掌握OpenGL投射方式，构建交互式3D世界

2024-02-14 07:21:24

OpenGL 投射方式、存储着色器和基本图元连接：塑造虚拟世界的基本构建模块

踏入计算机图形的迷人世界，我们遇到了一组强大的工具，使我们能够将想象中的三维 (3D) 世界变为现实。其中最基本但又至关重要的技术之一就是 OpenGL 投射方式、存储着色器和基本图元连接。它们共同构成了计算机图形领域的基础，使我们能够创建逼真、交互式且引人入胜的 3D 体验。

什么是 OpenGL 投射方式？

投影方式是三维数据如何转换为二维屏幕图像的关键。OpenGL 提供了两种主要投射方式：正交投影和透视投影。

正交投影： 物体以恒定大小绘制，无论它们在空间中的距离如何。这在工程可视化和计算机辅助设计 (CAD) 中非常有用。
透视投影： 模拟人眼的感知方式，近处物体看起来更大，远处物体看起来更小。这在创建逼真的 3D 场景中很常见。

存储着色器：释放图形处理的潜力

着色器是 OpenGL 中用来执行像素着色操作的程序。它们允许我们应用纹理、添加照明并执行后期处理等各种效果。存储着色器存储在显卡中，提供比传统着色器更高的性能和效率。

基本图元连接：构建几何形状

基本图元连接定义了如何将顶点组合在一起以形成几何形状。OpenGL 支持各种图元，包括点、线和多边形。通过将这些图元连接在一起，我们可以创建复杂的三维模型。

将它们付诸实践：一个旋转立方体的示例

为了将这些概念付诸实践，让我们构建一个简单的示例，其中我们创建一个旋转的立方体。

// 设置透视投影
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
gluPerspective(45.0f, 1.0f, 0.1f, 100.0f);

// 设置正交投影
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
glOrtho(-1.0f, 1.0f, -1.0f, 1.0f, -1.0f, 1.0f);

// 启用存储着色器
glUseProgram(shaderProgram);

// 设置图元连接为三角形
glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_FILL);

// 设置顶点数据
GLfloat vertices[] = {
    -0.5f, -0.5f, -0.5f,  // 前
     0.5f, -0.5f, -0.5f,  // 前
     0.5f,  0.5f, -0.5f,  // 前
    -0.5f,  0.5f, -0.5f,  // 前
    -0.5f, -0.5f,  0.5f,  // 后
     0.5f, -0.5f,  0.5f,  // 后
     0.5f,  0.5f,  0.5f,  // 后
    -0.5f,  0.5f,  0.5f,  // 后
};

// 设置索引数据
GLuint indices[] = {
    0, 1, 2, 0, 2, 3,  // 前
    4, 5, 6, 4, 6, 7,  // 后
    0, 4, 5, 0, 5, 1,  // 左
    2, 6, 7, 2, 7, 3,  // 右
    1, 5, 6, 1, 6, 2,  // 上
    0, 4, 7, 0, 7, 3   // 下
};

// 创建缓冲对象
GLuint VBO, EBO, VAO;
glGenBuffers(1, &VBO);
glGenBuffers(1, &EBO);
glGenVertexArrays(1, &VAO);

// 绑定VAO
glBindVertexArray(VAO);

// 绑定VBO
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);

// 绑定EBO
glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, EBO);
glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(indices), indices, GL_STATIC_DRAW);

// 设置顶点属性
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(GLfloat), (void*)0);
glEnableVertexAttribArray(0);

// 渲染循环
while (true) {
    // 清除颜色缓冲区
    glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

    // 旋转立方体
    glRotatef(0.5f, 0.0f, 1.0f, 0.0f);

    // 绘制立方体
    glDrawElements(GL_TRIANGLES, 36, GL_UNSIGNED_INT, 0);

    // 交换前后缓冲区
    glutSwapBuffers();
}