实验三 OpenGL的简单交互绘制new.docx
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实验三OpenGL的简单交互绘制new
实验三OpenGL的简单交互绘制
一、实验目的
1、理解OpenGL坐标系的概念，掌握OpengGL裁剪窗口、视区、显示窗口的概念和它们之间的关系，学会计算世界坐标和屏幕坐标。
2、学会OpenGL的简单键盘交互操作。
3、学会OpenGL的简单字符绘制。
3、进一步掌握OpengGL点、直线、多边形的绘制。
二、实验环境
硬件要求：
PC机，主流配置，最好为独立显卡，显存512M以上。
软件环境：
操作系统：
WindowsXP。
语言开发工具：
MicrosoftVisualstudio2008,VisualC++。
程序框架：
Win32应用程序
三、实验内容与要求
3.1键盘交互
1、调出实验一的源代码运行，调整修改使得显示窗口在屏幕中央保持缺省大小（300*300），绘制的矩形在显示窗口中央。
如图2-1所示。
提示：
（1）添加修改窗口位置的函数glutInitWindowPosition（intx,inty）;
其中（x，y）为窗口左上角在屏幕上的位置。
（2）显示窗口的左下角坐标为（-1,-1），右上角坐标为（1,1）。
图2-1
未修改前的win32初始源程序参考如下：
/*myfirstprogram.cpp*/
#include"stdafx.h"
#include
voiddisplay（void）;
voidmyreshape（GLsizeiw,GLsizeih）;
intAPIENTRY_tWinMain（HINSTANCEhInstance,
HINSTANCEhPrevInstance,
LPTSTRlpCmdLine,
intnCmdShow）
{
UNREFERENCED_PARAMETER（hPrevInstance）;
UNREFERENCED_PARAMETER（lpCmdLine）;
char*argv[]={"hello",""};
intargc=2;//must/shouldmatchthenumberofstringsinargv
glutInit（&argc,argv）;//初始化GLUT库；
glutInitDisplayMode（GLUT_SINGLE|GLUT_RGB）;//设置显示模式；（缓冲，颜色类型）
glutInitWindowSize（500,500）;
glutInitWindowPosition（1024/2-250,768/2-250）;
glutCreateWindow（"Hello"）;//创建窗口，标题为“hello”；
glutDisplayFunc（display）;//用于绘制当前窗口；
glutMainLoop（）;//表示开始运行程序，用于程序的结尾；
return0;
}
voiddisplay（void）
{
glClear（GL_COLOR_BUFFER_BIT）;//刷新颜色缓冲区
glRectf（-0.5,-0.5,0.5,0.5）;
glFlush（）;//用于刷新命令队列和缓冲区，使所有尚未被执行的OpenGL命令得到执行
}
2、在实验一的基础上添加键盘交互，按W键绘制的矩形上移,按S键矩形下移，按A键矩形左移，按D键矩形右移，如图2-2。
参考步骤如下：
（1）在主函数里添加注册键盘回调函数
glutKeyboardFunc（mykeyboard）;
此函数可放在glutDisplayFunc（display）;后面。
并在程序头部声明添加键盘回调函数：
voidmykeyboard（unsignedcharkey,intx,inty）;
（2）在display（）绘制函数中修改绘制矩形代码，用变量代替数值参数。
例如：
glRectf（-0.5,-0.5,0.5,0.5）改为glRectf（x1,y1,x2,y2）;
程序前面加上变量声明和初始值，如：
floatx1=-0.5,y1=-0.5,x2=0.5,y2=0.5;注意语句的位置。
（3）在程序中增加mykeyboard键盘子函数，可放在display（）函数之后。
并在如下代码中进行修改，实现键盘控制矩形移动,运行程序自行测试。
voidmykeyboard（unsignedcharkey,intx,inty）
{
switch（key）
{case'W':
case'w':
//矩形对角坐标变量修改使得矩形上移
y1+=0.1;y2+=0.1;
break;
case'S':
case's':
//矩形对角坐标变量修改使得矩形下移
y1-=0.1;y2-=0.1;
break;
case'A':
case'a':
//矩形对角坐标变量修改使得矩形左移
x1-=0.1;x2-=0.1;
break;
case'D':
case'd':
//矩形对角坐标变量修改使得矩形右移
x1+=0.1;x2+=0.1;
break;
}
//参数修改后调用重画函数，屏幕图形将发生改变
glutPostRedisplay（）;
}
图2-2
3、设置窗口改变函数，使得矩形的长度和宽度等于100，程序启动时矩形仍在窗口中央，当显示窗口最大化时，绘制矩形也随之增大，如图2-3。
（1）在main函数里添加注册窗口变化函数
glutReshapeFunc（myreshape）;（放在glutMainLoop（）之前）
并在程序头部声明添加窗口变换函数：
voidmyreshape（GLsizeiw,GLsizeih）;
（2）在程序中添加窗口改变子函数，参数w,h为当前显示窗口的宽和高
voidmyreshape（GLsizeiw,GLsizeih）
{
glViewport（0,0,w,h）;//设置视区位置
glMatrixMode（GL_PROJECTION）;//设置投影变换模式
glLoadIdentity（）;//调单位矩阵，清空当前矩阵堆栈
gluOrtho2D（0,300,0,300）;
}
3）此时，矩形的初始变量经重新计算后为：
floatx1=100,x1=100,x2=200,y2=200;
注意：
请同学们自己思考为什么矩形初始的初始变量由原来的（-0.5,-0.5,0.5,0.5）变为（100,100,200,200）？
裁剪窗口设置函数gluOrtho2D（xwmin,xwmax,ywmin,ywmax）;和视区设置函数glViewport（startx,starty,viewport_width,viewport_height）的设置有何规律？
此时，按下键盘“WADS”键进行交互移动，矩形的移动距离较之前有什么变化？
要保持以前的移动频率，程序应该如何修改？
a）显示窗口改变前b）显示窗口变大后
图2-3
4、在矩形中间添加字符"Hello"，观察结果；然后将"Hello"字符改为自己名字的拼音或英文名字。
如图2-4所示。
提示：
在绘制矩形后添加如下代码：
glColor3f（1,0,0）;
glRasterPos2i（（x1+x2）/2,（y1+y2）/2）;//定位当前光标
glutBitmapCharacter（GLUT_BITMAP_9_BY_15,'H'）;//写字符"H"
glutBitmapCharacter（GLUT_BITMAP_9_BY_15,'e'）;//写字符"e"
glutBitmapCharacter（GLUT_BITMAP_9_BY_15,'l'）;//写字符"l"
glutBitmapCharacter（GLUT_BITMAP_9_BY_15,'l'）;//写字符"l"
glutBitmapCharacter（GLUT_BITMAP_9_BY_15,'o'）;//写字符"o"
注意：
运行程序，效果如图2-4所示。
但是如果此时，按下键盘“WADS”键进行交互移动，程序会发生什么变化？
要保持矩形白色，字符红色，程序应该如何修改？
如果字符颜色设置语句glColor3f（1,0,0）;放在定位光标语句glRasterPos2i（（x1+x2）/2,（y1+y2）/2）;之后，运行又会发生什么变化？
请同学自己总结设置字符颜色语句的顺序规律。
图2-4
5、自己参照讲义或教材按照自己的构思画二维平面图形,将上面的矩形替换成自己构思的二维平面图形实现交互功能，注意顶点的顺序。
并在画面上标注自己的姓名。
3.2鼠标交互
（1）鼠标画线
阅读OpenGL鼠标画线程序，能够实现在绘制窗口用鼠标交互绘制若干条直线，鼠标左键首先按下，确定直线的起始点，鼠标左键按下同时移动，看到画线过程，鼠标左键松开时，确定直线的终点，可重复画多条直线。
实现主要思路：
1）写出画静止若干条直线程序框架，坐标用变量替代；
2）在主函数里注册鼠标按钮响应函数和鼠标移动响应函数；
3）在鼠标按钮响应子函数里，给出鼠标按钮响应事件；
4）在鼠标移动响应子函数里，给出鼠标移动响应事件；
5）读懂程序并分析程序，保留程序。
//鼠标画线小程序
#include"stdafx.h"
#include
#defineN1000//maximumlinenumbers
intww,hh;//fordisplaywindowwidthandheight
intline[N][4],k=0;//forline'sendpointcoordinatesandlinenumber
voidMyinit（void）;
voidReshape（intw,inth）;
voidmyMouse（intbutton,intstate,intx,inty）;
voidmyMotion（intx,inty）;
voidDisplay（void）;
voiddrawlines（）;
intAPIENTRY_tWinMain（HINSTANCEhInstance,
HINSTANCEhPrevInstance,
LPTSTRlpCmdLine,
intnCmdShow）
{
UNREFERENCED_PARAMETER（hPrevInstance）;
UNREFERENCED_PARAMETER（lpCmdLine）;
char*argv[]={"hello",""};
intargc=2;//must/shouldmatchthenumberofstringsinargv
glutInit（&argc,argv）;//初始化GLUT库；
glutInitWindowSize（800,600）;//设置显示窗口大小
glutInitDisplayMode（GLUT_DOUBLE|GLUT_RGB）;//设置显示模式；（注意双缓冲）
glutCreateWindow（"鼠标画线小程序演示"）;//创建显示窗口
Myinit（）;
glutDisplayFunc（Display）;//注册显示回调函数
glutMouseFunc（myMouse）;//注册鼠标按钮回调函数
glutMotionFunc（myMotion）;//注册鼠标移动回调函数
glutReshapeFunc（Reshape）;//注册窗口改变回调函数
glutMainLoop（）;//进入事件处理循环
return0;
}
voidMyinit（void）
{
glClearColor（0.0,0.0,0.0,0.0）;
glLineWidth（3.0）;
}
//渲染绘制子程序--------------------------------------------------------------------------
voidDisplay（void）
{
glClear（GL_COLOR_BUFFER_BIT）;//刷新颜色缓冲区；
drawlines（）;//画线子程序；
glutSwapBuffers（）;//双缓冲的刷新模式；
}
//-----------------------------------------------
voidReshape（intw,inth）//窗口改变时自动获取显示窗口的宽w和高h
{
glMatrixMode（GL_PROJECTION）;//投影矩阵模式
glLoadIdentity（）;//矩阵堆栈清空
glViewport（0,0,w,h）;//设置视区大小
gluOrtho2D（0,w,0,h）;//设置裁剪窗口大小
ww=w;
hh=h;
}
//鼠标按钮响应事件..
voidmyMouse（intbutton,intstate,intx,inty）
{
if（button==GLUT_LEFT_BUTTON&&state==GLUT_DOWN）
{
line[k][0]=x;//线段起点x坐标
line[k][1]=hh-y;//线段终点y坐标
}
if（button==GLUT_LEFT_BUTTON&&state==GLUT_UP）
{
line[k][2]=x;//线段起点x坐标
line[k][3]=hh-y;//线段终点y坐标
k++;
glutPostRedisplay（）;
}
}
//鼠标移动时获得鼠标移动中的坐标-----------------------------------------------------
voidmyMotion（intx,inty）
{
//gettheline'smotionpoint
line[k][2]=x;//动态终点的x坐标
line[k][3]=hh-y;//动态终点的y坐标
glutPostRedisplay（）;
}
//画线子程序
voiddrawlines（）
{
for（inti=0;i<=k;i++）//********
{
glBegin（GL_LINES）;
glVertex2f（line[i][0],line[i][1]）;
glVertex2f（line[i][2],line[i][3]）;
glEnd（）;
}
}
鼠标画线程序运行后，程序效果如图3-3所示。
图3-3
（2）鼠标绘制矩形（将此修改代码贴到实验报告中）
修改鼠标画线程序，要求：
能够实现在绘制窗口用鼠标交互绘制若干矩形，鼠标左键首先按下，确定矩形对角线的起始点，鼠标左键按下同时移动时，看到画矩形过程，鼠标左键松开，确定矩形对角线的另一点，可重复画多个矩形。
如图3-4所示。
图3-4
四、思考题：
按下列步骤操作，并分析裁剪窗口、视区和显示窗口的关系。
（1）修改视区大小为原来的一半。
如图2-5（a）。
（2）修改裁剪窗口的大小原来的一半；视区保持不变。
如图2-5（b）。
图2-5（a）图2-5（b）
（3）修改以上程序使得按数字1键实现矩形用WSAD键控制上下左右移动，按2键显示自己构思的其他2D图形（三角形，点或多边形等）用WSAD键控制上下左右移动
五、参考函数：
1、裁剪窗口设置函数：
gluOrtho2D（xwmin,xwmax,ywmin,ywmax）;
xwmin,xwmax,ywmin,ywmax为裁剪窗口在世界坐标系的位置，分别为x最小，x最大，y最小，y最大
2、视区设置函数：
glViewport（startx,starty,viewport_width,viewport_height）;
绘图区在显示窗口中的位置，以屏幕坐标系为参考
startx,starty,viewport_width,viewport_height分别为绘图区在显示窗口的起点位置，以及绘图区的宽度和高度
3、键盘响应相关函数：
3.1glutKeyboardFunc（void*f（unsignedcharkey,intx,inty））
注册键盘响应函数，按下键盘中某键，程序将’key’值作为字符返回给函数f，用户可决定下一步的行动。
该函数调用放在主程序main（）中
⏹例如，当用户按下’q’或’Q’或Esc键（ASCII27）时，程序退出。
⏹glutKeyboardFunc（mykey）;//主函数注册键盘响应函数
⏹voidmykey（（unsignedcharkey,intx,inty）//键盘响应函数
⏹{if（key==‘q’||key==‘Q’||key==‘\27’）
⏹exit（0）;
⏹}
3.2特殊键响应
voidglutSpecialFunc（void（*f）（intkey,intx,inty））
当用户按下一个特殊键时，调用函数f响应用户需求。
使用方法同glutKeyboardFunc（void*f（unsignedcharkey,intx,inty））
例，if（key==GLUT_KEY_F1）….
if（key==GLUT_KEY_UP）….
非ASCII键
回调参数值
Fi（i=1,2,…,12）
GLUT_KEY_Fi
PageUp
GLUT_KEY_PAGE_UP
PageDown
GLUT_KEY_PAGE_DOWN
左方向键
GLUT_KEY_LEFT
右方向键
GLUT_KEY_RIGHT
上方向键
GLUT_KEY_UP
下方向键
GLUT_KEY_DOWN
Home
GLUT_KEY_HOME
End
GLUT_KEY_END
3.3组合键intglutGetModifers（）
在键盘响应事件中当键盘按下时返回GLUT_ACTIVE_SHIFT,GLUT_ACTIVE_CTRL,或GLUT_ACTIVE_ALT值
例，if（（glutGetModifers（）==GLUT_ACTIVE_CTRL）&&（（key==‘c’）||（key==‘C’）））exit（0）;
4、鼠标按钮响应相关函数
⏹voidglutMouseFunc（void（*f）（intbutton,intstate,intx,inty））
☐Mousecallbackfunction。
在主程序中调用。
☐button:
⏹GLUT_LEFT_BUTTON,GLUT_MIDDLE_BUTTON,GLUT_RIGHT_BUTTON
☐state:
⏹GLUT_UP,GLUT_DOWN
☐x,y:
返回鼠标在窗口的位置（原点在左上角）。
例如，
主程序注册:
glutMouseFunc（mymouse）;
voidmymouse（intx,inty,intbutton,intstate）
{
if（state==GLUT_DOWN&&button==GLUT_LEFT_BUTTON）
exit（）;//按下左键退出
}
5、注册鼠标移动响应函数
voidglutMotionFunc（void（*f）（intx,inty））
该函数在主程序中调用。
（x,y）鼠标的位置，原点在左上角
⏹moveevent:
鼠标按钮按下时的鼠标移动
☐glutMotionFunc（mymousemotion）;
mymousemotion（intx,inty）
{
···//鼠标移动时触发的事件代码
}
⏹passivemoveevent:
鼠标按钮松开时的鼠标移动
☐glutPassveMotionFunc（mymousepmotion）;
⏹entryevent:
鼠标进入或离开窗口时的事件
☐glutEntryFunc（mymouseentry）;
⏹voidglutEntryFunc（void（*f）（intstate））
⏹x,y-鼠标的位置，原点在左上角
⏹state:
GLUT_ENTEREDorGLUT_LEFT
例，鼠标绘制折线代码
⏹鼠标按下时开始画折线，鼠标按钮松开时结束。
glutMotionFunc（mymotion）；
voidmymotion（intx,inty）
{。
。
。
if（first_time_called）
glBegin（GL_LINE_STRIP）;
glVertex2f（sx*（GLfloat）x,sy*（GLfloat）（h-y））;
。
。
。
}
⏹注意：
鼠标按钮松开时产生glEnd（）
六、实验演示录像
1．win32_lab3_interactive.exe
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