OpenGL 和 gluLookAt 函数

Question

我有函数 moveCamera() 可以围绕中心球体旋转相机。

void moveCamera()
{
    glLoadIdentity();
    int vec = ceil(theta / 3.1415);
    int y;
    if (vec%2)
        y = 1;
    else
        y = -1;
    gluLookAt(e_x, e_y, e_z, 0, 0, 0, 0, y, 0);
}

此函数在 display() 中调用

void display()
{
    glClearColor(0, 0, 0, 1);
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
    glLoadIdentity();

    moveCamera();

    glCallList(idList);

    GLfloat pos[] = {0, 0, 0, 1};
    glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, pos);

    glFinish();
}

在这种情况下一切正常。但是我注意到了一些我无法解释的事情。

例如，如果我像这样修改 display() 函数以在 X 轴方向绘制红线

void display()
{
    glClearColor(0, 0, 0, 1);
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
    glLoadIdentity();

    glColor3ub(255, 0, 0);
    glLineWidth(5);
    glBegin(GL_LINES);
        glVertex3i(0, 0, 0);
        glVertex3i(1000, 0, 0);
    glEnd();

    moveCamera();

    glCallList(idList);

    GLfloat pos[] = {0, 0, 0, 1};
    glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, pos);

    glFinish();
}

...什么都没发生。为什么？？？

另一个，如果我在 glClear() 之后删除 glLoadIdentity()，红线将被绘制，但是当我通过键盘按钮移动相机时，我看到渲染这条线时出现了一些错误（该线改变了它们的绘制坐标） .为了看到它，运行我的代码。

完整代码：

#include <iostream>
#include <glut.h>
#include <math.h>
#include <QDebug>
using namespace std;

#define WIDTH 1024
#define HEIGHT 600

void display();
void reshape(int width, int height);
void keyboard(unsigned char key, int x, int y);
void moveCamera();
void init();
void mkList();
void enableLight();
//double z(const double &x, const double &y);
void printMatrix(double *m)
{
    for (int i = 0; i < 4; i++)
        qDebug() << QString("%1   %2   %3   %4").arg(m[i*4]).arg(m[i*4+1]).arg(m[i*4+2]).arg(m[i*4+3]);
    qDebug() << "\n";
}

GLuint idList = 0;

double e_x = 0;
double e_y = 0;
double e_z = 0;
double r = 300;
double phi = 0;
double theta = 1.5;

int main(int argc, char **argv)
{
    glutInit(&argc, argv);
    glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_DEPTH);
    glutInitWindowSize(WIDTH, HEIGHT);
    glutInitWindowPosition(30, 100);
    glutCreateWindow("Lab#2");
    glutDisplayFunc(display);
    glutReshapeFunc(reshape);
    glutKeyboardFunc(keyboard);

    glEnable(GL_DEPTH_TEST);
    init();
    mkList();
    enableLight();

    glutMainLoop();
    return 0;
}

void display()
{
    glClearColor(0, 0, 0, 1);
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
    glLoadIdentity();

    glColor3ub(255, 0, 0);
    glLineWidth(5);
    glBegin(GL_LINES);
        glVertex3i(0, 0, 0);
        glVertex3i(1000, 0, 0);
    glEnd();

    moveCamera();

    glCallList(idList);

    GLfloat pos[] = {0, 0, 0, 1};
    glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, pos);

    glFinish();
}

void reshape(int width, int height)
{
    glViewport(0, 0, width, height);
    glMatrixMode(GL_PROJECTION);
    glLoadIdentity();
    gluPerspective(45, 2, 100, 2000);
    glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
    glLoadIdentity();
}

void keyboard(unsigned char key, int x, int y)
{
#define ESCAPE '3'

    switch (key)
    {
    case ESCAPE:
        exit(0);
        break;
    case 's':
        theta += 0.1;
        break;
    case 'w':
        theta -= 0.1;
        break;
    case 'a':
        phi += 0.1;
        break;
    case 'd':
        phi -= 0.1;
        break;
    case 'q':
        r-=5;
        break;
    case 'e':
        r+=5;
        break;
    default:
        break;
    }
    e_x = r * sin(theta) * cos(phi);
    e_z = r * sin(theta) * sin(phi);
    e_y = r * cos(theta);
    glutPostRedisplay();
}

void moveCamera()
{
    glLoadIdentity();
    int vec = ceil(theta / 3.1415);
    int y;
    if (vec%2)
        y = 1;
    else
        y = -1;
    gluLookAt(e_x, e_y, e_z, 0, 0, 0, 0, y, 0);
}

void init()
{
    e_x = r * sin(theta) * cos(phi);
    e_z = r * sin(theta) * sin(phi);
    e_y = r * cos(theta);
}

void mkList()
{
    int idInnerList = glGenLists(1);
    glNewList(idInnerList, GL_COMPILE);

    glColor3ub(255, 0, 0);
    glPushMatrix();
    glTranslatef(-200, 0, 0);
    glutWireSphere(50, 10, 10);
    glPopMatrix();

    glColor3ub(0, 255, 0);
    glPushMatrix();
    glTranslatef(200, 0, 0);
    glutSolidCube(100);
    glPopMatrix();

    glEndList();

    idList = glGenLists(1);
    glNewList(idList, GL_COMPILE);
    glCallList(idInnerList);

    glPushMatrix();
    glTranslatef(0, 0, 200);
    glCallList(idInnerList);
    glPopMatrix();

    glPushMatrix();
    glTranslatef(0, 0, -200);
    glCallList(idInnerList);
    glPopMatrix();
    glEndList();
}

void enableLight()
{
    glEnable(GL_LIGHTING);

    glEnable(GL_COLOR_MATERIAL);
    glColorMaterial(GL_FRONT_AND_BACK, GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE);

    GLfloat diffuse[] = {0.7, 0.7, 0.7, 1};

    glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, diffuse);

    glEnable(GL_LIGHT0);
}

Answer 1

首先，我想说的是：现在是 2016 年 - 不要使用旧版 OpenGL。在您最喜欢的搜索引擎的帮助下阅读现代 OpenGL。

如果 "nothing happened" 你的意思是 "i couldn't see the red line" 并且如果我正确理解你的代码，那只是因为该行将被完全剪裁。让我解释一下。

影响 display() 内部顶点变换的第一件事是调用 glLoadIdentity()。这会将当前矩阵堆栈的顶部设置为单位矩阵 I。假设当前堆栈是 MODELVIEW 并且当前投影矩阵 P 是 reshape() 中设置的那个，那么您的行将从 local-space 进行以下转换进入剪辑-space:

Vx_clip = P * I * Vx_local
Vy_clip = P * I * Vy_local

鉴于模型-视图矩阵是恒等式，两个局部坐标将在 world-space 中保持不变，然后再转换为 clip-space。由于您的近平面位于 z=-100，因此该线将完全超出平截头体，即不在近平面和远平面之间的 space 中，因此会被完全剪裁。这在数学上有点复杂，但在概念上是准确的。

你可以通过这样定义红线来说服自己

glVertex3i(-500, 0, -100);
glVertex3i(500, 0, -100);

现在，即使使用恒等模型-视图矩阵，线的一部分也将位于平截头体内，因为它与近平面部分相交，因此不能完全剪裁。

如果您在渲染红线之前通过调用moveCamera() 首先应用非身份模型视图矩阵，您还可以部分看到红线。为什么？好吧，假设您选择了极坐标，以便相机仍然朝 (0, 0, -z) 方向看，然后使用给定的半径，您将相机定义为在世界中的 (0, 0, 300)-space，其中 gluLookAt() 将映射到一个变换矩阵，该矩阵将简单地向两个顶点添加 (0, 0, -300) 的平移。

给定直线的初始定义和新的模型视图矩阵，在左乘模型视图矩阵后，直线的顶点将位于 (0, 0, -300) 和 (1000, 0, -300)。通过左乘投影矩阵转换为 clip-space 后，该线将仅被部分剪裁，因此可见。

正如我所说，这要复杂得多，事实上，这只是完整顶点变换管道的一部分。阅读 this and this 以获取有关顶点变换主题的数学论文。这是计算机图形学 101。请注意：专注于数学，而不是您不幸在那里看到的遗留物 API 的使用。

OpenGL 和 gluLookAt 函数

OpenGL and gluLookAt function

opengl

glut