opengl实现任意两点间画圆柱体

2020-01-26 13:41:04

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供稿：网友

本文实例为大家分享了opengl实现任意两点间画圆柱体的具体代码，供大家参考，具体内容如下

1、问题提出

两点间画线简单：

glBegin(GL_LINES); //注意是LINES不是LINE，这个错误一定要注意。

glVertexf(x1, y1, z1);

glVertexf(x2, y2, z2);

glEnd();

画线函数不会影响opengl的矩阵堆栈。

但是很多时候线条效果会比较差，比如我要做一个骨骼动画，关节点间的骨头用线条太难看，即使使用glLineWidth设置线宽，视觉效果还是一塌糊涂。还有利用分形绘制3D树的时候，树干用线条（宽线条）绘制效果也不佳。所以此时需要实现一个函数，3D空间中任意两点间用几何体绘制，我下面介绍一种思路。

2、原理介绍

要在A(x1,y1,z1), B(x2,y2,z2)之间绘制圆柱体，首先在原点处，沿着Y轴方向完成几何体绘制，然后旋转到AB向量方向，最后平移到A点处。关键在旋转矩阵的计算，使用向量叉乘：AB向量和Y轴单位向量叉乘计算出右手side向量，然后side单位化，side和AB叉乘计算出最终的up方向。

代码如下：

void RenderBone(float x0, float y0, float z0, float x1, float y1, float z1 ) {   GLdouble dir_x = x1 - x0;   GLdouble dir_y = y1 - y0;   GLdouble dir_z = z1 - z0;   GLdouble bone_length = sqrt( dir_x*dir_x + dir_y*dir_y + dir_z*dir_z );   static GLUquadricObj * quad_obj = NULL;   if ( quad_obj == NULL )     quad_obj = gluNewQuadric();   gluQuadricDrawStyle( quad_obj, GLU_FILL );   gluQuadricNormals( quad_obj, GLU_SMOOTH );   glPushMatrix();   // 平移到起始点   glTranslated( x0, y0, z0 );   // 计算长度   double length;   length = sqrt( dir_x*dir_x + dir_y*dir_y + dir_z*dir_z );   if ( length < 0.0001 ) {      dir_x = 0.0; dir_y = 0.0; dir_z = 1.0; length = 1.0;   }   dir_x /= length; dir_y /= length; dir_z /= length;   GLdouble up_x, up_y, up_z;   up_x = 0.0;   up_y = 1.0;   up_z = 0.0;   double side_x, side_y, side_z;   side_x = up_y * dir_z - up_z * dir_y;   side_y = up_z * dir_x - up_x * dir_z;   side_z = up_x * dir_y - up_y * dir_x;   length = sqrt( side_x*side_x + side_y*side_y + side_z*side_z );   if ( length < 0.0001 ) {     side_x = 1.0; side_y = 0.0; side_z = 0.0; length = 1.0;   }   side_x /= length; side_y /= length; side_z /= length;   up_x = dir_y * side_z - dir_z * side_y;   up_y = dir_z * side_x - dir_x * side_z;   up_z = dir_x * side_y - dir_y * side_x;   // 计算变换矩阵   GLdouble m[16] = { side_x, side_y, side_z, 0.0,     up_x,  up_y,  up_z,  0.0,     dir_x, dir_y, dir_z, 0.0,     0.0,  0.0,  0.0,  1.0 };   glMultMatrixd( m );   // 圆柱体参数   GLdouble radius= 20;    // 半径   GLdouble slices = 8.0;   // 段数   GLdouble stack = 3.0;    // 递归次数   gluCylinder( quad_obj, radius, radius, bone_length, slices, stack );    glPopMatrix(); }

上面的代码绘制圆柱体使用了glu几何库，如果绘制其他几何体：比如四棱锥，或其它几何体，只需要修改下面的框架：

void RenderBone(float x0, float y0, float z0, float x1, float y1, float z1 ) {   GLdouble dir_x = x1 - x0;   GLdouble dir_y = y1 - y0;   GLdouble dir_z = z1 - z0;   GLdouble bone_length = sqrt( dir_x*dir_x + dir_y*dir_y + dir_z*dir_z );   glPushMatrix();   // 平移到起始点   glTranslated( x0, y0, z0 );   // 计算长度   double length;   length = sqrt( dir_x*dir_x + dir_y*dir_y + dir_z*dir_z );   if ( length < 0.0001 ) {      dir_x = 0.0; dir_y = 0.0; dir_z = 1.0; length = 1.0;   }   dir_x /= length; dir_y /= length; dir_z /= length;   GLdouble up_x, up_y, up_z;   up_x = 0.0;   up_y = 1.0;   up_z = 0.0;   double side_x, side_y, side_z;   side_x = up_y * dir_z - up_z * dir_y;   side_y = up_z * dir_x - up_x * dir_z;   side_z = up_x * dir_y - up_y * dir_x;   length = sqrt( side_x*side_x + side_y*side_y + side_z*side_z );   if ( length < 0.0001 ) {     side_x = 1.0; side_y = 0.0; side_z = 0.0; length = 1.0;   }   side_x /= length; side_y /= length; side_z /= length;   up_x = dir_y * side_z - dir_z * side_y;   up_y = dir_z * side_x - dir_x * side_z;   up_z = dir_x * side_y - dir_y * side_x;   // 计算变换矩阵   GLdouble m[16] = { side_x, side_y, side_z, 0.0,     up_x,  up_y,  up_z,  0.0,     dir_x, dir_y, dir_z, 0.0,     0.0,  0.0,  0.0,  1.0 };   glMultMatrixd( m );      // 原点处向Y轴方向绘制几何体   renderGeometryInYAxis();   glPopMatrix(); }

注意上面的renderGeometryInYAxis();必须是在Y轴上绘制几何体。

3、测试代码：

#include <gl/glut.h> #include <cstdio> #include <cstdlib> #include <cmath> void  init(void); void  reshape(int w,int h); void  display(void);  void RenderBone(float x0, float y0, float z0, float x1, float y1, float z1 ); int main(int argc, char** argv) {   glutInit(&argc, argv);   glutInitDisplayMode (GLUT_SINGLE | GLUT_RGB | GLUT_DEPTH);    glutInitWindowSize (500, 500);   glutInitWindowPosition (100, 100);   glutCreateWindow("Sphere");   init ();   glutReshapeFunc(reshape);   glutDisplayFunc(display);   glutMainLoop();   return 0; } void init (void) {    glClearColor (0.0, 0.0, 0.0, 0.0);   glClearDepth(1);   glShadeModel(GL_SMOOTH);   GLfloat _ambient[]={1.0,1.0,1.0,1.0};   GLfloat _diffuse[]={1.0,1.0,0.0,1.0};   GLfloat _specular[]={1.0,1.0,1.0,1.0};   GLfloat _position[]={200,200,200,0};   glLightfv(GL_LIGHT0,GL_AMBIENT,_ambient);   glLightfv(GL_LIGHT0,GL_DIFFUSE,_diffuse);   glLightfv(GL_LIGHT0,GL_SPECULAR,_specular);   glLightfv(GL_LIGHT0,GL_POSITION,_position);   glEnable(GL_TEXTURE_2D);   glEnable(GL_LIGHTING);   glEnable(GL_LIGHT0);   glEnable(GL_DEPTH_TEST);   glHint(GL_PERSPECTIVE_CORRECTION_HINT, GL_NICEST); } void reshape(int w, int h) {   glViewport (0, 0, (GLsizei) w, (GLsizei) h);   glMatrixMode(GL_PROJECTION);   glLoadIdentity();   glOrtho(0.0, 500, 0.0, 500, -500, 500);   glMatrixMode(GL_MODELVIEW);   glLoadIdentity(); } void display(void) {   glMatrixMode(GL_MODELVIEW);   glLoadIdentity();   glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT);   glPushMatrix();   {     RenderBone(100, 100, 100, 200, 300, 500);   } glPopMatrix();    glFlush();   glutPostRedisplay(); } void RenderBone(float x0, float y0, float z0, float x1, float y1, float z1 ) {   GLdouble dir_x = x1 - x0;   GLdouble dir_y = y1 - y0;   GLdouble dir_z = z1 - z0;   GLdouble bone_length = sqrt( dir_x*dir_x + dir_y*dir_y + dir_z*dir_z );   static GLUquadricObj * quad_obj = NULL;   if ( quad_obj == NULL )     quad_obj = gluNewQuadric();   gluQuadricDrawStyle( quad_obj, GLU_FILL );   gluQuadricNormals( quad_obj, GLU_SMOOTH );   glPushMatrix();   // 平移到起始点   glTranslated( x0, y0, z0 );   // 计算长度   double length;   length = sqrt( dir_x*dir_x + dir_y*dir_y + dir_z*dir_z );   if ( length < 0.0001 ) {      dir_x = 0.0; dir_y = 0.0; dir_z = 1.0; length = 1.0;   }   dir_x /= length; dir_y /= length; dir_z /= length;   GLdouble up_x, up_y, up_z;   up_x = 0.0;   up_y = 1.0;   up_z = 0.0;   double side_x, side_y, side_z;   side_x = up_y * dir_z - up_z * dir_y;   side_y = up_z * dir_x - up_x * dir_z;   side_z = up_x * dir_y - up_y * dir_x;   length = sqrt( side_x*side_x + side_y*side_y + side_z*side_z );   if ( length < 0.0001 ) {     side_x = 1.0; side_y = 0.0; side_z = 0.0; length = 1.0;   }   side_x /= length; side_y /= length; side_z /= length;   up_x = dir_y * side_z - dir_z * side_y;   up_y = dir_z * side_x - dir_x * side_z;   up_z = dir_x * side_y - dir_y * side_x;   // 计算变换矩阵   GLdouble m[16] = { side_x, side_y, side_z, 0.0,     up_x,  up_y,  up_z,  0.0,     dir_x, dir_y, dir_z, 0.0,     0.0,  0.0,  0.0,  1.0 };   glMultMatrixd( m );   // 圆柱体参数   GLdouble radius= 20;    // 半径   GLdouble slices = 8.0;   // 段数   GLdouble stack = 3.0;    // 递归次数   gluCylinder( quad_obj, radius, radius, bone_length, slices, stack );    glPopMatrix(); }

最终效果图：