[Delphi版]OpenGL入门学习2：显示细节控制

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1.三维空间的变化     我们生活在一个三维的世界——如果要观察一个物体，我们可以：     1、从不同的位置去观察它。（视图变换）     2、移动或者旋转它，当然了，如果它只是计算机里面的物体，我们还可以放大或缩小它。（模型变换）     3、如果把物体画下来，我们可以选择：是否需要一种“近大远小”的透视效果。另外，我们可能只希望看到物体的一部分，而不是全部（剪裁）。（投影变换）     4、我们可能希望把整个看到的图形画下来，但它只占据纸张的一部分，而不是全部。（视口变换） 这些，都可以在OpenGL中实现。     OpenGL变换实际上是通过矩阵乘法来实现。无论是移动、旋转还是缩放大小，都是通过在当前矩阵的基础上乘以一个新的矩阵来达到目的。关于矩阵的知识，这里不详细介绍，有兴趣的朋友可以看看线性代数（大学生的话多半应该学过的）。     OpenGL可以在最底层直接操作矩阵，不过作为初学，这样做的意义并不大。这里就不做介绍了。     1、模型变换和视图变换     从“相对移动”的观点来看，改变观察点的位置与方向和改变物体本身的位置与方向具有等效性。在OpenGL中，实现这两种功能甚至使用的是同样的函数。     由于模型和视图的变换都通过矩阵运算来实现，在进行变换前，应先设置当前操作的矩阵为“模型视图矩阵”。设置的方法是以GL_MODELVIEW为参数调用glMatrixMode函数，像这样：     glMatrixMode(GL_MODELVIEW);     通常，我们需要在进行变换前把当前矩阵设置为单位矩阵。这也只需要一行代码：     glLoadIdentity();     然后，就可以进行模型变换和视图变换了。进行模型和视图变换，主要涉及到三个函数：     glTranslate*，把当前矩阵和一个表示移动物体的矩阵相乘。三个参数分别表示了在三个坐标上的位移值。     glRotate*，把当前矩阵和一个表示旋转物体的矩阵相乘。物体将绕着(0,0,0)到(x,y,z)的直线以逆时针旋转，参数angle表示旋转的角度。     glScale*，把当前矩阵和一个表示缩放物体的矩阵相乘。x,y,z分别表示在该方向上的缩放比例。     注意我都是说“与XX相乘”，而不是直接说“这个函数就是旋转”或者“这个函数就是移动”，这是有原因的，马上就会讲到。     假设当前矩阵为单位矩阵，然后先乘以一个表示旋转的矩阵R，再乘以一个表示移动的矩阵T，最后得到的矩阵再乘上每一个顶点的坐标矩阵v。所以，经过变换得到的顶点坐标就是((RT)v)。由于矩阵乘法的结合率，((RT)v) = (R(Tv))，换句话说，实际上是先进行移动，然后进行旋转。即：实际变换的顺序与代码中写的顺序是相反的。由于“先移动后旋转”和“先旋转后移动”得到的结果很可能不同，初学的时候需要特别注意这一点。     OpenGL之所以这样设计，是为了得到更高的效率。但在绘制复杂的三维图形时，如果每次都去考虑如何把变换倒过来，也是很痛苦的事情。这里介绍另一种思路，可以让代码看起来更自然（写出的代码其实完全一样，只是考虑问题时用的方法不同了）。     让我们想象，坐标并不是固定不变的。旋转的时候，坐标系统随着物体旋转。移动的时候，坐标系统随着物体移动。如此一来，就不需要考虑代码的顺序反转的问题了。     以上都是针对改变物体的位置和方向来介绍的。如果要改变观察点的位置，除了配合使用glRotate*和glTranslate*函数以外，还可以使用这个函数：gluLookAt。它的参数比较多，前三个参数表示了观察点的位置，中间三个参数表示了观察目标的位置，最后三个参数代表从(0,0,0)到(x,y,z)的直线，它表示了观察者认为的“上”方向。     2、投影变换     投影变换就是定义一个可视空间，可视空间以外的物体不会被绘制到屏幕上。（注意，从现在起，坐标可以不再是-1.0到1.0了！）     OpenGL支持两种类型的投影变换，即透视投影和正投影。投影也是使用矩阵来实现的。如果需要操作投影矩阵，需要以GL_PROJECTION为参数调用glMatrixMode函数。     glMatrixMode(GL_PROJECTION);     通常，我们需要在进行变换前把当前矩阵设置为单位矩阵。     glLoadIdentity();      透视投影所产生的结果类似于照片，有近大远小的效果，比如在火车头内向前照一个铁轨的照片，两条铁轨似乎在远处相交了。     使用glFrustum函数可以将当前的可视空间设置为透视投影空间。其参数的意义如下图：                                 登录/注册后可看大图 声明：该图片来自www.opengl.org，该图片是《OpenGL编程指南》一书的附图，由于该书的旧版（第一版，1994年）已经流传于网络，我希望没有触及到版权问题。     也可以使用更常用的gluPerspective函数。其参数的意义如下图：                                 登录/注册后可看大图 声明：该图片来自www.opengl.org，该图片是《OpenGL编程指南》一书的附图，由于该书的旧版（第一版，1994年）已经流传于网络，我希望没有触及到版权问题。     正投影相当于在无限远处观察得到的结果，它只是一种理想状态。但对于计算机来说，使用正投影有可能获得更好的运行速度。     使用glOrtho函数可以将当前的可视空间设置为正投影空间。其参数的意义如下图：                                 登录/注册后可看大图 声明：该图片来自www.opengl.org，该图片是《OpenGL编程指南》一书的附图，由于该书的旧版（第一版，1994年）已经流传于网络，我希望没有触及到版权问题。     如果绘制的图形空间本身就是二维的，可以使用gluOrtho2D。他的使用类似于glOrgho。 3、视口变换     当一切工作已经就绪，只需要把像素绘制到屏幕上了。这时候还剩最后一个问题：应该把像素绘制到窗口的哪个区域呢？通常情况下，默认是完整的填充整个窗口，但我们完全可以只填充一半。（即：把整个图象填充到一半的窗口内）                                 登录/注册后可看大图 声明：该图片来自www.opengl.org，该图片是《OpenGL编程指南》一书的附图，由于该书的旧版（第一版，1994年）已经流传于网络，我希望没有触及到版权问题。     使用glViewport来定义视口。其中前两个参数定义了视口的左下脚（0,0表示最左下方），后两个参数分别是宽度和高度。     4、操作矩阵堆栈     介于是入门教程，先简单介绍一下堆栈。你可以把堆栈想象成一叠盘子。开始的时候一个盘子也没有，你可以一个一个往上放，也可以一个一个取下来。每次取下的，都是最后一次被放上去的盘子。通常，在计算机实现堆栈时，堆栈的容量是有限的，如果盘子过多，就会出错。当然，如果没有盘子了，再要求取一个盘子，也会出错。     我们在进行矩阵操作时，有可能需要先保存某个矩阵，过一段时间再恢复它。当我们需要保存时，调用glPushMatrix函数，它相当于把矩阵（相当于盘子）放到堆栈上。当需要恢复最近一次的保存时，调用glPopMatrix函数，它相当于把矩阵从堆栈上取下。OpenGL规定堆栈的容量至少可以容纳32个矩阵，某些OpenGL实现中，堆栈的容量实际上超过了32个。因此不必过于担心矩阵的容量问题。      通常，用这种先保存后恢复的措施，比先变换再逆变换要更方便，更快速。     注意：模型视图矩阵和投影矩阵都有相应的堆栈。使用glMatrixMode来指定当前操作的究竟是模型视图矩阵还是投影矩阵。 此部分转载自：http://www.c3dn.net/forum.php?mod=viewthread&tid=34 2.举例 procedure TForm1.OpenGLPanel1Paint(Sender: TObject); begin   //===============================================================================================   glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 0.0);   glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT or GL_DEPTH_BUFFER_BIT);   // 清空颜色缓冲区和深度缓冲区   glEnable(GL_DEPTH_TEST);                                                     //开启深度测试，保存物体的前后关系，前端图形会遮挡后端图形。   glMatrixMode(GL_PROJECTION);                                             //调节投影矩阵   glLoadIdentity();                                                                      // 投影矩阵设置为单位矩阵   gluPerspective(45.0, double(width) / height, 0.1, 100.0);        //设置视椎体参数   glMatrixMode(GL_MODELVIEW);                                            //调节模型矩阵   glLoadIdentity();                                                                    //  模型矩阵设置为单位矩阵（即原点位于显示区正中间的情况）   //=========================================================   glTranslatef(-1.5,0.0,-6.0);                                                    //原点平移至(-1.5,0.0,-6.0) glRotatef(rtri,0.0,1.0,0.0);                                                 // 以向量【0,1,1】为旋转轴，旋转rtri度   glBegin(GL_TRIANGLES);     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, 0.0);     glColor3f(0.0,0.0,1.0);     glVertex3f( 1.0,-1.0, 0.0);   glEnd();   glLoadIdentity();   glTranslatef(1.5,0.0,-6.0);   glRotatef(rquad,1.0,0.0,0.0);   glColor3f(0.5,0.5,1.0);   glBegin(GL_QUADS);     glVertex3f(-1.0, 1.0, 0.0);     glVertex3f( 1.0, 1.0, 0.0);     glVertex3f( 1.0,-1.0, 0.0);     glVertex3f(-1.0,-1.0, 0.0);   glEnd();   rtri := rtri + 0.9;   rquad := rquad - 0.3;   //==========================================================================================   OpenGLPanel1.SwapBuffers; end; procedure TForm1.OnAppIdle(Sender: TObject; var Done: Boolean); begin   Done:=false;   OpenGLPanel1.Invalidate; end; [color=rgb(51, 102, 153) !important]复制代码 3.Tips     双缓冲技术     在计算机上的动画与实际的动画有些不同：实际的动画都是先画好了，播放的时候直接拿出来显示就行。计算机动画则是画一张，就拿出来一张，再画下一张，再拿出来。如果所需要绘制的图形很简单，那么这样也没什么问题。但一旦图形比较复杂，绘制需要的时间较长，问题就会变得突出。     让我们把计算机想象成一个画图比较快的人，假如他直接在屏幕上画图，而图形比较复杂，则有可能在他只画了某幅图的一半的时候就被观众看到。而后面虽然他把画补全了，但观众的眼睛却又没有反应过来，还停留在原来那个残缺的画面上。也就是说，有时候观众看到完整的图象，有时却又只看到残缺的图象，这样就造成了屏幕的闪烁。     如何解决这一问题呢？我们设想有两块画板，画图的人在旁边画，画好以后把他手里的画板与挂在屏幕上的画板相交换。这样以来，观众就不会看到残缺的画了。这一技术被应用到计算机图形中，称为双缓冲技术。即：在存储器（很有可能是显存）中开辟两块区域，一块作为发送到显示器的数据，一块作为绘画的区域，在适当的时候交换它们。由于交换两块内存区域实际上只需要交换两个指针，这一方法效率非常高，所以被广泛的采用。     注意：虽然绝大多数平台都支持双缓冲技术，但这一技术并不是OpenGL标准中的内容。OpenGL为了保证更好的可移植性，允许在实现时不使用双缓冲技术。当然，我们常用的PC都是支持双缓冲技术的。     要启动双缓冲功能，最简单的办法就是使用GLUT工具包。我们以前在main函数里面写：     glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_SINGLE);     其中GLUT_SINGLE表示单缓冲，如果改成GLUT_DOUBLE就是双缓冲了。 TOpenGLPanel默认开启双缓冲     IDLE     OnPaint意思是对系统说：如果你需要绘制窗口了，请调用这个函数。为什么我们不直接调用，而要采用这种看似“舍近求远”的做法呢？原因在于——我们自己的程序无法掌握究竟什么时候该绘制窗口。因为一般的窗口系统——拿我们熟悉一点的来说——Windows和X窗口系统，都是支持同时显示多个窗口的。假如你的程序窗口碰巧被别的窗口遮住了，后来用户又把原来遮住的窗口移开，这时你的窗口需要重新绘制。很不幸的，你无法知道这一事件发生的具体时间。因此这一切只好委托操作系统来办了。    为了产生“动”画，基本思路是：绘制，然后等待一段时间；再绘制，再等待一段时间。但如果去掉等待的时间，就变成了绘制，绘制，……，不停的绘制。——当然了，资源是公用的嘛，杀毒软件总要工作吧？我的下载不能停下来吧？我的mp3播放还不能给耽搁了。总不能因为我们的动画，让其他的工作都停下来。因此，我们需要在CPU空闲的时间绘制。 Application.AddOnIdleHandler(@OnAppIdle); [color=rgb(51, 102, 153) !important]复制代码

Angel丶L

逛一逛，瞧一瞧，顶一顶，没坏处