OpenGL背景回顧篇以及實(shí)現(xiàn)一個(gè)軌跡球[arcball]
OpenGL發(fā)展的歷史:
OpenGL的前身是SGI公司所開發(fā)的IRIS GL圖形函數(shù)庫(kù),OpenGL不是一種編程語(yǔ)言,而是一個(gè)更像C運(yùn)行時(shí)函數(shù)庫(kù)。OpenGL是一個(gè)開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),雖然它是由SGI首創(chuàng),但它的標(biāo)準(zhǔn)不是控制在SGI手中,而是由OpenGL體系結(jié)構(gòu)審核委員會(huì)(ARB)掌管。ARB是由SGC、DEC、IBM、Intel和Microsoft等著名公司于1992年創(chuàng)立,后來(lái)陸續(xù)加了nVidia、ATI等圖形芯片領(lǐng)域的巨擎。ARB每4年開一次會(huì),對(duì)OpenGL規(guī)范進(jìn)行維護(hù)和改善,并出臺(tái)計(jì)劃對(duì)OpenGL標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行升級(jí),使OpenGL一直與時(shí)代保持同步。
2006年,SGI公司把OpenGL標(biāo)準(zhǔn)的控制從ARB移交給Khronos小組(www.khronos.org)。Khronos是一個(gè)由成員提供資金的行業(yè)協(xié)會(huì),專注于開放媒體標(biāo)準(zhǔn)的創(chuàng)建和維護(hù)。目前Khronos負(fù)責(zé)OpenGL的發(fā)展和升級(jí)。
如圖:
與OpenGL相關(guān)的函數(shù)庫(kù):
OpenGL工具函數(shù)庫(kù)(GLU)包含了一些函數(shù),它們利用低層的OpenGL函數(shù)來(lái)執(zhí)行一些特定的任務(wù)。設(shè)定特定的矩陣(gluLookAt等),OpenGL中的GLU必須以glu開頭。
對(duì)于窗口系統(tǒng)的功能也進(jìn)行了擴(kuò)展,如果在linux下使用x窗口的話,使用GLX函數(shù)庫(kù),而必須以glX開頭。對(duì)于微軟來(lái)說(shuō),以wgl開頭。IBM的os/2而言,PGL是顯示管理器與OpenGL之間的接口,以pgl開頭。對(duì)于Apple,AGL是支持OpenGL的系統(tǒng)接口,所有的AGL函數(shù)都以agl開頭。
OpenGL實(shí)用工具庫(kù)( GLUT,OpenGL Utility Toolkit )是Mark Kilgrad所編寫的一個(gè)獨(dú)立于窗口系統(tǒng)的工具包,它的目的是隱藏不同窗口系統(tǒng)所帶來(lái)的復(fù)雜性。GLUT是下一節(jié)的主題,GLUT函數(shù)以glut開頭。
在OpenGL中,我們常用到軌跡球,下面就對(duì)軌跡球來(lái)做點(diǎn)東西:
當(dāng)我們觀察三維空間的物體有很多種方法讓一個(gè)用戶來(lái)選擇一個(gè)視點(diǎn),但是我認(rèn)為軌跡球是最好的。
軌跡球的基本原理是:
創(chuàng)建一個(gè)圍繞著物體的球,然后用戶單擊球上面的一個(gè)點(diǎn),再拖動(dòng)這個(gè)點(diǎn)到一個(gè)位置(在屏幕上),讓對(duì)象跟著這個(gè)向量旋轉(zhuǎn)。
尋找鼠標(biāo)位置:
第一步就是尋找到鼠標(biāo)的位置,我們可以通過(guò)獲得視見變換矩陣。
可以通過(guò)下面的形式來(lái)獲得狀態(tài)矩陣:













我們獲取這些矩陣后面使用,我們可以使用他們來(lái)處理鼠標(biāo)輸入,鼠標(biāo)坐標(biāo)mouse_x和mouse_y,可以通過(guò)gluUnProject來(lái)獲得鼠標(biāo)下面場(chǎng)景中的一個(gè)點(diǎn)。






一旦場(chǎng)景中的這個(gè)點(diǎn)被找到,問(wèn)題的關(guān)鍵就是建立一個(gè)從攝象機(jī)位置到這個(gè)點(diǎn)的光線,然后尋找這個(gè)光線和這個(gè)軌跡球的交點(diǎn)。這個(gè)光線是E + t * ( P - E )的點(diǎn)集,這里E是眼睛點(diǎn)位置,P是場(chǎng)景中的那個(gè)點(diǎn),t是一個(gè)變量,而軌跡球是S的點(diǎn)集,這里S^2 = r,r是軌跡球的半徑。如果S = E + t * ( P - E ),那么存在一個(gè)點(diǎn)既在軌跡球上,又在光線上,這樣,我們可以通過(guò)帶入法推出:( E + t * ( P - E ) ) ^ 2 = r。我們知道向量E、P以及標(biāo)量r,所以可以推出來(lái)t,這是一個(gè)二次方程,如果無(wú)解,說(shuō)明光線和軌跡球無(wú)交點(diǎn)。如果有2個(gè)解,應(yīng)當(dāng)選擇最靠近眼睛的那個(gè)解。
軌跡球的旋轉(zhuǎn)問(wèn)題:
如果你單擊拖拽軌跡球上的一個(gè)點(diǎn)到另一個(gè)位置,該如何做呢?
一個(gè)簡(jiǎn)單的方法,做起點(diǎn)到結(jié)束點(diǎn)的x乘為旋轉(zhuǎn)軸,然后尋找將要旋轉(zhuǎn)的角度,這個(gè)可以通過(guò)做點(diǎn)乘得到。
計(jì)算旋轉(zhuǎn)矩陣:
我們通過(guò)四元數(shù)來(lái)解決它。四元數(shù)是二維復(fù)數(shù)的擴(kuò)展,特別適合做旋轉(zhuǎn)。
如果我們有一個(gè)單位向量( x, y, z ),我們可以通過(guò)乘以旋轉(zhuǎn)角度的正弦的一半獲得四元數(shù)的x, y, z部分的修正值,w是由旋轉(zhuǎn)角的的余弦的一半決定。大家知道所有的這么值可以被組裝進(jìn)一個(gè)旋轉(zhuǎn)矩陣:




posted on 2008-09-27 13:57 brilyf 閱讀(6352) 評(píng)論(7) 編輯 收藏 引用