OpenGL的几何变换_opengl几何变换csdn

1．实验目的：
　　理解掌握一个OpenGL程序平移、旋转、缩放变换的方法。

2．实验内容：
　　（1）阅读实验原理，运行示范实验代码，掌握OpenGL程序平移、旋转、缩放变换的方法；
　　（2）根据示范代码，尝试完成实验作业；

3．实验原理：
　　（1）OpenGL下的几何变换
　　在OpenGL的核心库中，每一种几何变换都有一个独立的函数，所有变换都在三维空间中定义。

　　平移矩阵构造函数为glTranslate

 　　#include <GL/glut.h>

void init(void)
{
    glClearColor(1.0, 1.0, 1.0, 0.0);

    glMatrixMode(GL_PROJECTION);
    gluOrtho2D(-5.0, 5.0, -5.0, 5.0); //设置显示的范围是X:-5.0~5.0, Y:-5.0~5.0
    glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
}

void drawSquare(void) //绘制中心在原点，边长为2的正方形
{
    glBegin(GL_POLYGON); //顶点指定需要按逆时针方向
    {
        glVertex2f(-1.0f,-1.0f);//左下点
        glVertex2f(1.0f,-1.0f);//右下点
        glVertex2f(1.0f, 1.0f);//右上点
        glVertex2f(-1.0f,1.0f);//左上点
    }
    glEnd();
}

void myDraw1(void)
{
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); //清空

    glLoadIdentity(); //将当前矩阵设为单位矩阵
    glColor3f(1.0, 0.0, 0.0);
    drawSquare(); //在原点处绘制边长为2红色正方形

    glTranslatef(2.0,3.0,0.0); //向右移动2单位，向上移动3单位
    glColor3f(0.0, 1.0, 0.0);
    drawSquare(); //绘制边长为2绿色正方形

    glTranslatef(0.0,-3.0,0.0); //再向下移动3单位
    glColor3f(0.0, 0.0, 1.0);
    drawSquare(); //绘制边长为2蓝色正方形

    glFlush();
}

void myDraw2(void)
{
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); //清空

    glLoadIdentity(); //将当前矩阵设为单位矩阵
    glColor3f(1.0, 0.0, 0.0);
    drawSquare(); //在原点处绘制边长为2红色正方形

    glPushMatrix();
    {
        glTranslatef(2.0,3.0,0.0); //向右移动2单位，向上移动3单位
        glColor3f(0.0, 1.0, 0.0);
        drawSquare(); //绘制边长为2绿色正方形
    }
    glPopMatrix();

    glTranslatef(2.0,0.0,0.0); //再向右移动2单位
    glColor3f(0.0, 0.0, 1.0);
    drawSquare(); //绘制边长为2蓝色正方形

    glFlush();
}

void main(int argc, char** argv)
{
    glutInit(&argc, argv);
    glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGB);
    glutInitWindowPosition(0, 0);
    glutInitWindowSize(600, 600);
    glutCreateWindow("Translate函数示例");

    init();
    glutDisplayFunc(myDraw1);
    glutMainLoop();
}
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注意理解：myDraw1（）和myDraw2（）生成的图形完全相同，为什么？

　(2)、Rotate示例

#include <GL/glut.h>

void init(void)
{
    glClearColor(1.0, 1.0, 1.0, 0.0);

    glMatrixMode(GL_PROJECTION);
    gluOrtho2D(-5.0, 5.0, -5.0, 5.0); //设置显示的范围是X:-5.0~5.0, Y:-5.0~5.0
    glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
}

void drawSquare(void) //绘制中心在原点，边长为2的正方形
{
    glBegin(GL_POLYGON); //顶点指定需要按逆时针方向
    {
        glVertex2f(-1.0f,-1.0f);//左下点
        glVertex2f(1.0f,-1.0f);//右下点
        glVertex2f(1.0f, 1.0f);//右上点
        glVertex2f(-1.0f,1.0f);//左上点
    }
    glEnd();
}

void myDraw1(void)
{
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); //清空

    glLoadIdentity(); //将当前矩阵设为单位矩阵
    glColor3f(1.0, 0.0, 0.0);
    drawSquare(); //在原点处绘制边长为2红色正方形

    glTranslatef(2.0,3.0,0.0); //向右移动2单位，向上移动3单位
    glRotatef(30,0.0,0.0,1.0); //逆时针旋转30角度
    glColor3f(0.0, 1.0, 0.0);
    drawSquare(); //绘制边长为2绿色正方形

    glLoadIdentity(); //将当前矩阵设为单位矩阵
    glTranslatef(-2.0,-3.0,0.0); //向左移动2单位，向下移动3单位
    glRotatef(-30,0.0,0.0,1.0); //顺时针旋转30角度
    glColor3f(0.0, 0.0, 1.0);
    drawSquare(); //绘制边长为2蓝色正方形

    glFlush();
}

void myDraw2(void)
{
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); //清空

    glLoadIdentity(); //将当前矩阵设为单位矩阵
    glColor3f(1.0, 0.0, 0.0);
    drawSquare(); //在原点处绘制边长为2红色正方形

    glPushMatrix(); //把当前矩阵压入堆栈
    {
        glTranslatef(2.0,3.0,0.0); //向右移动2单位，向上移动3单位
        glRotatef(30,0.0,0.0,1.0); //逆时针旋转30角度
        glColor3f(0.0, 1.0, 0.0);
        drawSquare(); //绘制边长为2绿色正方形
    }
    glPopMatrix(); //从堆栈栈顶弹出一个矩阵为当前矩阵

    glTranslatef(-2.0,-3.0,0.0); //向左移动2单位，向下移动3单位
    glRotatef(-30,0.0,0.0,1.0); //顺时针旋转30角度
    glColor3f(0.0, 0.0, 1.0);
    drawSquare(); //绘制边长为2蓝色正方形

    glFlush();
}

void main(int argc, char** argv)
{
    glutInit(&argc, argv);
    glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGB);
    glutInitWindowPosition(0, 0);
    glutInitWindowSize(600, 600);
    glutCreateWindow("Rotate函数示例");

    init();
    glutDisplayFunc(myDraw1);
    glutMainLoop();
}
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（3）拉伸 glScalef

#include <GL/glut.h>
void init(void)
{
    glClearColor(1.0, 1.0, 1.0, 0.0);
    glMatrixMode(GL_PROJECTION);
    gluOrtho2D(-5.0, 5.0, -5.0, 5.0); //设置显示的范围是X:-5.0~5.0, Y:-5.0~5.0
    glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
}

void drawSquare(void) //绘制中心在原点，边长为2的正方形
{
    glBegin(GL_POLYGON); //顶点指定需要按逆时针方向
    {
        glVertex2f(-1.0f,-1.0f);//左下点
        glVertex2f(1.0f,-1.0f);//右下点
        glVertex2f(1.0f, 1.0f);//右上点
        glVertex2f(-1.0f,1.0f);//左上点
    }
    glEnd();
}

void myDraw1(void)
{
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); //清空

    glLoadIdentity(); //将当前矩阵设为单位矩阵
    glColor3f(1.0, 0.0, 0.0);
    drawSquare(); //在原点处绘制边长为2红色正方形

    glTranslatef(2.0,3.0,0.0); //向右移动2单位，向上移动3单位
    glScalef(1.0,1.5,1.0); //X和Z方向保持不变，Y方向放大为原来的1.5倍
    glColor3f(0.0, 1.0, 0.0);
    drawSquare(); //绘制边长为2绿色正方形

    glLoadIdentity(); //将当前矩阵设为单位矩阵
    glTranslatef(-2.0,-3.0,0.0); //向左移动2单位，向下移动3单位
    glScalef(0.5,1.5,1.0); //Z方向保持不变，X方向缩小为原来的0.5倍，Y方向放大为原来的1.5倍
    glColor3f(0.0, 0.0, 1.0);
    drawSquare(); //绘制边长为2蓝色正方形

    glFlush();
}

void myDraw2(void)
{
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); //清空

    glLoadIdentity(); //将当前矩阵设为单位矩阵
    glColor3f(1.0, 0.0, 0.0);
    drawSquare(); //在原点处绘制边长为2红色正方形
    glPushMatrix(); //把当前矩阵压入堆栈
    {
        glTranslatef(2.0,3.0,0.0); //向右移动2单位，向上移动3单位
        glScalef(1.0,1.5,1.0); //X和Z方向保持不变，Y方向放大为原来的1.5倍
        glColor3f(0.0, 1.0, 0.0);
        drawSquare(); //绘制边长为2绿色正方形
    }
    glPopMatrix(); //从堆栈栈顶弹出一个矩阵为当前矩阵

    glTranslatef(-2.0,-3.0,0.0); //向左移动2单位，向下移动3单位
    glScalef(0.5,1.5,1.0); //Z方向保持不变，X方向缩小为原来的0.5倍，Y方向放大为原来的1.5倍
    glColor3f(0.0, 0.0, 1.0);
    drawSquare(); //绘制边长为2蓝色正方形

    glFlush();
}

void main(int argc, char** argv)
{
    glutInit(&argc, argv);
    glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGB);
    glutInitWindowPosition(0, 0);
    glutInitWindowSize(600, 600);
    glutCreateWindow("Scale函数示例");

    init();
    glutDisplayFunc(myDraw1);
    glutMainLoop();
}
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(4)、综合示例

#include <GL/glut.h>

void init(void)
{
    glClearColor(1.0, 1.0, 1.0, 0.0);

    glMatrixMode(GL_PROJECTION);
    gluOrtho2D(-5.0, 5.0, -5.0, 5.0); //设置显示的范围是X:-5.0~5.0, Y:-5.0~5.0
    glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
}

void drawSquare(void) //绘制中心在原点，边长为2的正方形
{
    glBegin(GL_POLYGON); //顶点指定需要按逆时针方向
    {
        glVertex2f(-1.0f,-1.0f);//左下点
        glVertex2f(1.0f,-1.0f);//右下点
        glVertex2f(1.0f, 1.0f);//右上点
        glVertex2f(-1.0f,1.0f);//左上点
    }
    glEnd();
}

void myDraw(void)
{
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); //清空

    glLoadIdentity(); //将当前矩阵设为单位矩阵
    glPushMatrix();
    {
        glTranslatef(0.0f,2.0f,0.0f);
        glScalef(3.0,0.5,1.0);
        glColor3f(1.0, 0.0, 0.0);
        drawSquare(); //上面红色矩形
    }
    glPopMatrix();

    glPushMatrix();
    {
        glTranslatef(-3.0,0.0,0.0);

        glPushMatrix();
        {
            glRotatef(45.0,0.0,0.0,1.0);
            glColor3f(0.0, 1.0, 0.0);
            drawSquare(); //中间左菱形
        }
        glPopMatrix();

        glTranslatef(3.0,0.0,0.0);

        glPushMatrix();
        {
            glRotatef(45.0,0.0,0.0,1.0);
            glColor3f(0.0, 0.7, 0.0);
            drawSquare(); //中间中菱形
        }
        glPopMatrix();

        glTranslatef(3.0,0.0,0.0);

        glPushMatrix();
        {
            glRotatef(45.0,0.0,0.0,1.0);
            glColor3f(0.0, 0.4, 0.0);
            drawSquare(); //中间右菱形
        }
        glPopMatrix();
    }
    glPopMatrix();

    glTranslatef(0.0,-3.0,0.0);
    glScalef(4.0,1.5,1.0);
    glColor3f(0.0, 0.0, 1.0);
    drawSquare(); //下面蓝色矩形

    glFlush();
}

void main(int argc, char** argv)
{
    glutInit(&argc, argv);
    glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGB);
    glutInitWindowPosition(0, 0);
    glutInitWindowSize(600, 600);
    glutCreateWindow("几何变换函数综合示例");

    init();
    glutDisplayFunc(myDraw);
    glutMainLoop();
}
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5.实验作业：

　　绘制如下图形：
　　
提示：

　　（1）写一个绘制菱形的函数drawDiamond(void)；　

void drawDiamond(void) //绘制中心在原点的菱形
{
    glBegin(GL_POLYGON); //顶点指定需要按逆时针方向
    {
        glVertex2f(0.0f,-1.0f);//下点
        glVertex2f(2.0f,0.0f);//右点
        glVertex2f(0.0f, 1.0f);//上点
        glVertex2f(-2.0f,0.0f);//左点
    }
    glEnd();
}
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　（2）用几何变换绘制三个不同位置、旋转角度、颜色的菱形。