Jeff Molofee's OpenGL Windows Tutorial #9

王朝system·作者佚名 2006-12-17

漂亮的星星动画:Jeff Molofee(NeHe) 的 OPENGL 教程-第九课

漂亮的星星动画:Jeff Molofee(NeHe) 的 OPENGL 教程-第九课 Jeff Molofee's OpenGL Windows Tutorial #9A:link { COLOR: #ccaaff; TEXT-DECORATION: none}A:visited { COLOR: #ccaaff; TEXT-DECORATION: none}A:active { COLOR: #ccaaff; TEXT-DECORATION: none}A:hover { COLOR: #ffccaa; TEXT-DECORATION: none} Jeff Molofee(NeHe) 的 OPENGL 教程

第九课

Translated by

CKER

欢迎进入第九课。到现在为止，您应该很好的理解OpenGL了。『CKER：如果没有的话，一定是我翻译的罪过......』。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混色(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3D场景中移动位图，并去除位图上的黑色象素(使用混色)。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混合，得到简单的动画效果。

我们在第一课的代码基础上进行修改。先在程序源码的开始处增加几个变量。出于清晰起见，我重写了整段代码。

#include <windows.h> // Windows的头文件#include <stdio.h> // 标准输入输出库头文件#include <gl\gl.h> // OpenGL32库的头文件#include <gl\glu.h> // GLu32库的头文件#include <gl\glaux.h> // GLaux库的头文件HDC hDC=NULL; // 私有GDI设备描述表HGLRC hRC=NULL; // 永久着色描述表HWND hWnd=NULL; // 保存我们的窗口句柄HINSTANCE hInstance; // 保存程序的实例bool keys[256]; // 用于键盘例程的数组bool active=TRUE; // 窗口的活动标志，缺省为TRUEbool fullscreen=TRUE; // 全屏标志缺省设定成全屏模式

下列这几行新加的。twinkle和 tp是布尔变量, 表示它们只能设为 TRUE 或 FALSE。 twinkle用来跟踪闪烁效果是否启用。 tp用来检查 "T"键有没有被按下或松开. (按下时 tp=TRUE, 松开时 tp=FALSE).

BOOL twinkle; // 闪烁的星星BOOL tp; // 'T' 按下了么?

num 跟踪屏幕上所绘制的星星数。这个数字被定义为一个常量。这意味着无法在以后的代码中对其进行修改。这么做的原因是因为您无法重新定义一个数组。因此，如果我们定义一个50颗星星的数组，然后又将num增加到51的话，就会出错『CKER：数组越界』。不过您还是可以(也只可以)在这一行上随意修改这个数字。但是以后请您别再改动 num 的值了，除非您想看见灾难发生。

const num=50; //绘制的星星数

现在我们来创建一个结构。结构这词听起来有点可怕，但实际上并非如此。一个结构使用一组简单类型的数据 (以及变量等)来表达较大的具有相似性的数据组合。我们知道我们在保持对星星的跟踪。您可以看到下面的第七行就是 stars；并且每个星星有三个整型的色彩值。第三行 int r,g,b设置了三个整数. 一个红色 (r), 一个绿色 (g), 以及一个蓝色 (b). 此外，每个星星离屏幕中心的距离不同, 而且可以是以屏幕中心为原点的任意360度中的一个角度。如果你看下面第四行的话, 会发现我们使用了一个叫做 dist的浮点数来保持对距离的跟踪. 第五行则用一个叫做 angle的浮点数保持对星星角度值的跟踪。

因此我们使用了一组数据来描述屏幕上星星的色彩, 距离, 和角度。不幸的是我们不止对一个星星进行跟踪。但是无需创建 50 个红色值、 50 个绿色值、 50 个蓝色值、 50 个距离值以及 50 个角度值，而只需创建一个数组star。 star数组的每个元素都是stars类型的，里面存放了描述星星的所有数据。star数组在下面的第八行创建。第八行的样子是这样的： stars star[num]。数组类型是 stars结构. 所数组能存放所有stars结构的信息。数组名字是 star. 数组大小是 [num]。数组中存放着 stars结构的元素. 跟踪结构元素会比跟踪各自分开的变量容易的多. 不过这样也很笨, 因为我们竟然不能改变常量 num来增减星星数量。

typedef struct // 为星星创建一个结构{ int r, g, b; // 星星的颜色 GLfloat dist; // 星星距离中心的距离 GLfloat angle; // 当前星星所处的角度}stars; // 结构命名为starsstars star[num]; // 使用 'stars' 结构生成一个包含 'num'个元素的 "star'数组

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接下来我们设置几个跟踪变量：星星离观察者的距离变量(zoom)，我们所见到的星星所处的角度(tilt)，以及使闪烁的星星绕Z轴自转的变量spin。

loop变量用来绘制50颗星星。texture[1]用来存放一个黑白纹理。如果您需要更多的纹理的话，您应该增加texture数组的大小至您决定采用的纹理个数。

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GLfloat zoom=-15.0f; // 星星离观察者的距离GLfloat tilt=90.0f; // 星星的倾角GLfloat spin; // 闪烁星星的自转GLuint loop; // 全局l Loop 变量GLuint texture[1]; // 存放一个纹理LRESULT CALLBACK WndProc(HWND, UINT, WPARAM, LPARAM); // WndProc的声明

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紧接着上面的代码就是我们用来载入纹理的代码。我不打算再详细的解释这段代码。这跟我们在第六、七、八课中所用的代码是一模一样的。这一次载入的位图叫做star.bmp。这里我们使用glGenTextures(1, &texture[0])，来生成一个纹理。纹理采用线性滤波方式。

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AUX_RGBImageRec *LoadBMP(char *Filename) // 载入位图文件{ FILE *File=NULL; // 文件句柄 if (!Filename) // 确认已给出文件名 { return NULL; // 若无返回 NULL } File=fopen(Filename,"r"); // 检查文件是否存在 if (File) // 文件存在么? { fclose(File); // 关闭文件句柄 return auxDIBImageLoad(Filename); // 载入位图并返回指针 } return NULL; // 如果载入失败返回 NULL}

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下面的代码(调用上面的代码)载入位图，并转换成纹理。变量用来跟踪纹理是否已载入并创建好了。

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int LoadGLTextures() // 载入位图并转换成纹理{ int Status=FALSE; // Status 状态指示器 AUX_RGBImageRec *TextureImage[1]; // 为纹理分配存储空间 memset(TextureImage,0,sizeof(void *)*1); // 将指针设为 NULL // 载入位图，查错，如果未找到位图文件则退出 if (TextureImage[0]=LoadBMP("Data/Star.bmp")) { Status=TRUE; // 将 Status 设为TRUE glGenTextures(1, &texture[0]); // 创建一个纹理 // 创建一个线性滤波纹理 glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture[0]); glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GL_LINEAR); glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GL_LINEAR); glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, 3, TextureImage[0]->sizeX, TextureImage[0]->sizeY, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, TextureImage[0]->data); } if (TextureImage[0]) // 如果纹理存在 { if (TextureImage[0]->data) // 如果纹理图像存在 { free(TextureImage[0]->data); // 释放纹理图像所占的内存 } free(TextureImage[0]); // 释放图像结构 } return Status; // 返回 Status的值}

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现在设置OpenGL的渲染方式。这里不打算使用深度测试，如果您使用第一课的代码的话，请确认是否已经去掉了 glDepthFunc(GL_LEQUAL); 和 glEnable(GL_DEPTH_TEST);两行。否则，您所见到的效果将会一团糟。这里我们使用了纹理映射，因此请您确认您已经加上了这些第一课中所没有的代码。您会注意到我们通过混色来启用了纹理映射。

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int InitGL(GLvoid) // 此处开始对OpenGL进行所有设置{ if (!LoadGLTextures()) // 调用纹理载入子例程 { return FALSE; // 如果未能载入，返回FALSE } glEnable(GL_TEXTURE_2D); // 启用纹理映射 glShadeModel(GL_SMOOTH); // 启用阴影平滑 glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.5f); // 黑色背景 glClearDepth(1.0f); // 设置深度缓存 glHint(GL_PERSPECTIVE_CORRECTION_HINT, GL_NICEST); // 真正精细的透视修正 glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA,GL_ONE); // 设置混色函数取得半透明效果 glEnable(GL_BLEND); // 启用混色

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以下是新增的代码。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！

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for (loop=0; loop<num; loop++) // 创建循环设置全部星星 { star[loop].angle=0.0f; // 所有星星都从零角度开始

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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5.0f。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1.0f。之所以要乘以5.0f是因为1.0f*5.0f 就是 5.0f。『CKER：废话，废话！这老外怎么跟孔乙己似的！:)』5.0f已经很接近屏幕边缘。我不想星星飞出屏幕，5.0f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5.0f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0.0f～1.0f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。

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star[loop].dist=(float(loop)/num)*5.0f; // 计算星星离中心的距离 star[loop].r=rand()%256; // 为star[loop]设置随机红色分量 star[loop].g=rand()%256; // 为star[loop]设置随机红色分量 star[loop].b=rand()%256; // 为star[loop]设置随机红色分量 } return TRUE; // 初始化一切OK}

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Resize的代码也是一样的，现在我们转入绘图代码。如果您使用第一课的代码，删除旧的DrawGLScene代码，只需将下面的代码复制过去就行了。实际上，第一课的代码只有两行，所以没太多东西要删掉的。

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int DrawGLScene(GLvoid) // 此过程中包括所有的绘制代码{ glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT); // 清除屏幕及深度缓存 glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture[0]); // 选择纹理 for (loop=0; loop<num; loop++) // 循环设置所有的星星 { glLoadIdentity(); // 绘制每颗星星之前，重置模型观察矩阵 glTranslatef(0.0f,0.0f,zoom); // 深入屏幕里面 (使用 'zoom'的值) glRotatef(tilt,1.0f,0.0f,0.0f); // 倾斜视角(使用 'tilt'的值)

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现在我们来移动星星。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。

第二行代码沿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。

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glRotatef(star[loop].angle,0.0f,1.0f,0.0f); //旋转至当前所画星星的角度 glTranslatef(star[loop].dist,0.0f,0.0f); // 沿X轴正向移动

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接着的代码带点小技巧。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。下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。

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glRotatef(-star[loop].angle,0.0f,1.0f,0.0f); // 取消当前星星的角度 glRotatef(-tilt,1.0f,0.0f,0.0f); // 取消屏幕倾斜

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如果 twinkle 为 TRUE，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。

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if (twinkle) // 启用闪烁效果 { // 使用byte型数值指定一个颜色 glColor4ub(star[(num-loop)-1].r,star[(num-loop)-1].g,star[(num-loop)-1].b,255); glBegin(GL_QUADS); // 开始绘制纹理映射过的四边形 glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f(-1.0f,-1.0f, 0.0f); glTexCoord2f(1.0f, 0.0f); glVertex3f( 1.0f,-1.0f, 0.0f); glTexCoord2f(1.0f, 1.0f); glVertex3f( 1.0f, 1.0f, 0.0f); glTexCoord2f(0.0f, 1.0f); glVertex3f(-1.0f, 1.0f, 0.0f); glEnd(); // 四边形绘制结束 }

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现在绘制第二遍的星星。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。

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glRotatef(spin,0.0f,0.0f,1.0f); // 绕z轴旋转星星 // 使用byte型数值指定一个颜色 glColor4ub(star[loop].r,star[loop].g,star[loop].b,255); glBegin(GL_QUADS); // 开始绘制纹理映射过的四边形 glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f(-1.0f,-1.0f, 0.0f); glTexCoord2f(1.0f, 0.0f); glVertex3f( 1.0f,-1.0f, 0.0f); glTexCoord2f(1.0f, 1.0f); glVertex3f( 1.0f, 1.0f, 0.0f); glTexCoord2f(0.0f, 1.0f); glVertex3f(-1.0f, 1.0f, 0.0f); glEnd(); // 四边形绘制结束

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以下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。

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spin+=0.01f; // 星星的公转 star[loop].angle+=float(loop)/num; // 改变星星的自转角度 star[loop].dist-=0.01f; // 改变星星离中心的距离

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接着几行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。

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if (star[loop].dist<0.0f) // 星星到达中心了么 { star[loop].dist+=5.0f; // 往外移5个单位 star[loop].r=rand()%256; // 赋一个新红色分量 star[loop].g=rand()%256; // 赋一个新绿色分量 star[loop].b=rand()%256; // 赋一个新蓝色分量 } } return TRUE; // 一切正常}

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现在我们添加监视键盘的代码。下移到WinMain()。找到SwapBuffers(hDC)一行。我们就在这一行后面增加键盘监视代码。

代码将检查T键是否已按下。如果T键按下过，并且又放开了，if块内的代码将被执行。如果twinkle为FALSE，他将变为TRUE。反之亦然。只要T键按下， tp就变为TRUE。这样处理可以防止如果您一直按着T键的话，块内的代码被反复执行。

SwapBuffers(hDC); // 切换缓冲 (双缓冲) if (keys['T'] && !tp) // 是否T 键已按下并且 tp值为 FALSE { tp=TRUE; // 若是，将tp设为TRUE twinkle=!twinkle; // 翻转 twinkle的值 }

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下面的代码检查是否松开了T键。若是，使 tp=FALSE。除非tp的值为FALSE，否则按着T键时什么也不会发生。所以这行代码很重要。

if (!keys['T']) // T 键已松开了么？ { tp=FALSE; // 若是，tp为 FALSE }

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余下的代码检查上、下方向键，向上翻页键或向下翻页键是否按下。

if (keys[VK_UP]) // 上方向键按下了么？ { tilt-=0.5f; // 屏幕向上倾斜 } if (keys[VK_DOWN]) // 下方向键按下了么？ { tilt+=0.5f; // 屏幕向下倾斜 } if (keys[VK_PRIOR]) // 向上翻页键按下了么 { zoom-=0.2f; // 缩小 } if (keys[VK_NEXT]) // 向下翻页键按下了么？ { zoom+=0.2f; // 放大 }

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像以前一样，确认窗口的标题是否正确。

if (keys[VK_F1]) // F1键按下了么? { keys[VK_F1]=FALSE; // 若是，使对应的Key数组中的值为 FALSE KillGLWindow(); // 销毁当前的窗口 fullscreen=!fullscreen; // 切换全屏 / 窗口模式 // 重建 OpenGL 窗口 if (!CreateGLWindow("NeHe's Textures, Lighting & Keyboard Tutorial",640,480,16,fullscreen)) { return 0; // 如果窗口未能创建，程序退出 } } }}

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这一课我尽我所能来解释如何加载一个灰阶位图纹理，(使用混色)去掉它的背景色后，再给它上色，最后让它在3D场景中移动。我已经向您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！

Jeff Molofee (NeHe)

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