使用 Tao 和 C# 进行 OpenGL 3D 导航
使用 Tao 和 C# 的 OpenGL 3D 导航，使用 glRotatef、glTranslatef 和 gluLookAt。
引言
我认为对于初学者来说，最重要的一步是学习如何创建 3D 空间以及如何在其中导航。尤其是如何在 3D 空间中导航非常重要。这对于初学者来说可能会非常令人困惑。这个程序展示了如何在 3D 空间中导航。
背景
我有一个使用 C++ Windows 控制台应用程序的相同项目。如果您有兴趣，请查看我的其他文章。
使用代码
基本代码来自红宝书“OpenGL 编程指南（第三版）”。这是一个初学者级别的程序，用于演示如何在 3D 空间中导航。它使用了 glRotatef()、glTranslatef() 和 gluLookAt() 函数。我用线分割了 3D 空间。x、y、z 轴的交点是位置 (0,0,0)。线的点状部分是轴的负向。 z 轴不可见，因为我们从 (0,0,15) 坐标查看空间。 上图被旋转，因此可以看到 z 轴。
- 绿色代表 x 轴
- 红色代表 y 轴
- 蓝色代表 z 轴
- x,X - 绕 x 轴旋转；使用
glRotatef()函数 - y,Y - 绕 y 轴旋转；使用
glRotatef()函数 - z,Z - 绕 z 轴旋转；使用
glRotatef()函数 - left_key - 向左平移（x 轴）；使用
glTranslatef()函数 - right_key - 向右平移（x 轴）；使用
glTranslatef()函数 - up_key - 向上平移（y 轴）；使用
glTranslatef()函数 - down_key - 向下平移（y 轴）；使用
glTranslatef()函数 - page_up - 在 z 轴上平移（放大）；使用
glTranslatef()函数 - page_down - 在 z 轴上平移（缩小）；使用
glTranslatef()函数 - j,J - 在 x 轴上平移；使用
glLookAt()函数 - k,K - 在 y 轴上平移；使用
glLookAt()函数 - l,L - 在 z 轴上平移；使用
glLookAt()函数 - b,B 在 x 轴上旋转 (+/-)90 度
- n,N 在 y 轴上旋转 (+/-)90 度
- m,M 在 z 轴上旋转 (+/-)90 度
- o,O - 将所有内容恢复为默认值（起始坐标）
请注意，glTranslatef 和 gluLookAt() 的行为相同。但是，它们并不完全相同。您可以通过使用此程序来找出这一点。
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;
using Tao.OpenGl;
using Tao.FreeGlut;
namespace OpenGLNavigationWithTaoCSharp
{
sealed class Program
{
static float X = 0.0f; // Translate screen to x direction (left or right)
static float Y = 0.0f; // Translate screen to y direction (up or down)
static float Z = 0.0f; // Translate screen to z direction (zoom in or out)
static float rotX = 0.0f; // Rotate screen on x axis
static float rotY = 0.0f; // Rotate screen on y axis
static float rotZ = 0.0f; // Rotate screen on z axis
static float rotLx = 0.0f; // Translate screen by using the glulookAt
// function (left or right)
static float rotLy = 0.0f; // Translate screen by using the glulookAt
// function (up or down)
static float rotLz = 0.0f; // Translate screen by using the glulookAt
// function (zoom in or out)
// Initiliaze the OpenGL window
static void init()
{
Gl.glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f); // Clear the color
Gl.glShadeModel (Gl.GL_FLAT); // Set the shading model
// to GL_FLAT
Gl.glEnable (Gl.GL_LINE_SMOOTH);
Gl.glHint(Gl.GL_LINE_SMOOTH_HINT, Gl.GL_NICEST); // Set Line Antialiasing
}
// Draw the lines (x,y,z)
static void display()
{
Gl.glClear(Gl.GL_COLOR_BUFFER_BIT); // Clear the Color Buffer
Gl.glPushMatrix(); // It is important to push
// the Matrix before calling
// glRotatef and glTranslatef
Gl.glRotatef(rotX, 1.0f, 0.0f, 0.0f); // Rotate on x
Gl.glRotatef(rotY, 0.0f, 1.0f, 0.0f); // Rotate on y
Gl.glRotatef(rotZ, 0.0f, 0.0f, 1.0f); // Rotate on z
Gl.glTranslatef(X, Y, Z); // Translates the screen
// left or right, up or down
// or zoom in zoom out
// Draw the positive side of the lines x,y,z
Gl.glBegin(Gl.GL_LINES);
Gl.glColor3f(0.0f, 1.0f, 0.0f); // Green for x axis
Gl.glVertex3f(0f, 0f, 0f);
Gl.glVertex3f(10f, 0f, 0f);
Gl.glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f); // Red for y axis
Gl.glVertex3f(0f, 0f, 0f);
Gl.glVertex3f(0f, 10f, 0f);
Gl.glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f); // Blue for z axis
Gl.glVertex3f(0f, 0f, 0f);
Gl.glVertex3f(0f, 0f, 10f);
Gl.glEnd();
// Dotted lines for the negative sides of x,y,z
Gl.glEnable(Gl.GL_LINE_STIPPLE); // Enable line stipple to
// use a dotted pattern for
// the lines
Gl.glLineStipple(1, 0x0101); // Dotted stipple pattern for
// the lines
Gl.glBegin(Gl.GL_LINES);
Gl.glColor3f(0.0f, 1.0f, 0.0f); // Green for x axis
Gl.glVertex3f(-10f, 0f, 0f);
Gl.glVertex3f(0f, 0f, 0f);
Gl.glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f); // Red for y axis
Gl.glVertex3f(0f, 0f, 0f);
Gl.glVertex3f(0f, -10f, 0f);
Gl.glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f); // Blue for z axis
Gl.glVertex3f(0f, 0f, 0f);
Gl.glVertex3f(0f, 0f, -10f);
Gl.glEnd();
Gl.glDisable(Gl.GL_LINE_STIPPLE); // Disable the line stipple
Gl.glPopMatrix(); // Don't forget to pop the Matrix
Glut.glutSwapBuffers();
}
// This function is called whenever the window size is changed
static void reshape (int w, int h)
{
Gl.glViewport (0, 0, w, h); // Set the viewport
Gl.glMatrixMode (Gl.GL_PROJECTION); // Set the Matrix mode
Gl.glLoadIdentity ();
Glu.gluPerspective(75f, (float) w /(float)h , 0.10f, 100.0f);
Gl.glMatrixMode(Gl.GL_MODELVIEW);
Gl.glLoadIdentity();
Glu.gluLookAt (rotLx, rotLy, 15.0f + rotLz, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f,
1.0f, 0.0f);
}
// This function is used for the navigation keys
public static void keyboard(byte key, int x, int y)
{
switch (key) {
// x,X,y,Y,z,Z uses the glRotatef() function
case 120: // x // Rotates screen on x axis
rotX -= 0.5f;
break;
case 88: // X // Opposite way
rotX += 0.5f;
break;
case 121: // y // Rotates screen on y axis
rotY -= 0.5f;
break;
case 89: // Y // Opposite way
rotY += 0.5f;
break;
case 122: // z // Rotates screen on z axis
rotZ -= 0.5f;
break;
case 90: // Z // Opposite way
rotZ += 0.5f;
break;
// j,J,k,K,l,L uses the gluLookAt function for navigation
case 106: // j
rotLx -= 0.2f;
Gl.glMatrixMode(Gl.GL_MODELVIEW);
Gl.glLoadIdentity();
Glu.gluLookAt (rotLx, rotLy, 15.0 + rotLz, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0,
0.0);
break;
case 74: // J
rotLx += 0.2f;
Gl.glMatrixMode(Gl.GL_MODELVIEW);
Gl.glLoadIdentity();
Glu.gluLookAt (rotLx, rotLy, 15.0 + rotLz, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0,
0.0);
break;
case 107: // k
rotLy -= 0.2f;
Gl.glMatrixMode(Gl.GL_MODELVIEW);
Gl.glLoadIdentity();
Glu.gluLookAt (rotLx, rotLy, 15.0 + rotLz, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0,
0.0);
break;
case 75: // K
rotLy += 0.2f;
Gl.glMatrixMode(Gl.GL_MODELVIEW);
Gl.glLoadIdentity();
Glu.gluLookAt (rotLx, rotLy, 15.0 + rotLz, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0,
0.0);
break;
case 108: // (l) It has a special case when the rotLZ becames less
// than -15 the screen is viewed from the opposite side
// therefore this if statement below does not allow rotLz
// be less than -15
if(rotLz + 14 >= 0)
rotLz -= 0.2f;
Gl.glMatrixMode(Gl.GL_MODELVIEW);
Gl.glLoadIdentity();
Glu.gluLookAt (rotLx, rotLy, 15.0 + rotLz, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0,
0.0);
break;
case 76: // L
rotLz += 0.2f;
Gl.glMatrixMode(Gl.GL_MODELVIEW);
Gl.glLoadIdentity();
Glu.gluLookAt (rotLx, rotLy, 15.0 + rotLz, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0,
1.0, 0.0);
break;
case 98: // b // Rotates on x axis by -90 degree
rotX -= 90.0f;
break;
case 66: // B // Rotates on y axis by 90 degree
rotX += 90.0f;
break;
case 110: // n // Rotates on y axis by -90 degree
rotY -= 90.0f;
break;
case 78: // N // Rotates on y axis by 90 degree
rotY += 90.0f;
break;
case 109: // m // Rotates on z axis by -90 degree
rotZ -= 90.0f;
break;
case 77: // M // Rotates on z axis by 90 degree
rotZ += 90.0f;
break;
case 111: // o // Default, resets the translations vies from
// starting view
case 80: // O
X = Y = 0.0f;
Z = 0.0f;
rotX = 0.0f;
rotY = 0.0f;
rotZ = 0.0f;
rotLx = 0.0f;
rotLy = 0.0f;
rotLz = 0.0f;
Gl.glMatrixMode(Gl.GL_MODELVIEW);
Gl.glLoadIdentity();
Glu.gluLookAt(rotLx, rotLy, 15.0f + rotLz, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f,
1.0f, 0.0f);
break;
}
Glut.glutPostRedisplay(); // Redraw the scene
}
// called on special key pressed
private static void specialKey(int key, int x, int y) {
// The keys below are using the gluLookAt() function for navigation
// Check which key is pressed
switch(key) {
case Glut.GLUT_KEY_LEFT : // Rotate on x axis
X -= 0.1f;
break;
case Glut.GLUT_KEY_RIGHT: // Rotate on x axis (opposite)
X += 0.1f;
break;
case Glut.GLUT_KEY_UP: // Rotate on y axis
Y += 0.1f;
break;
case Glut.GLUT_KEY_DOWN: // Rotate on y axis (opposite)
Y -= 0.1f;
break;
case Glut.GLUT_KEY_PAGE_UP: // Roatae on z axis
Z -= 0.1f;
break;
case Glut.GLUT_KEY_PAGE_DOWN:// Roatae on z axis (opposite)
Z += 0.1f;
break;
}
Glut.glutPostRedisplay(); // Redraw the scene
}
static void Main(string[] args)
{
Glut.glutInit();
// Setup display mode to double buffer and RGB color
Glut.glutInitDisplayMode(Glut.GLUT_DOUBLE | Glut.GLUT_RGB);
// Set the screen size
Glut.glutInitWindowSize(600, 600);
Glut.glutCreateWindow("OpenGL 3D Navigation Program With Tao");
init();
Glut.glutReshapeFunc(reshape);
Glut.glutDisplayFunc(display);
// set window's key callback
Glut.glutKeyboardFunc(new Glut.KeyboardCallback(keyboard));
// set window's to specialKey callback
Glut.glutSpecialFunc(new Glut.SpecialCallback(
specialKey));
Glut.glutMainLoop();
}
}
}