔上的颜色，创建一个平滑着色的对象。给立方体的每一面则来个不同的颜色。
其实只需在上节课的代码上增加几行就可以了。

现在把代码贴上：

头文件：

#include 
#include 
#include 

/*
*绘制三维.
*/

class NeHe_5_Widget : public QGLWidget
{
    Q_OBJECT
public:
    NeHe_5_Widget(QWidget *parent = 0);
    ~NeHe_5_Widget();

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

private:
    GLfloat rTri;
    GLfloat rQuad;
};

cpp文件：

#include "nehe_5_widget.h"

#include 

NeHe_5_Widget::NeHe_5_Widget(QWidget *parent):QGLWidget(parent)
{
    setGeometry(0,0, 640, 480);
    rTri = 0.0;
    rQuad = 0.0;
}

NeHe_5_Widget::~NeHe_5_Widget()
{

}

void NeHe_5_Widget::initializeGL()
{
    glShadeModel( GL_SMOOTH );


    glClearColor( 0.0, 0.0, 0.0, 0.0 );


    glClearDepth( 1.0 );
    //设置深度缓存。

    glEnable( GL_DEPTH_TEST );
    //启用深度测试。

    glDepthFunc( GL_LEQUAL );
    //所作深度测试的类型。

    //上面这三行必须做的是关于depth buffer（深度缓存）的。将深度缓存设想为屏幕后面的层。深度缓存不断的对物体进入屏幕内部有多深进行跟踪。\
    我们本节的程序其实没有真正使用深度缓存，但几乎所有在屏幕上显示3D场景OpenGL程序都使用深度缓存。它的排序决定那个物体先画。这样您就不会将\
    一个圆形后面的正方形画到圆形上来。深度缓存是OpenGL十分重要的部分。

    glHint( GL_PERSPECTIVE_CORRECTION_HINT, GL_NICEST );

}

void NeHe_5_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_5_Widget::paintGL()
{
    glClear( GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT );
    //清楚屏幕和深度缓存。
    glLoadIdentity();
    //重置当前的模型观察矩阵。

    glTranslatef( -1.5,  0.0, -6.0 );

    glRotatef( rTri, 0.0, 1.0, 0.0);


    //! 有些人可能早已在上节课中的代码上尝试自行创建3D对象了。但经常有人来信问我：“我的对象怎么不会绕着其自身的轴旋转？看起来总是在满屏乱转。”\
    //! 要让您的对象绕自身的轴旋转，您必须让对象的中心坐标总是( 0.0, 0,0, 0,0 )。
    //! 下面的代码创建一个绕者其中心轴旋转的金字塔。金字塔的上顶点离中心一个单位，底面离中心也是一个单位。上顶点在底面的投影位于底面的中心。
    //! 注意所有的面－三角形都是逆时针次序绘制的。这点十分重要，在以后的课程中我会作出解释。现在，您只需明白要么都逆时针，要么都顺时针，\
    //! 但永远不要将两种次序混在一起，除非您有足够的理由必须这么做。


    glBegin( GL_TRIANGLES );
    glColor3f( 1.0, 0.0, 0.0 );
    glVertex3f(  0.0,  1.0,  0.0 ); //前侧面.
    glColor3f( 0.0, 1.0, 0.0 );
    glVertex3f( -1.0, -1.0,  1.0 );
    glColor3f( 0.0, 0.0, 1.0 );
    glVertex3f(  1.0, -1.0,  1.0 );
    //上面是我们绘制的金字塔的前侧面。因为所有的面都共享上顶点，我们将这点在所有的三角形中都设置为红色。底边上的两个顶点的颜色则是互斥的。\
    前侧面的左下顶点是绿色的，右下顶点是蓝色的。这样相邻右侧面的左下顶点是蓝色的，右下顶点是绿色的。这样四边形的底面上的点的颜色都是间隔排列的。\

    //还应注意到后面的三个侧面和前侧面处于同一个glBegin( GL_TRIANGLES )和glEnd()语句中间。因为我们是通过三角形来构造这个金字塔的。\
    OpenGL知道每三个点构成一个三角形。当它画完一个三角形之后，如果还有余下的点出现，它就以为新的三角形要开始绘制了。OpenGL在这里并不会将\
    四点画成一个四边形，而是假定新的三角形开始了。所以千万不要无意中增加任何多余的点。
    glColor3f( 1.0, 0.0, 0.0 );
    glVertex3f(  0.0,  1.0,  0.0 ); //右侧面.
    glColor3f( 0.0, 0.0, 1.0 );
    glVertex3f(  1.0, -1.0,  1.0 );
    glColor3f( 0.0, 1.0, 0.0 );
    glVertex3f(  1.0, -1.0, -1.0 );
    //绘制右侧面。注意其底边上的两个顶点的X坐标位于中心右侧的一个单位处。顶点则位于Y轴上的一单位处，且Z坐标正好处于底边的两顶点的Z坐标中心。\
    右侧面从上顶点开始向外侧倾斜至底边上。

    //这次的左下顶点用蓝色绘制，以保持与前侧面的右下顶点的一致。蓝色将从这个角向金字塔的前侧面和右侧面扩展并与其他颜色混合。
    glColor3f( 1.0, 0.0, 0.0 );
    glVertex3f(  0.0,  1.0,  0.0 );
    glColor3f( 0.0, 1.0, 0.0 );
    glVertex3f(  1.0, -1.0, -1.0 ); //后侧面
    glColor3f( 0.0, 0.0, 1.0 );
    glVertex3f( -1.0, -1.0, -1.0 );


    //后侧面。再次切换颜色。左下顶点又回到绿色，因为后侧面与右侧面共享这个角。
    glColor3f( 1.0, 0.0, 0.0 );
    glVertex3f(  0.0,  1.0,  0.0 ); //左侧面.
    glColor3f( 0.0, 0.0, 1.0 );
    glVertex3f( -1.0, -1.0, -1.0 );
    glColor3f( 0.0, 1.0, 0.0 );
    glVertex3f( -1.0, -1.0,  1.0 );

    //最后画左侧面。又要切换颜色。左下顶点是蓝色，与后侧面的右下顶点相同。右下顶点是蓝色，与前侧面的左下顶点相同。

    //到这里金字塔就画完了。因为金字塔只绕着Y轴旋转，我们永远都看不见底面，因而没有必要添加底面。如果您觉得有经验了，\
    尝试增加底面（正方形），并将金字塔绕X轴旋转来看看您是否作对了。确保底面四个顶点的颜色与侧面的颜色相匹配。

    glEnd();


    //接下来开始画立方体。他由六个四边形组成。所有的四边形都以逆时针次序绘制。就是说先画右上角，然后左上角、左下角、最后右下角。\
    您也许认为画立方体的背面的时候这个次序看起来好像顺时针，但别忘了我们从立方体的背后看背面的时候，\
     与您现在所想的正好相反。（译者注：您是从立方体的外面来观察立方体的。)
    glLoadIdentity();
    glTranslatef(  1.5,  0.0, -7.0 );
    //注意到这次我们将立方体移地更远离屏幕了。因为立方体的大小要比金字塔大，同样移入6个单位时，立方体看起来要大的多。这是透视的缘故。越远的对象看起来越小 :) 。

    glRotatef( rQuad,  1.0,  1.0,  1.0 );
    //旋转四边形。
    glBegin( GL_QUADS );
      glColor3f( 0.0, 1.0, 0.0 );
      glVertex3f(  1.0,  1.0, -1.0 );
      glVertex3f( -1.0,  1.0, -1.0 );
      glVertex3f( -1.0,  1.0,  1.0 );
      glVertex3f(  1.0,  1.0,  1.0 );
    //先画立方体的顶面。从中心上移一单位，注意Y坐标始终为一单位，表示这个四边形与Z轴平行。先画右上顶点，向右一单位，再屏幕向里一单位。\
      然后左上顶点，向左一单位，再屏幕向里一单位。然后是靠近观察者的左下和右下顶点。就是屏幕往外一单位。

      glColor3f( 1.0, 0.5, 0.0 );
      glVertex3f(  1.0, -1.0,  1.0 );
      glVertex3f( -1.0, -1.0,  1.0 );
      glVertex3f( -1.0, -1.0, -1.0 );
      glVertex3f(  1.0, -1.0, -1.0 );
      //底面的画法和顶面十分类似。只是Y坐标变成了-1。如果我们从立方体的下面来看立方体的话，您会注意到右上角离观察者最近，\
      因此我们先画离观察者最近的顶点。然后是左上顶点最后才是屏幕里面的左下和右下顶点。

      //如果您真的不在乎绘制多边形的次序（顺时针或者逆时针）的话，您可以直接拷贝顶面的代码，将Y坐标从1改成-1，也能够工作。\
        但一旦您进入象纹理映射这样的领域时，忽略绘制次序会导致十分怪异的结果。
      glColor3f( 1.0, 0.0, 0.0 );
      glVertex3f(  1.0,  1.0,  1.0 );
      glVertex3f( -1.0,  1.0,  1.0 );
      glVertex3f( -1.0, -1.0,  1.0 );
      glVertex3f(  1.0, -1.0,  1.0 );

      //立方体的前面。保持Z坐标为一单位，前面正对着我们。

      glColor3f( 1.0, 1.0, 0.0 );
      glVertex3f(  1.0, -1.0, -1.0 );
      glVertex3f( -1.0, -1.0, -1.0 );
      glVertex3f( -1.0,  1.0, -1.0 );
      glVertex3f(  1.0,  1.0, -1.0 );

      //立方体后面的绘制方法与前面类似。只是位于屏幕的里面。注意Z坐标现在保持-1不变。

      glColor3f( 0.0, 0.0, 1.0 );
      glVertex3f( -1.0,  1.0,  1.0 );
      glVertex3f( -1.0,  1.0, -1.0 );
      glVertex3f( -1.0, -1.0, -1.0 );
      glVertex3f( -1.0, -1.0,  1.0 );

      //还剩两个面就完成了。您会注意到总有一个坐标保持不变。这一次换成了X坐标。因为我们在画左侧面。

      glColor3f( 1.0, 0.0, 1.0 );
      glVertex3f(  1.0,  1.0, -1.0 );
      glVertex3f(  1.0,  1.0,  1.0 );
      glVertex3f(  1.0, -1.0,  1.0 );
      glVertex3f(  1.0, -1.0, -1.0 );

      //立方体的最后一个面了。X坐标保持为一单位。逆时针绘制。您愿意的话，留着这个面不画也可以，这样就是一个盒子:)

      glEnd();

    glTranslatef(  -1.5,  0.0,  0.0 );
    glColor3f( 1.0, 1.0, 0.0 );
    glBegin( GL_LINES );
    glVertex3f(0.0, 1.0, 0.0);
    glVertex3f(0.0, -1.0, 0.0);
    glEnd();

    rTri += 0.2;
    rQuad -= 0.15;

}

到这里您应该已经较好的掌握了在三维空间创建对象的方法。必须将OpenGL屏幕想象成一张很大的画纸，后面还带着许多透明的层。

差不多就是个由大量的点组成的立方体。这些点从左至右、从上至下、从前到后的布满了这个立方体。如果您能想象的出在屏幕的深度方向，应该在设计新三维对象时没有任何问题。

注：上面的代码中有这样一句注释，大家一定要注意：

有些人可能早已在上节课中的代码上尝试自行创建3D对象了。但经常有人来信问我：“我的对象怎么不会绕着其自身的轴旋转？看起来总是在满屏乱转。要让您的对象绕自身的轴旋转，您必须让对象的中心坐标总是( 0.0, 0,0, 0,0 )。
下面的代码创建一个绕者其中心轴旋转的金字塔。金字塔的上顶点离中心一个单位，底面离中心也是一个单位。上顶点在底面的投影位于底面的中心。
注意所有的面－三角形都是逆时针次序绘制的。这点十分重要，在以后的课程中我会作出解释。现在，您只需明白要么都逆时针，要么都顺时针，但永远不要将两种次序混在一起，除非您有足够的理由必须这么做。

四、运行

代码写完之后，我们可以看一下运行的效果：

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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。