NeHe OpenGL教程 （二十五）

第25課
  
  變形和從檔案中載入3D物體:

在這一課中，你將學會如何從檔案載入3D模型，並且平滑的從一個模型變換為另一個模型。
    
 歡迎來到這激動人心的一課，在這一課裡，我們將介紹模型的變形。需要注意的是各個模型必須要有相同的頂點，才能一一對應，並應用變形。
在這一課裡，我們同樣要教會你如何從一個檔案中讀模數型資料。
檔案開始的部分和前面一樣，沒有任何變化。 
  
  
 我們結下來添加幾個旋轉變數，用來記錄旋轉的資訊。並使用cx,cy,cz設定物體在螢幕上的位置。
變數key用來記錄當前的模型，step用來設定相鄰變形之間的中間步驟。如step為200，則需要200次，才能把一個物體變為另一個物體。
最後我們用一個變數來設定是否使用變形。 
  

GLfloat  xrot,yrot,zrot,        // X, Y & Z 軸的旋轉角度
  xspeed,yspeed,zspeed,       // X, Y & Z 軸的旋轉速度
  cx,cy,cz=-15;        // 物體的位置

int  key=1;         // 物體的標識符
int  step=0,steps=200;        // 變換的步數
bool  morph=FALSE;        // 是否使用變形

  
 下面的結構定義一個三維頂點 
  

typedef struct     
{
 float x, y, z;       
} VERTEX;       
  
 下面的結構使用頂點來描述一個三維物體 
  

typedef struct          // 物體結構
{
 int  verts;         // 物體中頂點的個數
 VERTEX  *points;         // 包含頂點資料的指標
} OBJECT;          
  
 maxver用來記錄各個物體中最大的頂點數，如一個物體使用5個頂點，另一個物體使用20個頂點，那麼物體的頂點個數為20。
結下來定義了四個我們使用的模型物體，並把相鄰模型變形的中間狀態儲存在helper中，sour儲存原模型物體，dest儲存將要變形的模型物體。 
  

int  maxver;         // 最大的頂點數
OBJECT  morph1,morph2,morph3,morph4,      // 我們的四個物體
  helper,*sour,*dest;        // 協助物體,原物體，目標物體

  
 WndProc()函數沒有變化 
  
  
 下面的函數用來為模型分配儲存頂點資料的記憶體空間 
  

void objallocate(OBJECT *k,int n)
{           
 k->points=(VERTEX*)malloc(sizeof(VERTEX)*n);     // 分配n個頂點的記憶體空間
}          
  
 下面的函數用來釋放為模型分配的記憶體空間 
  

void objfree(OBJECT *k)   
{
 free(k->points);        
}

  
 下面的代碼用來讀取檔案中的一行。
我們用一個迴圈來讀取字元，最多讀取255個字元，當遇到'/n'斷行符號時，停止讀取並立即返回。 
  

void readstr(FILE *f,char *string)       // 讀取一行字元
{
 do          
 {
  fgets(string, 255, f);      // 最多讀取255個字元
 } while ((string[0] == '/') || (string[0] == '/n'));    // 遇到斷行符號則停止讀取
 return;         // 返回
}

  
 下面的代碼用來載入一個模型檔案，並為模型分配記憶體，把資料存放區進去。 
  

void objload(char *name,OBJECT *k)       // 從檔案載入一個模型
{
 int ver;        // 儲存頂點個數
 float rx,ry,rz;        // 儲存模型位置
 FILE *filein;        // 開啟的檔案控制代碼
 char oneline[255];       // 儲存255個字元

 filein = fopen(name, "rt");       // 開啟文字檔，供讀取
           
 readstr(filein,oneline);       // 讀入一行文本
 sscanf(oneline, "Vertices: %d/n", &ver);     // 搜尋字串"Vertices: "，並把其後的頂點數儲存在ver變數中
 k->verts=ver;        // 設定模型的頂點個數
 objallocate(k,ver);       // 為模型資料分配記憶體

  
 下面的迴圈，讀取每一行（即每個頂點）的資料，並把它儲存到記憶體中?/td>  
  

 for (int i=0;i<ver;i++)        // 迴圈所有的頂點
 {
  readstr(filein,oneline);       // 讀取一行資料
  sscanf(oneline, "%f %f %f", &rx, &ry, &rz);     // 把頂點資料儲存在rx,ry,rz中

  k->points[i].x = rx;       // 儲存當前頂點的x座標
  k->points[i].y = ry;       // 儲存當前頂點的y座標
  k->points[i].z = rz;       // 儲存當前頂點的z座標
 }
 fclose(filein);         // 關閉檔案

 if(ver>maxver) maxver=ver;        // 記錄最大的頂點數
}          
  
 下面的函數根據設定的間隔，計算第i個頂點每次變換的位移 
  

VERTEX calculate(int i)         // 計算第i個頂點每次變換的位移
{
 VERTEX a;        
 a.x=(sour->points[i].x-dest->points[i].x)/steps;    
 a.y=(sour->points[i].y-dest->points[i].y)/steps;    
 a.z=(sour->points[i].z-dest->points[i].z)/steps;    
 return a;         
}           
  
 ReSizeGLScene()函數沒有變化 
  

GLvoid ReSizeGLScene(GLsizei width, GLsizei height)

  
 下面的函數完成初始化功能，它設定混合模式為半透明 
  

int InitGL(GLvoid)   
{
 glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA,GL_ONE);      // 設定半透明混合模式
 glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f);     // 設定清除色為黑色
 glClearDepth(1.0);        // 設定深度緩衝中值為1
 glDepthFunc(GL_LESS);       // 設定深度測試函數
 glEnable(GL_DEPTH_TEST);       // 啟用深度測試
 glShadeModel(GL_SMOOTH);       // 設定著色模式為光滑著色
 glHint(GL_PERSPECTIVE_CORRECTION_HINT, GL_NICEST);   
  
 下面的代碼用來載入我們的模型物體 
  

 maxver=0;         // 初始化最大頂點數為0
 objload("data/sphere.txt",&morph1);      // 載入球模型
 objload("data/torus.txt",&morph2);      // 載入圓環模型
 objload("data/tube.txt",&morph3);      // 載入立方體模型

  
 第四個模型不從檔案讀取，我們在（-7，-7，-7）-（7，7，7）之間隨機產生模型點,它和我們載如的模型都一樣具有486個頂點。 
  

 objallocate(&morph4,486);       // 為第四個模型分配記憶體資源
 for(int i=0;i<486;i++)       // 隨機設定486個頂點
 {
  morph4.points[i].x=((float)(rand()%14000)/1000)-7;   
  morph4.points[i].y=((float)(rand()%14000)/1000)-7;   
  morph4.points[i].z=((float)(rand()%14000)/1000)-7;   
 }

  
 初始化中間模型為球體，並把原和目標模型都設定為球 
  

 objload("data/sphere.txt",&helper);
 sour=dest=&morph1;        

 return TRUE;         // 初始化完成，成功返回
}

  
 下面是具體的繪製代碼，嚮往常一樣我們先設定模型變化，以便我們更好的觀察。 
  

void DrawGLScene(GLvoid)
{
 glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);    // 清空緩衝
 glLoadIdentity();        // 重設模型變換矩陣
 glTranslatef(cx,cy,cz);       // 平移和旋轉
 glRotatef(xrot,1,0,0);        
 glRotatef(yrot,0,1,0);       
 glRotatef(zrot,0,0,1);        

 xrot+=xspeed; yrot+=yspeed; zrot+=zspeed;     // 根據旋轉速度，增加旋轉角度

 GLfloat tx,ty,tz;        // 頂點臨時變數
 VERTEX q;         // 儲存中間計算的臨時頂點
  
 接下來我們來繪製模型中的點，如果啟用了變形，則計算變形的中間過程點。 
  

 glBegin(GL_POINTS);        // 點繪製開始
  for(int i=0;i<morph1.verts;i++)      // 迴圈繪製模型1中的每一個頂點
  {         
   if(morph) q=calculate(i); else q.x=q.y=q.z=0;    // 如果啟用變形，則計算中間模型
   helper.points[i].x-=q.x;     
   helper.points[i].y-=q.y;     
   helper.points[i].z-=q.z;     
   tx=helper.points[i].x;      // 儲存計算結果到x,y,z變數中
   ty=helper.points[i].y;      
   tz=helper.points[i].z;     
  
 為了讓動畫開起來流暢，我們一共繪製了三個中間狀態的點。讓變形過程從藍綠色向藍色下一個狀態變化。 
  

   glColor3f(0,1,1);      // 設定顏色
   glVertex3f(tx,ty,tz);     // 繪製頂點
   glColor3f(0,0.5f,1);     // 把顏色變藍一些
   tx-=2*q.x; ty-=2*q.y; ty-=2*q.y;    // 如果啟用變形，則繪製2步後的頂點
   glVertex3f(tx,ty,tz);      
   glColor3f(0,0,1);      // 把顏色變藍一些
   tx-=2*q.x; ty-=2*q.y; ty-=2*q.y;    // 如果啟用變形，則繪製2步後的頂點
   glVertex3f(tx,ty,tz);      
  }         
 glEnd();         // 繪製結束

  
 最後如果啟用了變形，則增加遞增的步驟參數，然後繪製下一個點。 
  

 // 如果啟用變形則把變形步數增加
 if(morph && step<=steps)step++; else { morph=FALSE; sour=dest; step=0;}
 return TRUE; // 一切OK
}

  
 KillGLWindow() 函數基本沒有變化，只是添加釋放5個模型記憶體的代碼 
  

objfree(&morph1);        // 釋放模型1記憶體
 objfree(&morph2);        // 釋放模型2記憶體
 objfree(&morph3);        // 釋放模型3記憶體
 objfree(&morph4);        // 釋放模型4記憶體
 objfree(&helper);        // 釋放模型5記憶體

  
 CreateGLWindow() 函數沒有變化 
  

BOOL CreateGLWindow()  

LRESULT CALLBACK WndProc()

  
 在WinMain()函數中，我們添加了一些鍵盤控制的函數 
  

    if(keys[VK_PRIOR])      // PageUp鍵是否被按下
     zspeed+=0.01f;     // 按下增加繞z軸旋轉的速度

    if(keys[VK_NEXT])      // PageDown鍵是否被按下
     zspeed-=0.01f;     // 按下減少繞z軸旋轉的速度

    if(keys[VK_DOWN])      // 下方向鍵是否被按下
     xspeed+=0.01f;     // 按下增加繞x軸旋轉的速度

    if(keys[VK_UP])      // 上方向鍵是否被按下
     xspeed-=0.01f;     // 按下減少繞x軸旋轉的速度

    if(keys[VK_RIGHT])      // 右方向鍵是否被按下
     yspeed+=0.01f;     // 按下增加沿y軸旋轉的速度

    if(keys[VK_LEFT])      // 左方向鍵是否被按下
     yspeed-=0.01f;     // 按下減少沿y軸旋轉的速度
    if (keys['Q'])      // Q鍵是否被按下
     cz-=0.01f;      // 是則向螢幕裡移動

    if (keys['Z'])      // Z鍵是否被按下
     cz+=0.01f;      // 是則向螢幕外移動

    if (keys['W'])      // W鍵是否被按下
     cy+=0.01f;      // 是則向上移動

    if (keys['S'])      // S鍵是否被按下
     cy-=0.01f;      // 是則向下移動

    if (keys['D'])      // D鍵是否被按下
     cx+=0.01f;      // 是則向右移動

    if (keys['A'])      // A鍵是否被按下
     cx-=0.01f;      // 是則向左移動
  
 1，2，3，4鍵用來設定變形的目標模型 
  

    if (keys['1'] && (key!=1) && !morph)   // 如果1被按下，則變形到模型1
    {
     key=1;      
     morph=TRUE;    
     dest=&morph1;     
    }
    if (keys['2'] && (key!=2) && !morph)   // 如果2被按下，則變形到模型1
    {
     key=2;      
     morph=TRUE;     
     dest=&morph2;     
    }
    if (keys['3'] && (key!=3) && !morph)   // 如果3被按下，則變形到模型1
    {
     key=3;      
     morph=TRUE;     
     dest=&morph3;     
    }
    if (keys['4'] && (key!=4) && !morph)   // 如果4被按下，則變形到模型1
    {
     key=4;      
     morph=TRUE;     
     dest=&morph4;     
    }

  
 我希望你能喜歡這個教程，相信你已經學會了變形動畫。
Piotr Cieslak 的代碼非常的新穎，希望通過這個教程你能知道如何從檔案中載入3D 模型。