Qt下的OpenGL 编程（9）3D视图变换、旋转的地球

一、提要

        视图变换是3D图形中的一个很重要的概念，需要一些抽象的思维去理解。说完概念之后我们会写一个自旋转的地球的例子来帮助理解。

二、照相机比喻

在《OpenGL Programming Guide 》中将所有的3D变换统一到一个有意思的现实世界模型，照相机比喻。

1.确定照相机的位置的过程对应于“视图变换”（Viewing Transformations）

2.确定物体位置的过程对应于“模型变换”（Modeling Transformations)

3.确定照相机放大倍数的过程对应于“投影变换”(Projection Transformations)

4.确定照片大小的过程对应于“视口变换”(Viewport Transformations)

            之前我们有解释过一个函数：gluPerspective，它的作用就类似于设置摄像机的参数。

  今天我们要重点了解的是：

  void gluLookAt(    GLdouble      eyeX,

       GLdouble      eyeY,

       GLdouble      eyeZ,

       GLdouble      centerX,

       GLdouble      centerY,

       GLdouble      centerZ,

       GLdouble      upX,

       GLdouble      upY,

       GLdouble      upZ);

       一共有9个参数，还是用一台摄像机来比喻，前三个参数就是摄像机所处的位置，

中间三个参数是摄像机要对准的地方，最后三个是摄像机观察的角度（横着看，竖着看，斜着看...）.

三、自旋转地球

        编程的思路：首先在空间建立一个球体，然后赋予地球的材质，利用之前的动画原理使它不断地绕着轴线旋转，通过改变不同的视图，我们可以观察到地球不同的旋转方式，而模型位置没有任何改变。

        主要代码：

void NeHeWidget::initializeGL()

{

    //载入纹理

    loadGLTextures();

    // 启用阴影平滑

    glShadeModel( GL_SMOOTH );

    // 黑色背景

    glClearColor( 0.0, 0.0, 0.0, 0.0 );

    // 设置深度缓存

    glClearDepth( 1.0 );

    // 启用深度测试

    glEnable( GL_DEPTH_TEST );

    //启用纹理

    glEnable( GL_TEXTURE_2D );

    // 所作深度测试的类型

    glDepthFunc( GL_LEQUAL );

    // 告诉系统对透视进行修正

    glHint( GL_PERSPECTIVE_CORRECTION_HINT, GL_NICEST );

    // 开启剔除操作效果

    glEnable(GL_CULL_FACE);

    // 使用平滑法线

    gluQuadricNormals(mySphere, GL_SMOOTH);

    // 使用纹理

    gluQuadricTexture(mySphere, GL_TRUE);

    // 设置球纹理映射

}

void NeHeWidget::paintGL()

{

    // 清除屏幕和深度缓存

    glClear( GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT );

    //移到屏幕的左半部分，并且将视图推入屏幕背后足够的距离以便我们可以看见全部的场景

    //glTranslatef(0.0f,0.0f,zoom);

    glRotatef( yRot, 0.0,  0.0,  1.0 );

    glColor3f(1.0,1.0,1.0);

    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture[0]);

    glPushMatrix();

    gluSphere(mySphere, 0.55f, 40, 40);

    glPopMatrix();

    //旋转速度

    yRot += 0.4;

    glLoadIdentity();

    //gluLookAt (2.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0);

   //gluLookAt (0.0, 0.0, 2.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0, 1.0);

    gluLookAt (2.0, 0.0, 2.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0, 1.0);

    glFlush();

    //fps的字体颜色

    glColor3f(0.0f,0.0f,1.0f);

    //计算FPS

    calFrequency();

}

        这里用到的建立球的方式是二次曲面建模，比较简单主要过程如下：

//声明一个二次曲面

GLUquadricObj *mySphere；
//初始化

mySphere=gluNewQuadric();

//通过二次曲面建立球体

gluSphere(mySphere, 0.55f, 40, 40);

        给二次曲面添加纹理的方法如下：

     //剔除背面

    glEnable(GL_CULL_FACE);

    glCullFace(GL_BACK);

    // 使用平滑法线

    gluQuadricNormals(mySphere, GL_SMOOTH);

    // 使用纹理

    gluQuadricTexture(mySphere, GL_TRUE);

    // 设置球纹理映射

    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture[0]);

系统默认是两面贴图的，前面的两句话用于剔除我们看不到的面，节省系统开销。

但是，需要说明的是，背面剔除后，在转换视角，到背面变成正面的那一瞬间，会需要重新渲染背面，此时效率较低，事实上，这么一个简单的程序，再没有开启背面剔除时，从正面到背面的转换非常流畅，开启后，转换会有明显的小小迟缓，但是好处就是背面没有需要显示的时候是不占用资源的了，孰优孰劣，开启与否，那就只能看情况把握了。

最后的效果如下：

通过调节gluLookAt的参数，我们可以切换不同的视角。

参考资料
1.《OpenGL Reference Manual》，OpenGL参考手册
2.《OpenGL编程指南》（《OpenGL Programming Guide》），Dave Shreiner，Mason Woo，Jackie Neider，Tom Davis著，徐波译，机械工业出版社
3.     《win32 OpenGL编程 》  一个大牛的博客  http://blog.csdn.net/vagrxie/article/category/628716/3