cube旋转立方体（Qt-OpenGL)
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cube旋转立方体（Qt-OpenGL)
opengl坐标系
按照惯例，OpenGL是一个右手坐标系。简单来说，就是正x轴在你的右手边，正y轴朝上，而正z轴是朝向后方的。想象你的屏幕处于三个轴的中心，则正z轴穿过你的屏幕朝向你。坐标系画起来如下：
coordinate_systems_right_handed
为了理解为什么被称为右手坐标系，按如下的步骤做：
沿着正y轴方向伸出你的右臂，手指着上方。
大拇指指向右方。
食指指向上方。
中指向下弯曲90度。
如果你的动作正确，那么你的大拇指指向正x轴方向，食指指向正y轴方向，中指指向正z轴方向。如果你用左臂来做这些动作，你会发现z轴的方向是相反的。这个叫做左手坐标系，它被DirectX广泛地使用。注意在标准化设备坐标系中OpenGL实际上使用的是左手坐标系（投影矩阵交换了左右手）。
纹理坐标
主窗口类MainWidget
MainWidget : public QOpenGLWidget, protected QOpenGLFunctions
- 鼠标事件，更新四元数用于旋转
void MainWidget::mousePressEvent(QMouseEvent *e)
{
// Save mouse press position
mousePressPosition = QVector2D(e->localPos());
}
//! @brief 释放鼠标，更新四元数
void MainWidget::mouseReleaseEvent(QMouseEvent *e)
{
// Mouse release position - mouse press position
QVector2D diff = QVector2D(e->localPos()) - mousePressPosition;
// Rotation axis is perpendicular to the mouse position difference
// vector
//--旋转轴(矢量) 垂直于鼠标位置差
QVector3D n = QVector3D(diff.y(), diff.x(), 0.0).normalized();
// Accelerate angular speed relative to the length of the mouse sweep
//--角加速度与鼠标扫过的长度关联
qreal acc = diff.length() / 100.0;
// Calculate new rotation axis as weighted sum
//--计算新的 四元数的旋转轴矢量 为加权和
//-- 旋转轴矢量 = 原来的旋转轴矢量 ＋ 新的旋转轴矢量
rotationAxis = (rotationAxis * angularSpeed + n * acc).normalized();
// Increase angular speed
//--增加角速度(四元数的偏转角度)
angularSpeed += acc;
}
- 定时器事件: 减少偏转角，更新四元数，更新ＵＩ
//! @brief 定时触发减少偏转角，更新四元数，更新ＵＩ
void MainWidget::timerEvent(QTimerEvent *)
{
// Decrease angular speed (friction)
//--降低角速度(摩擦)
angularSpeed *= 0.99;
// Stop rotation when speed goes below threshold
//--当速度低于阈值时停止旋转
if (angularSpeed < 0.01) {
angularSpeed = 0.0;
} else {
// Update rotation
//--更新旋转(四元数)
rotation = QQuaternion::fromAxisAndAngle(rotationAxis, angularSpeed) * rotation;
// Request an update
//--更新UI
update();
}
}
- 重写函数 initializeGL()
初始化OpenGL
创建立方体引擎GeometryEngine
启动定时器事件
void MainWidget::initializeGL()
{
//--初始化OpenGL
initializeOpenGLFunctions();
//--清除颜色\透明度
glClearColor(0, 0, 0, 1);
initShaders();
initTextures();
//! [2]
// Enable depth buffer
//--启用深度缓冲
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
// Enable back face culling
//--启用背面剔除
glEnable(GL_CULL_FACE);
//! [2]
geometries = new GeometryEngine;
// Use QBasicTimer because its faster than QTimer
timer.start(12, this);
}
- 重写函数 resizeGL() ,窗体尺寸改变时刷新
void MainWidget::resizeGL(int w, int h)
{
// Calculate aspect ratio
//--计算纵横比
qreal aspect = qreal(w) / qreal(h ? h : 1);
// Set near plane to 3.0, far plane to 7.0, field of view 45 degrees
//--设置近平面为3.0，远平面为7.0，视野45度
const qreal zNear = 3.0, zFar = 7.0, fov = 45.0;
// Reset projection
//--重置投影
projection.setToIdentity();
// Set perspective projection
//--设置透视投影
projection.perspective(fov, aspect, zNear, zFar);
}
- 重写函数 paintGL(),画出cube立方体，并且启用四元数旋转
void MainWidget::paintGL()
{
// Clear color and depth buffer
//--清除颜色和深度缓冲区
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
//--将此纹理绑定到当前活动的纹理单元
texture->bind();
// Calculate model view transformation
//--计算 模型视图转换 MVP
QMatrix4x4 matrix;
matrix.translate(0.0, 0.0, -5.0);
//--按照给定的四元数旋转
matrix.rotate(rotation);
// Set modelview-projection matrix
//--设置MVP矩阵
//--MVP矩阵按照四元数旋转
program.setUniformValue("mvp_matrix", projection * matrix);
// Use texture unit 0 which contains cube.png
//--使用包含cube.png的纹理单元0
program.setUniformValue("texture", 0);
// Draw cube geometry
//--画立方体几何
geometries->drawCubeGeometry(&program);
}
- 初始化纹理
/*!
* \brief 初始化纹理
*/
void MainWidget::initTextures()
{
// Load cube.png image
//--加载纹理
texture = new QOpenGLTexture(QImage(":/cube.png").mirrored());
// Set nearest filtering mode for texture minification
//--设置 纹理缩小 为 最近滤波模式
texture->setMinificationFilter(QOpenGLTexture::Nearest);
// Set bilinear filtering mode for texture magnification
//--设置 纹理放大 为 双线性滤波模式
texture->setMagnificationFilter(QOpenGLTexture::Linear);
// Wrap texture coordinates by repeating
// f.ex. texture coordinate (1.1, 1.2) is same as (0.1, 0.2)
//--重复封装纹理坐标
texture->setWrapMode(QOpenGLTexture::Repeat);
}
- 初始化着色器
/*!
* \brief 初始化着色器
*/
void MainWidget::initShaders()
{
// Compile vertex shader
//--源码编译顶点着色器
if (!program.addShaderFromSourceFile(QOpenGLShader::Vertex, ":/vshader.glsl"))
close();
// Compile fragment shader
//--源码编译片段着色器
if (!program.addShaderFromSourceFile(QOpenGLShader::Fragment, ":/fshader.glsl"))
close();
// Link shader pipeline
//--链接着色器管道
if (!program.link())
close();
// Bind shader pipeline for use
//--绑定着色器管道以供使用
if (!program.bind())
close();
}
立方体引擎GeometryEngine
GeometryEngine : protected QOpenGLFunctions
- 顶点结构体
/*!
* \brief 顶点数据
*/
struct VertexData
{
//--顶点位置
QVector3D position;
//--纹理坐标
QVector2D texCoord;
};
- 初始化 立方体几何 并将其传输到 缓冲区对象
void GeometryEngine::initCubeGeometry()
{
// For cube we would need only 8 vertices but we have to
// duplicate vertex for each face because texture coordinate
// is different.
//--对于正方体我们只需要8个顶点，但是我们必须为每个面复制顶点，因为纹理坐标是不同的。
//--６个面对应24个顶点
///坐标系是右手系，原点位于立方体中心，x,y,z坐标范围是[-1,-1,-1] 到 [1,1,1]
/// 纹理坐标 可以看上面分解
//QVector3D 定点坐标，QVector2D 纹理坐标
VertexData vertices[] = {
// Vertex data for face 0 正面
{QVector3D(-1.0f, -1.0f, 1.0f), QVector2D(0.0f, 0.0f)}, // v0
{QVector3D( 1.0f, -1.0f, 1.0f), QVector2D(0.33f, 0.0f)}, // v1
{QVector3D(-1.0f, 1.0f, 1.0f), QVector2D(0.0f, 0.5f)}, // v2
{QVector3D( 1.0f, 1.0f, 1.0f), QVector2D(0.33f, 0.5f)}, // v3
// Vertex data for face 1 右侧
{QVector3D( 1.0f, -1.0f, 1.0f), QVector2D( 0.0f, 0.5f)}, // v4
{QVector3D( 1.0f, -1.0f, -1.0f), QVector2D(0.33f, 0.5f)}, // v5
{QVector3D( 1.0f, 1.0f, 1.0f), QVector2D(0.0f, 1.0f)}, // v6
{QVector3D( 1.0f, 1.0f, -1.0f), QVector2D(0.33f, 1.0f)}, // v7
// Vertex data for face 2 背面
{QVector3D( 1.0f, -1.0f, -1.0f), QVector2D(0.66f, 0.5f)}, // v8
{QVector3D(-1.0f, -1.0f, -1.0f), QVector2D(1.0f, 0.5f)}, // v9
{QVector3D( 1.0f, 1.0f, -1.0f), QVector2D(0.66f, 1.0f)}, // v10
{QVector3D(-1.0f, 1.0f, -1.0f), QVector2D(1.0f, 1.0f)}, // v11
// Vertex data for face 3 左侧
{QVector3D(-1.0f, -1.0f, -1.0f), QVector2D(0.66f, 0.0f)}, // v12
{QVector3D(-1.0f, -1.0f, 1.0f), QVector2D(1.0f, 0.0f)}, // v13
{QVector3D(-1.0f, 1.0f, -1.0f), QVector2D(0.66f, 0.5f)}, // v14
{QVector3D(-1.0f, 1.0f, 1.0f), QVector2D(1.0f, 0.5f)}, // v15
// Vertex data for face 4 底面
{QVector3D(-1.0f, -1.0f, -1.0f), QVector2D(0.33f, 0.0f)}, // v16
{QVector3D( 1.0f, -1.0f, -1.0f), QVector2D(0.66f, 0.0f)}, // v17
{QVector3D(-1.0f, -1.0f, 1.0f), QVector2D(0.33f, 0.5f)}, // v18
{QVector3D( 1.0f, -1.0f, 1.0f), QVector2D(0.66f, 0.5f)}, // v19
// Vertex data for face 5 顶面
{QVector3D(-1.0f, 1.0f, 1.0f), QVector2D(0.33f, 0.5f)}, // v20
{QVector3D( 1.0f, 1.0f, 1.0f), QVector2D(0.66f, 0.5f)}, // v21
{QVector3D(-1.0f, 1.0f, -1.0f), QVector2D(0.33f, 1.0f)}, // v22
{QVector3D( 1.0f, 1.0f, -1.0f), QVector2D(0.66f, 1.0f)} // v23
};
// Indices for drawing cube faces using triangle strips.
// Triangle strips can be connected by duplicating indices
// between the strips. If connecting strips have opposite
// vertex order then last index of the first strip and first
// index of the second strip needs to be duplicated. If
// connecting strips have same vertex order then only last
// index of the first strip needs to be duplicated.
//--使用 三角形条方式 绘制正方体的索引。
//在条带之间三角形方式可以通过复制索引来连接。
//如果连接条 相反顶点顺序，然后是第一个条带的最后一个索引和第二条带的第一个索引,索引需要复制。
//如果连接条 有相同的顶点顺序，然后只有最后需要复制第一个条带的索引。
GLushort indices[] = {
0, 1, 2, 3, 3, // Face 0 - triangle strip ( v0, v1, v2, v3)
4, 4, 5, 6, 7, 7, // Face 1 - triangle strip ( v4, v5, v6, v7)
8, 8, 9, 10, 11, 11, // Face 2 - triangle strip ( v8, v9, v10, v11)
12, 12, 13, 14, 15, 15, // Face 3 - triangle strip (v12, v13, v14, v15)
16, 16, 17, 18, 19, 19, // Face 4 - triangle strip (v16, v17, v18, v19)
20, 20, 21, 22, 23 // Face 5 - triangle strip (v20, v21, v22, v23)
};
// Transfer vertex data to VBO 0
//--将顶点数据传输到VBO 0
arrayBuf.bind();
arrayBuf.allocate(vertices, 24 * sizeof(VertexData));
// Transfer index data to VBO 1
//--将索引数据传输到VBO 1
indexBuf.bind();
indexBuf.allocate(indices, 34 * sizeof(GLushort));
}
- 外部调用
OpenGL在缓冲区vbo中定位数据,提供着色器程序获取数据值，然后绘制图形
void GeometryEngine::drawCubeGeometry(QOpenGLShaderProgram *program)
{
// Tell OpenGL which VBOs to use
//--告诉OpenGL使用哪个vbo
arrayBuf.bind();
indexBuf.bind();
//-------------------------------
// 接着告诉OpenGL在缓冲区vbo中定位数据
//-------------------------------
// Offset for position
quintptr offset = 0;
// Tell OpenGL programmable pipeline how to locate vertex position data
//--告诉OpenGL可编程管道如何定位VBO中的顶点位置数据
//--设置 vshader.glsl 文件中的 a_position 为VBO中的顶点值
int vertexLocation = program->attributeLocation("a_position");
program->enableAttributeArray(vertexLocation);
/*!
* @brief
* 从当前绑定的顶点缓冲区中的特定偏移量开始，
* 设置着色器程序的位置属性为顶点数组值。
* 步长表示顶点之间的字节数。
* 默认的步长值为0表示值数组中的顶点被密集地填充。
*/
program->setAttributeBuffer(vertexLocation, GL_FLOAT, offset, 3, sizeof(VertexData));
// Offset for texture coordinate
offset += sizeof(QVector3D);
// Tell OpenGL programmable pipeline how to locate vertex texture coordinate data
//--告诉OpenGL可编程管道如何定位VBO中的纹理坐标数据
//--设置 vshader.glsl 文件中的 a_texcoord 为VBO中的纹理坐标值
int texcoordLocation = program->attributeLocation("a_texcoord");
program->enableAttributeArray(texcoordLocation);
program->setAttributeBuffer(texcoordLocation, GL_FLOAT, offset, 2, sizeof(VertexData));
// Draw cube geometry using indices from VBO 1
//--使用VBO 1中的索引绘制立方体几何
/*!
* @brief
* @param mode GL_TRIANGLE_STRIP
* @param count 34个indices(索引数量)
* @param type GL_UNSIGNED_SHORT
* @param indices 0
* @return
*/
glDrawElements(GL_TRIANGLE_STRIP, 34, GL_UNSIGNED_SHORT, 0);
}
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