OpenGL案例05：大球自转+小球公转+移动

作者: 辉辉岁月 | 来源:发表于2021-03-19 11:01 被阅读0次

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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

整体的流程的如下

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OpenGL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

大球流程

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);

开启定时器：基于时间的变化，获得旋转的角度，此时，就相当ios中NSTimer的创建

 //1、基于时间变化 CStopWatch--NSTimer定时器
    static CStopWatch rotTimer;
    //获得角度
    float yRot = rotTimer.GetElapsedSeconds() * 60.0f;

根据模型变化，获得mvp矩阵
- 创建4个矩阵：平移、旋转、模型视图矩阵、模型视图投影矩阵
- 将球围绕y轴旋转，得到旋转矩阵
- 将平移矩阵 * 旋转矩阵，得到模型视图矩阵
- 将模型视图矩阵与投影矩阵相乘，得到mvp矩阵。这里需要注意的是，mvp矩阵相乘是有顺序的，传入API的矩阵顺序必须先传p，再传mv，否则会发现没得我们想要的就跟，其根本原因是矩阵相乘不满足交换律，所以不能打乱它的顺序

//3、创建3矩阵: 平移、旋转、模型视图矩阵、模型视图投影
    M3DMatrix44f mTranslate, mRotate, mModelView, mModelViewProjection;

    //往z轴移动-2.5f
    m3dTranslationMatrix44(mTranslate, 0, 0, -2.5f);
    //围绕y轴旋转
    m3dRotationMatrix44(mRotate, m3dDegToRad(yRot), 0, 1, 0);

    //矩阵相乘
    m3dMatrixMultiply44(mModelView, mTranslate, mRotate);
    //mvp是有顺序的：结果-p-mv，不满足交换律
//    m3dMatrixMultiply44(mModelViewProjection, viewFrustum.GetProjectionMatrix(), mModelView);
    m3dMatrixMultiply44(mModelViewProjection, mModelView, viewFrustum.GetProjectionMatrix());

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
Rotate：大球围绕y轴旋转，实现自转
绘制球体
交换缓冲区
提交重新渲染：此时就相当于开启NSTimer，不断根据旋转的角度不断渲染球，实现自转的效果

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

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，此时的小球是先移动后旋转，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。