三、SharpGL的功能应用--图形绘制

2024-03-20 09:38:28

三、SharpGL的功能应用--图形绘制　

　　本节主要讲诉图形绘制的原理，使用介绍和代码演示。

原理介绍

　　我们先来讲讲OpenGL的图形绘制。其实，所有的图形都是由许多个小图形连接而成的。你可以理解为是图片的像素，一张彩图是由很多个色彩不一的像素点组合而成。要实现色彩绚丽的图形设计，你需要理解两点成线，三点成面，多面成形的原理。在这里，我们通过简单的程序演示一下点到线，线到面，面到形的过程。

　　在此，先介绍一下几个常用的函数和绘制原理。

　　1. 坐标原点变换：Translate(float x, float y, float z) ，你也可以理解为是坐标轴变换。默认设定的视角和世界坐标都是在同个原点，打个比方：我们看手机，假设手机是原点，我们视角默认也是原点的话，我们脑壳都得钻手机里面。对吧，我们不这么看手机，基本都是把手机拉远，以一种舒服的角度进行操作，这就是在物品的变换了。所以我们，在绘制图形前最好设定合适的坐标轴位置，同时也需要考虑视点变换的设置值。我们输入图形的坐标仍是按照原点来输入的，不会受到Translate的影响；他影响的只是整体的坐标轴变换，他的值是不需要做改变的。当然了，你也可以直接全部修改图形的坐标值，不过这样就太麻烦了，没必要；直接修改初始化的视角变换值也是可以的。

　　2. 绘制点，线，面的方式：以Begin(BeginMode mode)为首开始绘制mode类型的图形，Vertex(float x, float y, float z)为图形顶点，依次连接各个顶点形成图形，以End()结束绘制。理论上来说，只要你给出图形的所有顶点，牛鬼蛇神都给你搞出来，一点问题也没有（除了可能会卡之外）。以画线为例：

　　gl.Begin(OpenGL.GL_LINES);
　　gl.Vertex(-1.0f, 0.0f, 0.0f);
　　gl.Vertex(1.0f, 0.0f, 0.0f);
　　gl.End();

　　3. 赋予颜色：Color(float red, float green, float blue)

　　在每个图形顶点前加上设定颜色，图形的绘制选择就更加多样；同时，不同顶点间采用不同的颜色会产生渐变色差，非常好看。

演示代码

　　我们先添加一个坐标系变化，然后。选择绘制一条线，接着绘制一个三角形，最后绘制一个角锥。这就是由点到线，线到面，面到形的过程，所有的图形都是这样组合衔接而来的。

　　1.首先，画一条线，颜色设定为白色（背景是黑色）

            #region 点到线
            gl.Begin(OpenGL.GL_LINES);
　　　　　　  gl.Color(1.0f, 1.0f, 1.0f);
            gl.Vertex(-2.0f, 0.0f, 0.0f);//左顶点
            gl.Vertex(2.0f, 2.0f, 0.0f);//右顶点
            gl.End();
            #endregion

　　2.接着，来画个面，再稍微加点颜色变化

                #region 线成面(三角形)
                gl.Begin(OpenGL.GL_TRIANGLES);//第一个面
                gl.Color(1.0f, 0.0f, 0.0f);
                gl.Vertex(0.0f, 1f, 0.0f);//顶点
                gl.Color(0.0f, 1.0f, 0.0f);
                gl.Vertex(-1.0f, -1.0f, 0.0f);//左顶点 
                gl.Color(0.0f, 0.0f, 1.0f);
                gl.Vertex(1.0f, -1.0f, 0.0f);//右顶点
                gl.End();
                #endregion

　　3.接着，来画个角锥，第四个点颜色选择白色区分开。角锥也就是由四个面组合而成的，所以我们再加上三个面（注意每个点坐标和对应颜色要相同）

                #region 面组合成体
                gl.Begin(OpenGL.GL_TRIANGLES);//第二个面
                gl.Color(1.0f, 1.0f, 1.0f);
                gl.Vertex(0.0f, 0.0f, -2.0f);//第四个点
                gl.Color(0.0f, 1.0f, 0.0f);
                gl.Vertex(-1.0f, -1.0f, 0.0f);//左顶点 
                gl.Color(0.0f, 0.0f, 1.0f);
                gl.Vertex(1.0f, -1.0f, 0.0f);//右顶点
                gl.End();
                gl.Begin(OpenGL.GL_TRIANGLES);//第三个面
                gl.Color(1.0f, 1.0f, 1.0f);
                gl.Vertex(0.0f, 0.0f, -2.0f);//第四个点
                gl.Color(0.0f, 1.0f, 0.0f);
                gl.Vertex(-1.0f, -1.0f, 0.0f);//左顶点 
                gl.Color(1.0f, 0.0f, 0.0f);
                gl.Vertex(0.0f, 1f, 0.0f);//顶点
                gl.End();
                gl.Begin(OpenGL.GL_TRIANGLES);//第四个面
                gl.Color(1.0f, 1.0f, 1.0f);
                gl.Vertex(0.0f, 0.0f, -2.0f);//第四个点
                gl.Color(0.0f, 0.0f, 1.0f);
                gl.Vertex(1.0f, -1.0f, 0.0f);//右顶点
                gl.Color(1.0f, 0.0f, 0.0f);
                gl.Vertex(0.0f, 1f, 0.0f);//顶点
                gl.End();
                #endregion

　　我们会发现，界面没什么变化。嗯，大伙看看我们的第四个顶点在哪里。坐标（0，0，-2），相对于其他四个点，他的位置是靠里面的。因为我们此时的视角是在正值的。额，对了，还得说说视角的事，视角受到初始化设置的视点变换设置。

　　// 设置当前矩阵模式,对投影矩阵应用随后的矩阵操作
　　gl.MatrixMode(OpenGL.GL_PROJECTION);

　　// 创建透视投影变换
　　gl.Perspective(30.0f, (double)Width / (double)Height, 5, 100.0);

　　// 视点变换
　　gl.LookAt(0, 5, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0);

　　//此时的视角在这里，可以理解为是坐标点（0，5，0）往空间原点处看

　　程序的前端添加了Translate(0.0f, 0.0f, -5.0f) ，相当于把绘制的图形往屏幕内移动。这样会有利于我们查看图形。（Z轴的话法线是垂直屏幕往外的）

　　说回正题，第四个顶点是在已经画好的三角形的里面，所以我们看不到，那我们就稍微的旋转一下看看效果，如下图所示。

　　附上代码：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.ComponentModel;
using System.Data;
using System.Drawing;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
using System.Windows.Forms;
using SharpGL;

namespace test
{
    public partial class Form1 : Form
    {
        private bool drawLine = false;
        private bool drawArea = false;
        private bool drawVolume = false;
        private bool flagRotateX = false;
        private bool flagRotateY = false;
        private bool flagRotateZ = false;
        private float rotation_X = 0.0f;
        private float rotation_Y = 0.0f;
        private float rotation_Z = 0.0f;
        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
        }

        private void openGLControl1_OpenGLDraw(object sender, RenderEventArgs args)
        {
            SharpGL.OpenGL gl = this.openGLControl1.OpenGL;
            //清除深度缓存 
            gl.Clear(OpenGL.GL_COLOR_BUFFER_BIT | OpenGL.GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

            //重置当前指定的矩阵为单位矩阵,将当前的用户坐标系的原点移到了屏幕中心
            gl.LoadIdentity();

            //坐标轴变换位置到(0.0f, 0.0f, -5.0f)，这样我们的坐标轴就相当于往屏幕内走5个单位
            gl.Translate(0.0f, 0.0f, -5.0f);

            if (flagRotateX)
            {
                rotation_X += 1f;
                gl.Rotate(rotation_X, 1.0f, 0.0f, 0.0f);//rotationX:角度
            }
            if (flagRotateY)
            {
                rotation_Y += 1f;
                gl.Rotate(rotation_Y, 0.0f, 1.0f, 0.0f);//rotationY:角度
            } 
            if (flagRotateZ)
            {
                rotation_Z += 1f;
                gl.Rotate(rotation_Z, 0.0f, 0.0f, 1.0f);//rotationZ:角度
            }

            if (drawLine)
            {
                #region 点到线
                gl.Begin(OpenGL.GL_LINES);
                gl.Color(1.0f, 1.0f, 1.0f);
                gl.Vertex(-2.0f, 0.0f, 0.0f);//左顶点
                gl.Vertex(2.0f, 2.0f, 0.0f);//右顶点
                gl.End();
                #endregion
            }
            if (drawArea)
            {
                #region 线成面(三角形)
                gl.Begin(OpenGL.GL_TRIANGLES);//第一个面
                gl.Color(1.0f, 0.0f, 0.0f);
                gl.Vertex(0.0f, 1f, 0.0f);//顶点
                gl.Color(0.0f, 1.0f, 0.0f);
                gl.Vertex(-1.0f, -1.0f, 0.0f);//左顶点 
                gl.Color(0.0f, 0.0f, 1.0f);
                gl.Vertex(1.0f, -1.0f, 0.0f);//右顶点
                gl.End();
                #endregion
            }
            if (drawVolume)
            {
                #region 面组合成体
                gl.Begin(OpenGL.GL_TRIANGLES);//第二个面
                gl.Color(1.0f, 1.0f, 1.0f);
                gl.Vertex(0.0f, 0.0f, -2.0f);//第四个点
                gl.Color(0.0f, 1.0f, 0.0f);
                gl.Vertex(-1.0f, -1.0f, 0.0f);//左顶点 
                gl.Color(0.0f, 0.0f, 1.0f);
                gl.Vertex(1.0f, -1.0f, 0.0f);//右顶点
                gl.End();
                gl.Begin(OpenGL.GL_TRIANGLES);//第三个面
                gl.Color(1.0f, 1.0f, 1.0f);
                gl.Vertex(0.0f, 0.0f, -2.0f);//第四个点
                gl.Color(0.0f, 1.0f, 0.0f);
                gl.Vertex(-1.0f, -1.0f, 0.0f);//左顶点 
                gl.Color(1.0f, 0.0f, 0.0f);
                gl.Vertex(0.0f, 1f, 0.0f);//顶点
                gl.End();
                gl.Begin(OpenGL.GL_TRIANGLES);//第四个面
                gl.Color(1.0f, 1.0f, 1.0f);
                gl.Vertex(0.0f, 0.0f, -2.0f);//第四个点
                gl.Color(0.0f, 0.0f, 1.0f);
                gl.Vertex(1.0f, -1.0f, 0.0f);//右顶点
                gl.Color(1.0f, 0.0f, 0.0f);
                gl.Vertex(0.0f, 1f, 0.0f);//顶点
                gl.End();
                #endregion
            }

            gl.Flush();   //强制刷新

        }

        private void openGLControl1_OpenGLInitialized(object sender, EventArgs e)
        {
            OpenGL gl = openGLControl1.OpenGL;
            gl.ClearColor(0, 0, 0, 0);
        }

        private void openGLControl1_Resize(object sender, EventArgs e)
        {
            OpenGL gl = openGLControl1.OpenGL;

            // 设置当前矩阵模式,对投影矩阵应用随后的矩阵操作
            gl.MatrixMode(OpenGL.GL_PROJECTION);

            // 重置当前指定的矩阵为单位矩阵,将当前的用户坐标系的原点移到了屏幕中心
            gl.LoadIdentity();

            // 创建透视投影变换
            gl.Perspective(30.0f, (double)Width / (double)Height, 5, 100.0);

            // 视点变换
            gl.LookAt(0, 5, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0);

            // 设置当前矩阵为模型视图矩阵
            gl.MatrixMode(OpenGL.GL_MODELVIEW);
        }

        private void checkBoxDrawLine_CheckedChanged(object sender, EventArgs e)
        {
            drawLine = this.checkBoxDrawLine.Checked;
        }
        private void checkBoxDrawArea_CheckedChanged(object sender, EventArgs e)
        {
            drawArea = this.checkBoxDrawArea.Checked;
        }
        private void checkBoxDrawVolume_CheckedChanged(object sender, EventArgs e)
        {
            drawVolume = this.checkBoxDrawVolume.Checked;
        }
        private void checkBoxRotateX_CheckedChanged(object sender, EventArgs e)
        {
            flagRotateX = this.checkBoxRotateX.Checked;
        }

        private void checkBoxRotateY_CheckedChanged(object sender, EventArgs e)
        {
            flagRotateY = this.checkBoxRotateY.Checked;
        }

        private void checkBoxRotateZ_CheckedChanged(object sender, EventArgs e)
        {
            flagRotateZ = this.checkBoxRotateZ.Checked;
        }
    }
}

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