opengl实现任意两点间画圆柱体
时间：2021-01-08 12:22:34 | 栏目：C代码 | 点击：次
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：
