OpenGL超級寶典學習筆記——曲線和曲面（一）

內部支持的表面

GLU庫中提供了一些二次曲面的支持。這些二次方程可以渲染球體，圓柱體，圓盤。這些函數有很大的靈活性，我們可以指定圓柱體的一端的半徑，然後讓另一端的半徑為0，這樣的話就能構建一個圓錐。我們還可以繪制一個有洞的圓盤。如下圖：

這些二次方程對象可以構建出更復雜的模型，例如我們可以用球體，圓柱體，圓錐，圓盤來構建一個3D坐標系的模型。在glTools中有提供了這個函數：

void gltdDrawUnitAxes();

設置二次方程狀態

在繪制二次方程對象之前，我們可以為其制定法線向量，紋理坐標等。如果我們每次在繪制這些二次方程對象時，把這些可選項都通過參數的方式傳遞，那工作量就變得很大。所以OpenGL用二次方程狀態對象的方式來實現，這樣我們可以通過一些函數來設置這個二次方程狀態對象，以後每次繪制二次方程對象的時候只要傳遞這個二次方程狀態，OpenGL就知道是以什麼樣的方式繪制二次方程對象了。（利用面向對象的方式來達到復用的目的）。

步驟是：

1. 首先我們創建一個二次方程狀態對象.
2. 調用函數設置二次方程狀態
3. 以二次方程狀態對象作為參數，傳到繪制二次方程的函數
4. 使用完之後銷毀。

GLUquadricObj *pObj; //創建二次方程狀態對象 pObj = gluNewQuadric(); //設置二次方程狀態 gluQuadricDrawStyle(pObj, GLU_LINE);
... //銷毀 gluDeleteQuadric(pObj);

GLU庫的gluNewQuadric()方法不僅僅為GLUQuadricObj對象申請了內存空間，而且還初始化了一些默認值。GLU庫有四個函數可以修改這個二次方程對象的狀態：

void gluQuadricDrawStyle(GLUquadricObj *obj, GLenum drawStyle);

第一個參數是二次方程對象狀態的指針，第二個參數的枚舉值如下表：

常量 描述 GLU_FILL 二次方程對象畫成實體 GLU_LINE 二次方程對象畫成線框 GLU_POINT 二次方程對象畫成一組頂點的集合 GLU_SILHOUETTE 類似於線框，但相鄰的多邊形的邊不被繪制。

void gluQuadricNormals(GLUquadricObj *pbj, GLenum normals);

上面的這個函數指定二次方程對象如何生成法線。第二個參數可以是：GLU_NONE不生成法線，GLU_FLAT扁平法線，GLU_SMOOTH平滑法線。

如果指定的是平滑法線，那麼每個頂點都指定了一條法線，垂直於被模擬的表面，這樣可以產生一個平滑的表面。扁平法線是所有的法線都是面法線，垂直於三角形（多邊形）面。

goid gluQuadricOrientation(GLUQuadricObj *obj, GLenum orientation);

上面的這個函數可以指定法線的朝向，指向外面還是只想裡面。orientation可以是GLU_OUTSIDE或者是GLU_INSIDE這兩個值。OpenGL默認是以GL_CCW逆時針為正方向的。

最後，我們還可以為二次方程表面指定紋理坐標，通過下面的函數調用來實現：

void gluQuadsricTexture(GLUquadricObj *obj, GLenum textureCoords);

textureCoords這個參數可以是GL_TRUE或者GL_FALSE.當為球體和圓柱體生成紋理坐標時，紋理是對稱地環繞在球體和圓柱體的表面的。如果應用到圓盤上，那麼紋理的中心就是圓盤的中心，然後以線性插值的方式擴展到圓盤的邊界。

繪制二次方程圖形

void gluSphere(GLUQuadricObj *obj, GLdouble radius, GLint slices, GLint stacks);

上面的函數式繪制球體的函數。第一個參數是指向二次方程狀態的指針，第二個參數是球體的半徑。第三個參數可以理解為地球的經線的條數。最後一個參數可以理解為緯線的條數。

...
   gltDrawUnitAxes();
    GLUquadricObj *quadricObj = gluNewQuadric();
    gluQuadricDrawStyle(quadricObj, GLU_LINE);
    gluSphere(quadricObj, 0.8, 26, 13);
...

我們可以通過指定底部的半和頂部的半徑(方向是沿z軸正方向向外），還有高度(即圓柱體的長度)來繪制一個圓柱體。繪制圓柱體的函數如下：

void gluCylinder(GLUquadricObj *obj, GLdouble baseRadius, GLdouble topRadius, GLdouble height, GLint slices, GLint stacks);

    gltDrawUnitAxes();
    GLUquadricObj *quadricObj = gluNewQuadric();
    gluQuadricDrawStyle(quadricObj, GLU_LINE);
    gluCylinder(quadricObj, 0.7, 0.7, 2, 26, 13);

把頂部半徑設置為0.

gluCylinder(quadricObj, 0.7, 0.0, 2, 26, 13);

繪制圓盤的函數

void gluDisk(GLUquadricObj *obj, GLdouble innerRadius, GLdouble outerRadius, GLint slices, GLint loops);

指定內半徑為0才是實心的圓盤。

gluDisk(quadricObj, 0.0, 0.7, 26, 13);

gluDisk(quadricObj, 0.2, 0.7, 26, 13); 中間有洞的圓盤。

用二次方程進行建模

下面是一個雪人的例子。這個雪人由3個雪球堆成，由兩個小眼睛和一個鼻子。還帶了一頂帽子。步驟如下：

1. 先從底部向上使用gluSphere函數繪制三個雪球（使用平移glTranslate)
2. 用gluSphere再繪制兩個眼睛，用gluCylinder繪制一個圓錐形的鼻子
3. 使用gluCylinder繪制圓柱體的帽子，再使用gluDisk畫帽子的邊。

代碼示例如下：

#include "gltools.h" #include "math3d.h" #include "glframe.h" #include <stdio.h>

GLFrame objFrame; void SetupRC()
{
  glClearColor(0.3f, 0.3f, 0.5f, 1.0f); //開啟深度檢測，消除隱藏面 glEnable(GL_DEPTH_TEST);
  glEnable(GL_CULL_FACE);
  glCullFace(GL_BACK);
  glFrontFace(GL_CCW); //開啟光照 GLfloat whiteLight[] = {0.05f, 0.05f, 0.05f, 1.0f};
  GLfloat sourceLight[] = {0.25f, 0.25f, 0.25f, 1.0f};
  GLfloat lightPos[] = {-5.0f, 15.0f, 5.0f, 1.0f};

  glEnable(GL_LIGHTING);
  glLightModelfv(GL_LIGHT_MODEL_AMBIENT, whiteLight);
  glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE, sourceLight);
  glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, lightPos);
  glEnable(GL_LIGHT0); //開啟顏色追蹤 glColorMaterial(GL_FRONT, GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE);
  glEnable(GL_COLOR_MATERIAL);

} void ChangeSize(GLsizei w, GLsizei h)
{ if (h == 0)
    h = 1;

  glViewport(0, 0, w, h);
  GLfloat aspect = (GLfloat)w/(GLfloat)h;

  glMatrixMode(GL_PROJECTION);
  glLoadIdentity();

  gluPerspective(35.0, aspect, 1.0, 40.0);

  glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
  glLoadIdentity();
} void RenderScene()
{
  glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT); //設置二次方程的狀態 GLUquadricObj *quadricObj = gluNewQuadric();
  gluQuadricNormals(quadricObj, GLU_SMOOTH);

  glPushMatrix();
    glTranslatef(0.0f, -.6f, -8.0f);
    objFrame.ApplyCameraTransform();
    glPushMatrix(); //畫三個雪球 glColor3f(1.0f, 1.0f, 1.0f);
      gluSphere(quadricObj, .65f, 26, 13);

      glTranslatef(0.0f, 0.85f, 0.0f);
      gluSphere(quadricObj, 0.42f, 26, 13);

      glTranslatef(0.0f, 0.63f, 0.0f);
      gluSphere(quadricObj, 0.36f, 26, 13); //畫兩個眼睛 glTranslatef(-0.2f, 0.1f, 0.31f);
      glColor3f(0.0f, 0.0f, 0.0f);
      gluSphere(quadricObj, 0.05f, 26, 13);

      glTranslatef(0.4f, 0.0f, 0.0f);
      gluSphere(quadricObj, 0.05f, 26,13); //畫一個鼻子 glTranslatef(-0.2f, -0.08f, 0.03f);
      glColor3f(1.0f, 0.3f, 0.3f);
      gluCylinder(quadricObj, 0.04f, 0.0f, 0.6f, 26, 13);
    glPopMatrix(); //畫帽子 glPushMatrix();
      glColor3f(0.0f, 0.0f, 0.0f);
      glTranslatef(0.0f, 2.2f, 0.0f);
      glRotatef(90.0, 1.0f, 0.0f, 0.0f);
      gluCylinder(quadricObj, 0.2f, 0.2f, 0.4f, 26, 13);

      glDisable(GL_CULL_FACE);
      gluDisk(quadricObj, 0.17f, 0.2f, 26, 13);

      glTranslatef(0.0f, 0.0f, 0.40f);
      gluDisk(quadricObj, 0.0f, 0.4f, 26, 13);
      glEnable(GL_CULL_FACE);
    glPopMatrix();

  glPopMatrix();
  glutSwapBuffers();
} //通過按鍵來移動和旋轉 void SpecialKey(int value, int x, int y)
{ if (value == GLUT_KEY_RIGHT)
  {
    objFrame.RotateLocalY(0.5f);
  } if (value == GLUT_KEY_LEFT)
  {
    objFrame.RotateLocalY(-0.5f);
  } if (value == GLUT_KEY_UP)
  {
    objFrame.MoveUp(0.5f);
  } if (value == GLUT_KEY_DOWN)
  {
    objFrame.MoveUp(-0.5f);
  }

  glutPostRedisplay();
} int main(int args, char **argv)
{
  glutInit(&args, argv);
  glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_DEPTH | GLUT_RGBA);
  glutInitWindowSize(800, 600);
  glutCreateWindow("snowman");

  glutDisplayFunc(RenderScene);
  glutReshapeFunc(ChangeSize);
  SetupRC();

  glutSpecialFunc(SpecialKey);
  glutMainLoop(); return 0;
}

OpenGL超級寶典 第4版 中文版PDF+英文版+源代碼 見 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-10/91413.htm

OpenGL編程指南（原書第7版）中文掃描版PDF 下載 http://www.linuxidc.com/Linux/2012-08/67925.htm

OpenGL 渲染篇 http://www.linuxidc.com/Linux/2011-10/45756.htm

Ubuntu 13.04 安裝 OpenGL http://www.linuxidc.com/Linux/2013-05/84815.htm

OpenGL三維球體數據生成與繪制【附源碼】 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-04/83235.htm

Ubuntu下OpenGL編程基礎解析 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-03/81675.htm

如何在Ubuntu使用eclipse for c++配置OpenGL http://www.linuxidc.com/Linux/2012-11/74191.htm

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