Qt5版NeHe OpenGL教程之九：加載3D世界，并在其中漫游

時間：2019-07-08 14:00:01

關鍵字： nehe opengl

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[導讀]這一課就要解釋一個基本的3D世界"結(jié)構(gòu)"，以及如何在這個世界里游走。lesson9.h#ifndef?LESSON9_H #define?LESSON9_H #include#include#inc

這一課就要解釋一個基本的3D世界"結(jié)構(gòu)"，以及如何在這個世界里游走。

lesson9.h

#ifndef?LESSON9_H
#define?LESSON9_H

#include#include#include#include//三角形本質(zhì)上是由一些(兩個以上)頂點組成的多邊形，頂點同時也是我們的最基本的分類單位。
//頂點包含了OpenGL真正感興趣的數(shù)據(jù)。我們用3D空間中的坐標值(x,y,z)以及它們的紋理坐標(u,v)來定義三角形的每個頂點。
typedef?struct?tagVERTEX	//?創(chuàng)建Vertex頂點結(jié)構(gòu)
{
????float?x,?y,?z;			//?3D?坐標
????float?u,?v;				//?紋理坐標
}?VERTEX;					//?命名為VERTEX
//一個sector(區(qū)段)包含了一系列的多邊形，所以下一個目標就是triangle(我們將只用三角形，這樣寫代碼更容易些)。
typedef?struct?tagTRIANGLE	//?創(chuàng)建Triangle三角形結(jié)構(gòu)
{
????VERTEX?vertex[3];	????//?VERTEX矢量數(shù)組，大小為3
}TRIANGLE;??????????????????//?命名為?TRIANGLE
typedef?struct?tagSECTOR	//?創(chuàng)建Sector區(qū)段結(jié)構(gòu)
{
????int?numtriangles;		//?Sector中的三角形個數(shù)
????TRIANGLE*?triangle;		//?指向三角數(shù)組的指針
}?SECTOR;					//?命名為SECTOR

const?float?piover180?=?0.0174532925f;

class?QPainter;
class?QOpenGLContext;
class?QOpenGLPaintDevice;

class?Lesson9?:?public?QWindow,?QOpenGLFunctions_1_1
{
????Q_OBJECT
public:
????explicit?Lesson9(QWindow?*parent?=?0);
????~Lesson9();

????virtual?void?render(QPainter?*);
????virtual?void?render();
????virtual?void?initialize();

public?slots:
????void?renderNow();

protected:
????void?exposeEvent(QExposeEvent?*);
????void?resizeEvent(QResizeEvent?*);
????void?keyPressEvent(QKeyEvent?*);?//?鍵盤事件

private:
????void?setupWorld();
????void?readStr(QTextStream?*stream,?QString?&string);
????void?loadGLTexture();

private:
????QOpenGLContext?*m_context;

????SECTOR?m_sector1;

????GLfloat?m_yrot;
????GLfloat?m_xpos;
????GLfloat?m_zpos;
????GLfloat?m_heading;
????GLfloat?m_walkbias;
????GLfloat?m_walkbiasangle;
????GLfloat?m_lookupdown;

????GLuint	m_filter;
????GLuint	m_texture[3];
};

#endif?//?LESSON9_H

lessson9.cpp

#include?"lesson9.h"

#include#include#include#include#include#includeLesson9::Lesson9(QWindow?*parent)?:
????QWindow(parent)
??,?m_context(0)
??,?m_yrot(0.0f)
??,?m_xpos(0.0f)
??,?m_zpos(0.0f)
??,?m_heading(0.0f)
??,?m_walkbias(0.0f)
??,?m_walkbiasangle(0.0f)
??,?m_lookupdown(0.0f)
??,?m_filter(0)
{
????setSurfaceType(QWindow::OpenGLSurface);
}

Lesson9::~Lesson9()
{
????glDeleteTextures(3,?&m_texture[0]);
}

void?Lesson9::render(QPainter?*painter)
{
????Q_UNUSED(painter);
}
//顯示世界
//現(xiàn)在區(qū)段已經(jīng)載入內(nèi)存，我們下一步要在屏幕上顯示它。到目前為止，我們所作過的都是些簡單的旋轉(zhuǎn)和平移。
//但我們的鏡頭始終位于原點(0，0，0)處。任何一個不錯的3D引擎都會允許用戶在這個世界中游走和遍歷，我們的這個也一樣。
//實現(xiàn)這個功能的一種途徑是直接移動鏡頭并繪制以鏡頭為中心的3D環(huán)境。這樣做會很慢并且不易用代碼實現(xiàn)。我們的解決方法如下：
//圍繞原點，以與鏡頭相反的旋轉(zhuǎn)方向來旋轉(zhuǎn)世界。(讓人產(chǎn)生鏡頭旋轉(zhuǎn)的錯覺)。
//以與鏡頭平移方式相反的方式來平移世界(讓人產(chǎn)生鏡頭移動的錯覺)。
void?Lesson9::render()
{
????glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

????glViewport(0,0,(GLint)width(),(GLint)height());?//?重置當前視口
????glMatrixMode(GL_PROJECTION);????????????????????//?選擇投影矩陣
????glLoadIdentity();???????????????????????????????//?重置投影矩陣為單位矩陣
????gluPerspective(45.0f,(GLdouble)width()/(GLdouble)height(),0.1f,100.0f);

????glMatrixMode(GL_MODELVIEW);//?選擇模型視圖矩陣
????glLoadIdentity();??????????//?重置模型視圖矩陣為單位矩陣

????GLfloat?x_m,?y_m,?z_m,?u_m,?v_m;????????//?頂點的臨時?X,?Y,?Z,?U?和?V?的數(shù)值
????GLfloat?xtrans?=?-m_xpos;				//?用于游戲者沿X軸平移時的大小
????GLfloat?ztrans?=?-m_zpos;				//?用于游戲者沿Z軸平移時的大小
????GLfloat?ytrans?=?-m_walkbias-0.25f;		//?用于頭部的上下擺動
????GLfloat?sceneroty?=?360.0f?-?m_yrot;	//?位于游戲者方向的360度角
????int?numtriangles;						//?保有三角形數(shù)量的整數(shù)
????glRotatef(m_lookupdown,?1.0f,?0?,0);????//?上下旋轉(zhuǎn)
????glRotatef(sceneroty,?0,?1.0f,?0);		//?左右旋轉(zhuǎn)
????glTranslatef(xtrans,?ytrans,?ztrans);	//?以游戲者為中心的平移場景
????glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,?m_texture[m_filter]);	???//?根據(jù)filter選擇的紋理
????numtriangles?=?m_sector1.numtriangles;				???//?取得Sector1的三角形數(shù)量
????for?(int?loop_m?=?0;?loop_m?<?numtriangles;?loop_m++)??//?遍歷所有的三角形
????{
????????glBegin(GL_TRIANGLES);					????????//?開始繪制三角形
????????x_m?=?m_sector1.triangle[loop_m].vertex[0].x;	//?第一點的?X?分量
????????y_m?=?m_sector1.triangle[loop_m].vertex[0].y;	//?第一點的?Y?分量
????????z_m?=?m_sector1.triangle[loop_m].vertex[0].z;	//?第一點的?Z?分量
????????u_m?=?m_sector1.triangle[loop_m].vertex[0].u;	//?第一點的?U??紋理坐標
????????v_m?=?m_sector1.triangle[loop_m].vertex[0].v;	//?第一點的?V??紋理坐標

????????glTexCoord2f(u_m,v_m);?glVertex3f(x_m,y_m,z_m);	//?設置紋理坐標和頂點
????????x_m?=?m_sector1.triangle[loop_m].vertex[1].x;	//?第二點的?X?分量
????????y_m?=?m_sector1.triangle[loop_m].vertex[1].y;	//?第二點的?Y?分量
????????z_m?=?m_sector1.triangle[loop_m].vertex[1].z;	//?第二點的?Z?分量
????????u_m?=?m_sector1.triangle[loop_m].vertex[1].u;	//?第二點的?U??紋理坐標
????????v_m?=?m_sector1.triangle[loop_m].vertex[1].v;	//?第二點的?V??紋理坐標

????????glTexCoord2f(u_m,v_m);?glVertex3f(x_m,y_m,z_m);	//?設置紋理坐標和頂點
????????x_m?=?m_sector1.triangle[loop_m].vertex[2].x;	//?第三點的?X?分量
????????y_m?=?m_sector1.triangle[loop_m].vertex[2].y;	//?第三點的?Y?分量
????????z_m?=?m_sector1.triangle[loop_m].vertex[2].z;	//?第三點的?Z?分量
????????u_m?=?m_sector1.triangle[loop_m].vertex[2].u;	//?第二點的?U??紋理坐標
????????v_m?=?m_sector1.triangle[loop_m].vertex[2].v;	//?第二點的?V??紋理坐標
????????glTexCoord2f(u_m,v_m);?glVertex3f(x_m,y_m,z_m);	//?設置紋理坐標和頂點
????????glEnd();						????????????????//?三角形繪制結(jié)束
????}
}

void?Lesson9::initialize()
{
????loadGLTexture();??????????????????????//?加載紋理
????glEnable(GL_TEXTURE_2D);??????????????//?啟用紋理映射
????glShadeModel(GL_SMOOTH);??????????????//?啟用平滑著色
????glClearColor(0.0f,?0.0f,?0.0f,?0.0f);?//?黑色背景
????glClearDepth(1.0f);???????????????????//?設置深度緩存
????glEnable(GL_DEPTH_TEST);??????????????//?啟用深度測試
????glDepthFunc(GL_LEQUAL);???????????????//?深度測試類型
????//?接著告訴OpenGL我們希望進行最好的透視修正。這會十分輕微的影響性能。但使得透視圖看起來好一點。
????glHint(GL_PERSPECTIVE_CORRECTION_HINT,?GL_NICEST);

????setupWorld();
}

void?Lesson9::renderNow()
{
????if?(!isExposed())
????????return;

????bool?needsInitialize?=?false;

????if?(!m_context)?{
????????m_context?=?new?QOpenGLContext(this);
????????m_context->setFormat(requestedFormat());
????????m_context->create();

????????needsInitialize?=?true;
????}

????m_context->makeCurrent(this);

????if?(needsInitialize)?{
????????initializeOpenGLFunctions();
????????initialize();
????}

????render();

????m_context->swapBuffers(this);
}

//載入文件
//在程序內(nèi)部直接存儲數(shù)據(jù)會讓程序顯得太過死板和無趣。從磁盤上載入世界資料，會給我們帶來更多的彈性，可以讓我們體驗不同的世界，
//而不用被迫重新編譯程序。另一個好處就是用戶可以切換世界資料并修改它們而無需知道程序如何讀入輸出這些資料的。
//數(shù)據(jù)文件的類型我們準備使用文本格式。這樣編輯起來更容易，寫的代碼也更少。等將來我們也許會使用二進制文件。
//問題是，怎樣才能從文件中取得數(shù)據(jù)資料呢？首先，創(chuàng)建一個叫做SetupWorld()的新函數(shù)。把這個文件定義為file，并且使用只讀方式打開文件。
//我們必須在使用完畢之后關閉文件。大家一起來看看現(xiàn)在的代碼：
void?Lesson9::setupWorld()
{
????QFile?file(":/world/World.txt");
????if(!file.open(QIODevice::ReadOnly))
????{
????????qDebug()<<"Can't?open?world?file.";
????????return;
????}

????QTextStream?stream(&file);
????//我們對區(qū)段進行初始化，并讀入部分數(shù)據(jù)
????QString?oneline;		//?存儲數(shù)據(jù)的字符串
????int?numtriangles;		//?區(qū)段的三角形數(shù)量
????float?x,?y,?z,?u,?v;	//?3D?和?紋理坐標

????readStr(&stream,?oneline);?//?讀入一行數(shù)據(jù)
????sscanf(oneline.toLatin1().data(),?"NUMPOLLIES?%dn",?&numtriangles);?//?讀入三角形數(shù)量

????m_sector1.triangle?=?new?TRIANGLE[numtriangles];		?//?為numtriangles個三角形分配內(nèi)存并設定指針
????m_sector1.numtriangles?=?numtriangles;					?//?定義區(qū)段1中的三角形數(shù)量
????//?遍歷區(qū)段中的每個三角形
????for?(int?triloop?=?0;?triloop?<?numtriangles;?triloop++)?//?遍歷所有的三角形
????{
????????//?遍歷三角形的每個頂點
????????for?(int?vertloop?=?0;?vertloop?<?3;?vertloop++)	?//?遍歷所有的頂點
????????{
????????????readStr(&stream,?oneline);				?????????//?讀入一行數(shù)據(jù)
????????????//?讀入各自的頂點數(shù)據(jù)
????????????sscanf(oneline.toLatin1().data(),?"%f?%f?%f?%f?%f",?&x,?&y,?&z,?&u,?&v);
????????????//?將頂點數(shù)據(jù)存入各自的頂點
????????????m_sector1.triangle[triloop].vertex[vertloop].x?=?x;	//?區(qū)段?1,??第?triloop?個三角形,?第??vertloop?個頂點,?值?x=x
????????????m_sector1.triangle[triloop].vertex[vertloop].y?=?y;	//?區(qū)段?1,??第?triloop?個三角形,?第??vertloop?個頂點,?值?y=y
????????????m_sector1.triangle[triloop].vertex[vertloop].z?=?z;	//?區(qū)段?1,??第?triloop?個三角形,?第??vertloop?個頂點,?值?z=z
????????????m_sector1.triangle[triloop].vertex[vertloop].u?=?u;	//?區(qū)段?1,??第?triloop?個三角形,?第??vertloop?個頂點,?值?u=u
????????????m_sector1.triangle[triloop].vertex[vertloop].v?=?v;	//?區(qū)段?1,??第?triloop?個三角形,?第??vertloop?個頂點,?值?v=v
????????}
????}
????//數(shù)據(jù)文件中每個三角形都以如下形式聲明:
????//X1?Y1?Z1?U1?V1
????//X2?Y2?Z2?U2?V2
????//X3?Y3?Z3?U3?V3
????file.close();
}

//將每個單獨的文本行讀入變量。這有很多辦法可以做到。一個問題是文件中并不是所有的行都包含有意義的信息。
//空行和注釋不應該被讀入。我們創(chuàng)建了一個叫做readstr()的函數(shù)。這個函數(shù)會從數(shù)據(jù)文件中讀入一個有意義的行
//至一個已經(jīng)初始化過的字符串。下面就是代碼：
void?Lesson9::readStr(QTextStream?*stream,?QString?&string)
{
????do
????{
????????string?=?stream->readLine();
????}?while?(string[0]?==?'/'?||?string[0]?==?'n'?||?string.isEmpty());
}

void?Lesson9::loadGLTexture()
{
????QImage?image(":/image/Crate.bmp");
????image?=?image.convertToFormat(QImage::Format_RGB888);
????image?=?image.mirrored();
????glGenTextures(3,?&m_texture[0]);//?創(chuàng)建紋理
????//?創(chuàng)建近鄰濾波紋理
????glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,?m_texture[0]);
????glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GL_NEAREST);
????glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GL_NEAREST);
????glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D,?0,?3,?image.width(),?image.height(),
?????????????????0,?GL_RGB,?GL_UNSIGNED_BYTE,?image.bits());

????//?創(chuàng)建線性濾波紋理
????glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,?m_texture[1]);
????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,?image.width(),?image.height(),
?????????????????0,?GL_RGB,?GL_UNSIGNED_BYTE,?image.bits());

????//?創(chuàng)建MipMapped濾波紋理
????glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,?m_texture[2]);
????glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GL_LINEAR);
????glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GL_LINEAR_MIPMAP_NEAREST);
????gluBuild2DMipmaps(GL_TEXTURE_2D,?3,?image.width(),?image.height(),
??????????????????????GL_RGB,?GL_UNSIGNED_BYTE,?image.bits());
}

void?Lesson9::exposeEvent(QExposeEvent?*event)
{
????Q_UNUSED(event);

????if?(isExposed())
????{
????????renderNow();
????}
}

void?Lesson9::resizeEvent(QResizeEvent?*event)
{
????Q_UNUSED(event);

????if?(isExposed())
????{
????????renderNow();
????}
}
//當左右方向鍵按下后，旋轉(zhuǎn)變量yrot。
//當前后方向鍵按下后，我們使用sine和cosine函數(shù)重新生成鏡頭位置(您需要些許三角函數(shù)學的知識)。
//Piover180是一個很簡單的折算因子用來折算度和弧度。
//接著您可能會問：walkbias是什么意思？這是NeHe的發(fā)明的單詞?；旧暇褪钱斎诵凶邥r頭部產(chǎn)生上下擺動的幅度。
//我們使用簡單的sine正弦波來調(diào)節(jié)鏡頭的Y軸位置。如果不添加這個而只是前后移動的話，程序看起來就沒這么棒了。
void?Lesson9::keyPressEvent(QKeyEvent?*event)
{
????int?key=event->key();
????switch(key)
????{
????case?Qt::Key_PageUp:?????//?向上旋轉(zhuǎn)場景
????{
????????m_lookupdown-=1.0f;
????????break;
????}
????case?Qt::Key_PageDown:???//?向下旋轉(zhuǎn)場景
????{
????????m_lookupdown+=1.0f;
????????break;
????}
????case?Qt::Key_Right:
????{
????????m_heading?-=1.0f;
????????m_yrot?=?m_heading;	?//?向左旋轉(zhuǎn)場景
????????break;
????}
????case?Qt::Key_Left:
????{
????????m_heading?+=?1.0f;
????????m_yrot?=?m_heading;	//?向右側(cè)旋轉(zhuǎn)場景
????????break;
????}
????case?Qt::Key_Up:
????{
????????m_xpos?-=?(float)sin(m_heading*piover180)?*?0.05f;	//?沿游戲者所在的X平面移動
????????m_zpos?-=?(float)cos(m_heading*piover180)?*?0.05f;	//?沿游戲者所在的Z平面移動
????????if?(m_walkbiasangle?>=?359.0f)					????//?如果walkbiasangle大于359度
????????{
????????????m_walkbiasangle?=?0.0f;					????????//?將walkbiasangle設為0
????????}
????????else
????????{
????????????m_walkbiasangle+=?10;					????????//?如果walkbiasangle?<?359，則增加10
????????}
????????m_walkbias?=?(float)sin(m_walkbiasangle?*?piover180)/20.0f;?//?使游戲者產(chǎn)生跳躍感
????????break;
????}
????case?Qt::Key_Down:
????{
????????m_xpos?+=?(float)sin(m_heading*piover180)?*?0.05f;	//?沿游戲者所在的X平面移動
????????m_zpos?+=?(float)cos(m_heading*piover180)?*?0.05f;	//?沿游戲者所在的Z平面移動
????????if?(m_walkbiasangle??1，減去10
????????}
????????m_walkbias?=?(float)sin(m_walkbiasangle?*?piover180)/20.0f;	?//?使游戲者產(chǎn)生跳躍感
????????break;
????}
????case?Qt::Key_F:
????{
????????m_filter+=1;
????????if(m_filter?>?2)
????????{
????????????m_filter?=?0;
????????}
????}
????}
????if(key==Qt::Key_F||key==Qt::Key_PageUp||key==Qt::Key_PageDown||key==Qt::Key_Up||key==Qt::Key_Down
????????????||key==Qt::Key_Right||key==Qt::Key_Left)
????{
????????renderNow();
????}
}

main.cpp

#include#includeint?main(int?argc,?char?*argv[])
{
????QGuiApplication?app(argc,?argv);

????QSurfaceFormat?format;
????format.setSamples(16);

????Lesson9?window;
????window.setFormat(format);
????window.resize(640,?480);
????window.show();

????return?app.exec();
}

運行效果

按鍵控制

F鍵：切換三種濾波方式

PageUp和PageDown：控制場景的上下角度

方向鍵Up和Down：控制場景的前進和后退

方向鍵Left和Right：控制場景的作用角度