【OpenGL】二十、OpenGL 矩阵变换 ( 矩阵缩放变换 | 矩阵旋转变换 | 矩阵平移变换 )

韩曙亮

发布于 2023-03-28 20:59:43

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文章目录

一、绘制三角形

先绘制一个三角形 , 矩阵变换的主题就是该三角形 ;

代码示例 :

		// 渲染场景

		// 清除缓冲区 , 
		// 使用之前设置的 glClearColor(1.0, 0.0, 0.0, 1.0) 擦除颜色缓冲区
		// 红色背景
		glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

        // 设置当前的绘制颜色 , 4 个 unsigned byte 
        // 每个颜色的分量占一个字节
        // 参数数据是 R 红色 G 绿色 B 蓝色 A 透明度
        // 下面设置的含义是白色, 绘制点的时候, 每次都使用白色绘制
        glColor4ub(255, 255, 255, 255);

		// 设置当前点的大小
		glPointSize(5.0f);

		// 设置线的宽度 
		glLineWidth(5.0f);

        //glBegin(GL_POINTS);	// 绘制点
        //glBegin(GL_LINES);	// 绘制线
		//glBegin(GL_LINE_STRIP);// 绘制前后连接的点组成的线
        //glBegin(GL_LINE_LOOP); // 绘制前后连接的点组成的线 , 并且收尾相连
        //glBegin(GL_TRIANGLES); // 绘制多个三角形
        //glBegin(GL_TRIANGLE_STRIP); // 绘制 GL_TRIANGLE_STRIP 三角形
		//glBegin(GL_TRIANGLE_FAN);	// 绘制三角形扇

		// 绘制三角形
        glBegin(GL_TRIANGLES);

		// 1. 设置白色 , glVertex3f (GLfloat x, GLfloat y, GLfloat z)
		glColor4ub(255, 255, 255, 255);
        glVertex3f(0.0f, 1.0f, -5.0f);

		// 2. 设置绿色 
		glColor4ub(0, 255, 0, 255);
		glVertex3f(-1.0f, 0.0f, -5.0f);

		// 3. 设置蓝色
		glColor4ub(0, 0, 255, 255);
		glVertex3f(1.0f, 0.0f, -5.0f);

        // 绘制三角形结束
        glEnd();

		// 将后缓冲区绘制到前台
		SwapBuffers(dc);

运行效果 :

二、选中矩阵设置

博客中简单介绍了投影矩阵和模型视图矩阵 ;

进行平移 , 缩放 , 旋转等矩阵操作 , 主要针对模型视图矩阵进行操作 ;

在进行 OpenGL 环境渲染时 , 选中了 GL_MODELVIEW 模型视图矩阵后 , 就开始了渲染 , 后面操作的矩阵都是针对该 GL_MODELVIEW 矩阵的 ;

下面的代码是设置矩阵的代码 , 之后就开始了 OpenGL 模型渲染 , 也就是说模型渲染过程中 , 全程都选中了模型矩阵 , 在渲染时进行的矩阵操作 , 都是操作的该选中的模型视图矩阵 ;

   // 矩阵环境初始化 , 主要是投影矩阵和模型矩阵 

   // ( 选中投影矩阵 ) 设置矩阵模式 , 告知 GPU 当前要操作的矩阵是投影矩阵
   glMatrixMode(GL_PROJECTION);
   // ( 给投影矩阵设置值 ) 向投影矩阵设置参数
   // 参数一 : 50.0f 是摄像机的视口角度
   // 参数二 : 800.0f / 600.0f 是窗口的宽高比
   // 参数三 : 0.1f , 可视的最近的距离
   // 参数四 : 1000.0f , 可视的最远距离
   gluPerspective(50.0f, 800.0f / 600.0f, 0.1f, 1000.0f);

   // 上述设置好了摄像机的参数 , 具体的摄像机能看什么东西 , 就需要模型视图矩阵设置

   // ( 选中模型矩阵 )
   glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
   // ( 设置模型矩阵值 ) , 这里设置的是单位矩阵
   glLoadIdentity();

下面讲的旋转 , 平移 , 变换 , 都是针对模型视图矩阵进行的操作 ;

三、矩阵缩放变换

渲染时先设置单位矩阵 ,

		// 设置单位矩阵
		glLoadIdentity();

然后调用 glScalef 方法设置缩放矩阵 , 第

个参数代表 x 分量的缩放 , 第

个参数代表 y 分量的缩放 , 第

个参数代表 z 分量的缩放 ;

		// 矩阵缩放
		// 缩放的是下面设置的点的坐标
		// 每个参数都影响 x , y , z 分量
		glScalef(2.0f, 2.0f, 1.0f);

代码示例 : 这里将 x , y 两个分量增加 2 倍 , 相应的点的 x, y 分量都乘以 2 ;

    // 主消息循环:
    while (GetMessage(&msg, nullptr, 0, 0))
    {
        if (!TranslateAccelerator(msg.hwnd, hAccelTable, &msg))
        {
            TranslateMessage(&msg);
            DispatchMessage(&msg);
        }

		// 渲染场景

		// 设置单位矩阵
		glLoadIdentity();

		// 矩阵缩放
		// 缩放的是下面设置的点的坐标
		// 每个参数都影响 x , y , z 分量
		glScalef(2.0f, 2.0f, 1.0f);


		// 清除缓冲区 , 
		// 使用之前设置的 glClearColor(1.0, 0.0, 0.0, 1.0) 擦除颜色缓冲区
		// 红色背景
		glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

        // 设置当前的绘制颜色 , 4 个 unsigned byte 
        // 每个颜色的分量占一个字节
        // 参数数据是 R 红色 G 绿色 B 蓝色 A 透明度
        // 下面设置的含义是白色, 绘制点的时候, 每次都使用白色绘制
        glColor4ub(255, 255, 255, 255);

		// 设置当前点的大小
		glPointSize(5.0f);

		// 设置线的宽度 
		glLineWidth(5.0f);

        //glBegin(GL_POINTS);	// 绘制点
        //glBegin(GL_LINES);	// 绘制线
		//glBegin(GL_LINE_STRIP);// 绘制前后连接的点组成的线
        //glBegin(GL_LINE_LOOP); // 绘制前后连接的点组成的线 , 并且收尾相连
        //glBegin(GL_TRIANGLES); // 绘制多个三角形
        //glBegin(GL_TRIANGLE_STRIP); // 绘制 GL_TRIANGLE_STRIP 三角形
		//glBegin(GL_TRIANGLE_FAN);	// 绘制三角形扇

		// 绘制三角形
        glBegin(GL_TRIANGLES);

		// 1. 设置白色 , glVertex3f (GLfloat x, GLfloat y, GLfloat z)
		glColor4ub(255, 255, 255, 255);
        glVertex3f(0.0f, 1.0f, -5.0f);

		// 2. 设置绿色 
		glColor4ub(0, 255, 0, 255);
		glVertex3f(-1.0f, 0.0f, -5.0f);

		// 3. 设置蓝色
		glColor4ub(0, 0, 255, 255);
		glVertex3f(1.0f, 0.0f, -5.0f);

        // 绘制三角形结束
        glEnd();

		// 将后缓冲区绘制到前台
		SwapBuffers(dc);

    }

执行效果 : 对比 ( 一 ) 中的三角形 , 增加了 2 倍 ;

四、矩阵旋转变换

渲染时先设置单位矩阵 ,

		// 设置单位矩阵
		glLoadIdentity();

然后调用 glRotatef 方法设置旋转矩阵 , 第 1 个参数是旋转角度 , 后面三个参数的值代表是否绕该轴旋转 , 如果对应值设置为 1 , 则绕该轴旋转 , 这里设置的是绕 z 轴旋转 30 度 ;

		// 矩阵旋转
		// glRotatef (GLfloat angle, GLfloat x, GLfloat y, GLfloat z);
		// 第 1 个参数是旋转角度 , 后面三个参数的值代表是否绕该轴旋转 , 
		// 如果对应值设置为 1 , 则绕该轴旋转 
		// 这里设置的是绕 z 轴旋转 30 度
		glRotatef(30.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);

旋转的方向确定 : 大拇指指向旋转轴的方向 , 食指指向的方向就是旋转方向 ;

代码示例 :

    // 主消息循环:
    while (GetMessage(&msg, nullptr, 0, 0))
    {
        if (!TranslateAccelerator(msg.hwnd, hAccelTable, &msg))
        {
            TranslateMessage(&msg);
            DispatchMessage(&msg);
        }

		// 渲染场景

		// 设置单位矩阵
		glLoadIdentity();

		// 矩阵缩放
		// 缩放的是下面设置的点的坐标
		// 每个参数都影响 x , y , z 分量
		//glScalef(2.0f, 2.0f, 1.0f);

		// 矩阵旋转
		// glRotatef (GLfloat angle, GLfloat x, GLfloat y, GLfloat z);
		// 第 1 个参数是旋转角度 , 后面三个参数的值代表是否绕该轴旋转 , 
		// 如果对应值设置为 1 , 则绕该轴旋转 
		// 这里设置的是绕 z 轴旋转 30 度
		glRotatef(30.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);


		// 清除缓冲区 , 
		// 使用之前设置的 glClearColor(1.0, 0.0, 0.0, 1.0) 擦除颜色缓冲区
		// 红色背景
		glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

        // 设置当前的绘制颜色 , 4 个 unsigned byte 
        // 每个颜色的分量占一个字节
        // 参数数据是 R 红色 G 绿色 B 蓝色 A 透明度
        // 下面设置的含义是白色, 绘制点的时候, 每次都使用白色绘制
        glColor4ub(255, 255, 255, 255);

		// 设置当前点的大小
		glPointSize(5.0f);

		// 设置线的宽度 
		glLineWidth(5.0f);

        //glBegin(GL_POINTS);	// 绘制点
        //glBegin(GL_LINES);	// 绘制线
		//glBegin(GL_LINE_STRIP);// 绘制前后连接的点组成的线
        //glBegin(GL_LINE_LOOP); // 绘制前后连接的点组成的线 , 并且收尾相连
        //glBegin(GL_TRIANGLES); // 绘制多个三角形
        //glBegin(GL_TRIANGLE_STRIP); // 绘制 GL_TRIANGLE_STRIP 三角形
		//glBegin(GL_TRIANGLE_FAN);	// 绘制三角形扇

		// 绘制三角形
        glBegin(GL_TRIANGLES);

		// 1. 设置白色 , glVertex3f (GLfloat x, GLfloat y, GLfloat z)
		glColor4ub(255, 255, 255, 255);
        glVertex3f(0.0f, 1.0f, -5.0f);

		// 2. 设置绿色 
		glColor4ub(0, 255, 0, 255);
		glVertex3f(-1.0f, 0.0f, -5.0f);

		// 3. 设置蓝色
		glColor4ub(0, 0, 255, 255);
		glVertex3f(1.0f, 0.0f, -5.0f);

        // 绘制三角形结束
        glEnd();

		// 将后缓冲区绘制到前台
		SwapBuffers(dc);

    }

执行结果 : 三角形绕 z 轴旋转了 30 度 ;

五、矩阵平移变换

渲染时先设置单位矩阵 ,

		// 设置单位矩阵
		glLoadIdentity();

然后调用 glTranslatef 方法设置平移矩阵 , 三个参数对应 xyz 三个方向平移的值 ;

		// 平移变换 
		// 设置 xyz 三个方向平移的值
		glTranslatef(0.0f, -2.0f, 0.0f);

代码示例 :

    // 主消息循环:
    while (GetMessage(&msg, nullptr, 0, 0))
    {
        if (!TranslateAccelerator(msg.hwnd, hAccelTable, &msg))
        {
            TranslateMessage(&msg);
            DispatchMessage(&msg);
        }

		// 渲染场景

		// 设置单位矩阵
		glLoadIdentity();

		// 矩阵缩放
		// 缩放的是下面设置的点的坐标
		// 每个参数都影响 x , y , z 分量
		//glScalef(2.0f, 2.0f, 1.0f);

		// 矩阵旋转
		// glRotatef (GLfloat angle, GLfloat x, GLfloat y, GLfloat z);
		// 第 1 个参数是旋转角度 , 后面三个参数的值代表是否绕该轴旋转 , 
		// 如果对应值设置为 1 , 则绕该轴旋转 
		// 这里设置的是绕 z 轴旋转 30 度
		//glRotatef(30.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);

		// 平移变换 
		// 设置 xyz 三个方向平移的值
		glTranslatef(0.0f, -2.0f, 0.0f);

		// 清除缓冲区 , 
		// 使用之前设置的 glClearColor(1.0, 0.0, 0.0, 1.0) 擦除颜色缓冲区
		// 红色背景
		glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

        // 设置当前的绘制颜色 , 4 个 unsigned byte 
        // 每个颜色的分量占一个字节
        // 参数数据是 R 红色 G 绿色 B 蓝色 A 透明度
        // 下面设置的含义是白色, 绘制点的时候, 每次都使用白色绘制
        glColor4ub(255, 255, 255, 255);

		// 设置当前点的大小
		glPointSize(5.0f);

		// 设置线的宽度 
		glLineWidth(5.0f);

        //glBegin(GL_POINTS);	// 绘制点
        //glBegin(GL_LINES);	// 绘制线
		//glBegin(GL_LINE_STRIP);// 绘制前后连接的点组成的线
        //glBegin(GL_LINE_LOOP); // 绘制前后连接的点组成的线 , 并且收尾相连
        //glBegin(GL_TRIANGLES); // 绘制多个三角形
        //glBegin(GL_TRIANGLE_STRIP); // 绘制 GL_TRIANGLE_STRIP 三角形
		//glBegin(GL_TRIANGLE_FAN);	// 绘制三角形扇

		// 绘制三角形
        glBegin(GL_TRIANGLES);

		// 1. 设置白色 , glVertex3f (GLfloat x, GLfloat y, GLfloat z)
		glColor4ub(255, 255, 255, 255);
        glVertex3f(0.0f, 1.0f, -5.0f);

		// 2. 设置绿色 
		glColor4ub(0, 255, 0, 255);
		glVertex3f(-1.0f, 0.0f, -5.0f);

		// 3. 设置蓝色
		glColor4ub(0, 0, 255, 255);
		glVertex3f(1.0f, 0.0f, -5.0f);

        // 绘制三角形结束
        glEnd();

		// 将后缓冲区绘制到前台
		SwapBuffers(dc);

    }

执行结果 :