c++ - 鼠标单击OpenGL无法围绕其自身中心旋转对象

Question

我成功地旋转了对象，但是我需要右键单击该对象以停止其旋转。我不知道如何使对象绕其中心旋转然后停止，我将附加代码以查看该形状的实际情况。我认为问题出在spinDisplay()函数...问题是我需要在鼠标左键单击和鼠标右键单击周围旋转它的中心，我应该更改对象的颜色....

#include <stdlib.h>
#include <math.h>
#include "dependente\freeglut\freeglut.h"
#include "dependente\glfw\glfw3.h"
#include <stdio.h> //incluziuni librarii

float ORG[3] = { 0,0,0 };
static GLfloat spin = 0.0;
GLfloat viewangle = 0, tippangle = 0, traj[120][3]; //variabila pentru unghi camera

GLfloat d[3] = { 0.1, 0.1, 0.1 }; //vector directie

GLfloat  xAngle = 0.0, yAngle = 0.0, zAngle = 0.0;
bool draw_triangle = false; //variabila desenat figuri 
bool draw_square = false;
bool draw_decagon = false;


void Triangle(void) //draw the triangle shape
{
    glBegin(GL_TRIANGLE_FAN);//triangles have a common vertex, which is the central vertex
    glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f); glVertex3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);   //V0(red)
    glColor3f(0.0f, 1.0f, 0.0f); glVertex3f(-1.0f, -1.0f, 1.0f);   //V1(green)
    glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f); glVertex3f(1.0f, -1.0f, 1.0f);   //V2(blue)
    glEnd();
}
void Square(void) {
    glBegin(GL_QUADS);
    glVertex2f(-1.0f, 1.0f); // top left
    glVertex2f(1.0f, 1.0f); // top right 
    glVertex2f(1.0f, -1.0f); // bottom right
    glVertex2f(-1.0f, -1.0f); // bottom left
    glEnd();
}
void Decagon(void) //draw the decagon shape
{
    glBegin(GL_POLYGON);
                glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);
                glVertex3f(0.72f,0.8f, 0.0f); //a1
                glVertex3f(0.52f,   0.8f,0.0f);  //z
                glVertex3f(0.35f,   0.64f, 0.0f); //b1
                glVertex3f(0.3f,   0.48f, 0.0f); //d1
                glVertex3f(0.35f,   0.3f, 0.0f); //e1
                glVertex3f(0.52f, 0.16f, 0.0f); //l1
                glVertex3f(0.72f, 0.16f, 0.0f); //m1
                glVertex3f(0.9f, 0.3f, 0.0f); //o1
                glVertex3f(0.95f, 0.48f, 0.0f); //p1
                glVertex3f(0.9f, 0.64f, 0.0f); //c1
                glScalef(10, 10, 10);
                glTranslatef(1, 2, 3);
    glEnd();
}

void Keyboard(unsigned char key, int x, int y) //press a key to perform actions
{
    switch (key) {

    case 'd': d[0] += 0.1;  break; //camera right
    case 'a': d[0] -= 0.1;  break; //camera left
    case 'w': d[1] += 0.1;  break; //camera up 
    case 's': d[1] -= 0.1;  break; //camera down 
    case 'm': d[2] += 0.1;  break; //magnify
    case 'n': d[2] -= 0.1;  break; //minify
    case 't': draw_triangle = true; draw_decagon = false;   break; //draw pyramid when key is pressed
    case 'q': draw_square = true; draw_decagon = false; draw_triangle = false; break; //draw cube when key is pressed
    case 'l': draw_decagon = true; draw_triangle = false; draw_square = false; break; //draw prism when key is pressed

    case 'x': xAngle += 5;  break; //modify x axis angle
    case 'y': yAngle += 5;  break; //modify y axis angle
    case 'z': zAngle += 5;  break;  //modify z axis angle

    default: printf("   Keyboard %c == %d", key, key); //see what key it's pressed
    }

    glutPostRedisplay();
}

void spinDisplay() //here it's the problematic function
{
    spin = spin + 0.1;
    if (spin > 360.0)
    {
        spin = 0.0;
    }
    glutPostRedisplay();
}
void mouse(int buton, int state, int x, int y)
{
    switch (buton) {
    case GLUT_LEFT_BUTTON:
        if (state == GLUT_DOWN)
            glutIdleFunc(spinDisplay);
        break;
    case GLUT_RIGHT_BUTTON: //here I don't know how to change the color of the shape
        glutIdleFunc(NULL);
    default:glutIdleFunc(NULL);

        break;
    }
}
void redraw(void)
{

    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
    glEnable(GL_DEPTH_TEST);

    glLoadIdentity();

    glTranslatef(0, 0, -3);
    glRotatef(tippangle, 1, 0, 0);  // Up and down arrow keys 'tip' view.
    glRotatef(viewangle, 0, 1, 0);  // Right/left arrow keys 'turn' view.

    glDisable(GL_LIGHTING);


    glPushMatrix();
    glTranslatef(d[0], d[1], d[2]);    // Move box down X axis.
    glScalef(0.7f, 0.7f, 0.7f); //increase the object size
    glRotatef(zAngle, 0, 0, 1);
    glRotatef(yAngle, 0, 1, 0);
    glRotatef(xAngle, 1, 0, 0);
    glRotatef(spin, 0.0, 0.0, 1.0);

    if (draw_triangle)
        Triangle();

    if (draw_decagon)
        Decagon();
    if (draw_square)
        Square();

    glPopMatrix();

    glutSwapBuffers();
}

int main(int argc, char** argv)
{
    glutInit(&argc, argv);
    glutInitWindowSize(900, 600);
    glutInitWindowPosition(300, 300);
    glutInitDisplayMode(GLUT_DEPTH | GLUT_DOUBLE);

    glutCreateWindow("Figure Rotation");
    glutDisplayFunc(redraw);
    glutKeyboardFunc(Keyboard);
    glutMouseFunc(mouse);
    glClearColor(0.1, 0.0, 0.1, 1.0);

    glMatrixMode(GL_PROJECTION);//specify which matrix is the current matrix, matrix that represents your camera's lens (aperture, far-field, near-field, etc).
    gluPerspective(60, 1.5, 1, 10); //set up a perspective projection matrix
    glMatrixMode(GL_MODELVIEW); //specify which matrix is the current matrix,matrix that represents your camera (position, pointing, and up vector).
    glutMainLoop();

    return 1;
}

Answer 1

仅根据您的代码，主要问题在于Decagon()的形状顶点定义。
这样的顶点不是在形状本身的中心定义的，而是朝右上角定义的，因此尽管矩阵乘法序列工作正常，但它不会围绕自身旋转，而是围绕中心旋转。

为简单起见，我将其沿xy平面居中定位在0,0的中心，然后定义其形状的右半部分，然后将其镜像回到左侧。您可以利用-减号。隐式利用在NDC (Normalizd Device Coordinate) space中定义形状的优势。

注意：与您最初定义的比率并不完全相同，但是可以使您有所了解。您可以尝试将以下内容交换到您的内容中，然后它应该围绕自身旋转。

    glBegin(GL_POLYGON);
        glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);
        glVertex3f(0.25f, 0.5f, 0.0f);
        glVertex3f(0.45f, 0.30f, 0.0f);
        glVertex3f(0.55f, 0.0f, 0.0f);
        glVertex3f(0.45f, -0.30f, 0.0f);
        glVertex3f(0.25f, -0.5f, 0.0f);
        glVertex3f(-0.25f, -0.5f, 0.0f);
        glVertex3f(-0.45f, -0.30f, 0.0f);
        glVertex3f(-0.55f, 0.0f, 0.0f);
        glVertex3f(-0.45f, 0.30f, 0.0f);
        glVertex3f(-0.25f, 0.5f, 0.0f);
        //glScalef(10, 10, 10);  // this won't have any effect on result
        //glTranslatef(1, 2, -3);// the same
    glEnd();

您在这里有2个选择


完全更改顶点定义（相对于原点，仅使用 Decagon与上述相似）。其他形状已经很好，它是相对于原点定义的。
不管您定义的形状的顶点如何，都要仔细确定形状的原点。首先使用该位置将形状转换回矩阵操作的一部分之前的其他形状（请继续阅读以了解原因）。


围绕自身旋转的概念

围绕自身旋转的概念是，我们需要执行以下操作才能


规模（在这种情况下，我们没有）
回转
翻译


虽然在这种情况下我们没有扩展能力，但是应该是最后一个，否则可能会影响其他两个操作。

如果我们先平移到任意位置，那么旋转将围绕该点发生。实际上，旋转是相对于原点 0,0起作用的，因此我们只需要采取任何手段先将对象放回原点，然后再进行旋转，然后旋转，平移到所需的位置并缩放即可。

让我们看看您的矩阵乘法顺序

    glScalef(0.7f, 0.7f, 0.7f); //increase the object size
    glTranslatef(d[0], d[1], d[2]);    // Move box down X axis.
    glRotatef(zAngle, 0, 0, 1);
    glRotatef(yAngle, 0, 1, 0);
    glRotatef(xAngle, 1, 0, 0);
    glRotatef(spin, 0.0, 0.0, 1.0);

这意味着我们按顺序执行以下操作


围绕z轴以 spin角度旋转
绕x轴以 xAngle角度旋转
绕y轴旋转 yAngle角
围绕z轴以 zAngle角度旋转


尽管我们可以将第一个和最后一个结合在一起，但是无论如何都可以。


  同样，当我们围绕3个基本轴旋转时，您可能还想进一步查看 Euler Angles，它可以导致 Gimbal lock problem，但是可以通过限制用户可以围绕某个轴旋转的角度来解决。


顺序正确。这被翻译为数学术语，称为 S * T * Rz * Ry * Rx * Rspin，在其中您可以看到它与代码顺序相反。首先发生 Rspin，然后发生 Rx，依此类推。

现在，如果 Decagon形状不是相对于原点定义的，而是以其向右平移的方式定义的，将会发生什么。

取我的顶点定义，但是对于所有x位置， + 0.55f

    glBegin(GL_POLYGON);
        glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);
        glVertex3f(0.80f, 0.5f, 0.0f);
        glVertex3f(1.0f, 0.30f, 0.0f);
        glVertex3f(1.10f, 0.0f, 0.0f);
        glVertex3f(1.0f, -0.30f, 0.0f);
        glVertex3f(0.80f, -0.5f, 0.0f);
        glVertex3f(0.30f, -0.5f, 0.0f);
        glVertex3f(0.10f, -0.30f, 0.0f);
        glVertex3f(0.0f, 0.0f, 0.0f);
        glVertex3f(0.1f, 0.30f, 0.0f);
        glVertex3f(0.30f, 0.5f, 0.0f);
    glEnd();

如果将上述代码交换为顶点定义，则它将不再围绕自身旋转。但是我们知道x轴需要 -0.55f才能使该形状恢复原点，因此，如果将 glTranslatef(-0.55f, 0.0f, 0.0f)添加为第一个要执行的操作，则它的作用相同。

我们有

    glScalef(0.7f, 0.7f, 0.7f);
    glTranslatef(d[0], d[1], d[2]);
    glRotatef(zAngle, 0, 0, 1);
    glRotatef(yAngle, 0, 1, 0);
    glRotatef(xAngle, 1, 0, 0);
    glRotatef(spin, 0.0, 0.0, 1.0);
    glTranslatef(-0.55f, 0.0f, 0.0f);  // <------ add this

简而言之，首先将目标对象平移为原点，然后再旋转（围绕自身），然后像以前一样进行适当的排序。


  如果希望将此类对象放置在已定义形状顶点的位置，即沿x轴位于 +0.55f的右侧，并且仍围绕其自身旋转。然后使用 glTranslatef(d[0] + 0.55f, d[1], d[2])代替。


进一步说明


由于您已经绘制了形状，最后两个gl操作 glScalef()和 glTranslatef()将不起作用。调用 glLoadIdentity()时，每帧都会丢弃这两个操作。
请注意，源代码仍基于OpenGL的固定功能管道。您可能还想看看现代的可编程管道。这将使您在控制虚拟摄像机时更具灵活性，因此在我们需要四处移动时，矩阵操作更加清晰，并与对象本身分开。因此，这将使矩阵运算更易于掌握和理解。




编辑
为了进一步控制并满足以下应用要求


左键无限旋转，然后再次左键停止
右键单击以在颜色之间循环以显示形状


我们必须具有控制标志，并需要我们在任何帧时间更改信息，如下所示。

bool isSpinning = false;
#define NUM_COLOR 4
int sCurrColor = 0;
GLfloat sColor[NUM_COLOR][3] = {
    {1.0f, 1.0f, 1.0f},
    {1.0f, 0.0f, 0.0f},
    {0.0f, 1.0f, 0.0f},
    {0.0f, 0.0f, 1.0f}
};

因此对于颜色，我们有白色，红色，蓝色和绿色。共有4种颜色，每种颜色具有3个RGB分量值。我们从索引的 sCurrColor中以白色开始。

现在您的 mouse()函数看起来像这样

void mouse(int buton, int state, int x, int y)
{
    switch (buton) {
    case GLUT_LEFT_BUTTON:
        if (state == GLUT_DOWN && !isSpinning)
            isSpinning = true;
        else if (state == GLUT_DOWN && isSpinning)
            isSpinning = false;
        break;
    case GLUT_RIGHT_BUTTON: //here I don't know how to change the color of the shape
        if (state == GLUT_DOWN)
            sCurrColor = (sCurrColor + 1) % NUM_COLOR;
        break;
    default:glutIdleFunc(NULL);

        break;
    }
}

我们优化了将移动 glutIdleFunc(spinDisplay);在 main()之前的 glutMainLoop()函数内部调用。根据您的要求，我们不必每次都更改它。

因此， spinDisplay()现在更改为

void spinDisplay() //here it's the problematic function
{
    if (isSpinning)
    {
        spin = spin + 3.0;
        if (spin > 360.0)
        {
            spin = 0.0;
        }
    }
    glutPostRedisplay();
}

  最好将函数名称更改为 display()之类的名称，因为更通用的做法是不要混淆我们每次必须旋转。无论如何，为了您的代码简洁和一致，我没有更改此设置。


现在，最后一部分是插入 sColor以供所有这些形状在渲染中使用。例如，对于 Decagon，您可以执行此操作

glColor3f(sColor[sCurrColor][0], sColor[sCurrColor][1], sColor[sCurrColor][2]);

如果您想通过右键单击以在颜色之间循环显示相同的效果，则其他形状也是如此。