参考链接： 通过Python了解OpenGL
一、目的
1、摄像机应用，正交投影画六角星；
二、程序运行结果
三、摄像机的设置
吴亚峰《OpenGL ES 3.x游戏开发》(上卷)内容
从日常生活的经验中可以很容易地了解到，随着摄像机位置、姿态的不同，就算是对同一个场景进行拍摄，得到的画面也是迥然不同的。
摄像机的设置需要给出 3 方面的信息，包括摄像机的位置、观察的方向以及 up 方向，具体情况如图5-1 所示。
摄像机的位置很容易理解，用其在 3D 空间中的坐标来表示。
摄像机观察的方向可以理解为摄像机镜头的指向，用一个观察目标点来表示(通过摄像机位置与观察目标点可以确定一个向量，此向量即代表了摄像机观察的方向)。
摄像机的 up 方向可以理解为摄像机顶端的指向，用一个向量来表示。
可以看出，摄像机的位置、朝向、 up 方向可以有很多不同的组合。
程序通过调用pyrr.matrix44.create_look_at()方法来完成对摄像机的设置
mvMatrix = pyrr.matrix44.create_look_at(cameraPos, cameraFront, cameraUp,None)
四、两种投影方式
在图元装配之后的光栅化阶段前，首先需要把虚拟 3D 世界中的物体投影到二维平面上。 OpenGL中常用的投影模式有两种，分别为正交投影与透视投影
##1、 正交投影
OpenGL中，根据应用程序中ᨀ供的投影矩阵，管线会确定一个可视空间区域，称为
视景体。视景体是由 6 个平面确定的，这 6 个平面分别为：上平面(up)、下平面(down)、左平面(left)、右平面(right)、远平面(far)、近平面(near)。
场景中处于视景体内的物体会被投影到近平面上(视景体外面的物体将被裁剪掉)，然后再将近平面上投影出的内容映射到屏幕上的视口中。对于正交投影而言，视景体及近平面的情况如图 5-3所示。
从图 5-3 中可以看出，由于正交投影是平行投影的一种，其投影线(物体的顶点与近平面上投影点的连线)是平行的。故其视景体为长方体，投影到近平面上的图形不会产生真实世界中“近大远小”的效果，图 5-4 更清楚地说明了这个问题
五、源代码
"""
程序名称：GL_orthoM.py
编程: dalong10
功能: 正交投影的实现
参考资料： 《OpenGL ES 3.x游戏开发》(上卷)吴亚峰
"""
import myGL_Funcs #Common OpenGL utilities,see myGL_Funcs.py
import glfw
from OpenGL.GL import *
import numpy
import numpy as np
import pyrr
from PIL import Image
StarVS = """
# version 330
layout(location = 0) in vec3 a_position; //顶点位置
layout(location = 1) in vec3 a_color; //顶点颜色
uniform mat4 rotation; //总变换矩阵
out vec3 v_color; //用于传递给片元着色器的变量
void main()
{
gl_Position = rotation * vec4(a_position, 1.0); //根据总变换矩阵计算此次绘制此顶点位置
v_color = a_color; //将接收的颜色传递给片元着色器
}
"""
StarFS = """
# version 330
in vec3 v_color; //接收从顶点着色器过来的参数
out vec4 out_color; //输出到的片元颜色
void main()
{
out_color = vec4(v_color, 1.0f); //给此片元颜色值
}
"""
class SixPointedStar:
def initVertexData(self,R,r,z): # 初始化顶点数据的initVertexData方法
self.vertexs = np.array([], np.float32) # 位置FloatArray(numPoint * 3)
self.colorArray = np.array([], np.float32) # 颜色FloatArray(numPoint * 4)
# 把矩形平铺在一个平面上
PI = np.pi
tempAngle=int(360/6)
count=0
for angle in range(0,360,tempAngle): # 循环生成构成六角形各三角形的顶点坐标
x1=0.0 #第一个三角形,三个点
y1=0.0
z1=z
x2=R*np.cos(PI*angle/180)
y2=R*np.sin(PI*angle/180)
z2=z
x3=r*np.cos(PI*(angle tempAngle/2)/180)
y3=r*np.sin(PI*(angle tempAngle/2)/180)
z3=z
x4=0
y4=0
z4=z
x5=r*np.cos(PI*(angle tempAngle/2)/180)
y5=r*np.sin(PI*(angle tempAngle/2)/180)
z5=z
x6=R*np.cos(PI*(angle tempAngle)/180)
y6=R*np.sin(PI*(angle tempAngle)/180)
z6=z
self.vertexs=np.hstack((self.vertexs, np.array([x1,y1,z1], np.float32) )) #每个顶点xyz三个坐标，6个顶点
self.vertexs=np.hstack((self.vertexs, np.array([1,1,1], np.float32) )) #中心点为白色
self.vertexs=np.hstack((self.vertexs, np.array([x2,y2,z2], np.float32) ))
self.vertexs=np.hstack((self.vertexs, np.array([0.45,0.75,0.75], np.float32) )) #边上的点为淡蓝色
self.vertexs=np.hstack((self.vertexs, np.array([x3,y3,z3], np.float32) ))
self.vertexs=np.hstack((self.vertexs, np.array([0.45,0.75,0.75], np.float32) )) #边上的点为淡蓝色
self.vertexs=np.hstack((self.vertexs, np.array([x4,y4,z4], np.float32) ))
self.vertexs=np.hstack((self.vertexs, np.array([1,1,1], np.float32) )) #中心点为白色
self.vertexs=np.hstack((self.vertexs, np.array([x5,y5,z5], np.float32) ))
self.vertexs=np.hstack((self.vertexs, np.array([0.45,0.75,0.75], np.float32) )) #边上的点为淡蓝色
self.vertexs=np.hstack((self.vertexs, np.array([x6,y6,z6], np.float32) ))
self.vertexs=np.hstack((self.vertexs, np.array([0.45,0.75,0.75], np.float32) )) #边上的点为淡蓝色
def __init__(self,R,r,z):
self.R= R
self.r= r
self.z = z
self.initVertexData(R,r,z)
# load shaders
self.program = myGL_Funcs.loadShaders(StarVS, StarFS)
#print('ok1')
glUseProgram(self.program)
self.vertIndex = glGetAttribLocation(self.program, b"a_position")
self.colorIndex = glGetAttribLocation(self.program, b"a_color")
# set up vertex array object (VAO)
self.vao = glGenVertexArrays(1)
glBindVertexArray(self.vao)
# Step2: 创建并绑定VBO 对象 传送数据
#self.vertexs= vertices
vertexData = numpy.array(self.vertexs, numpy.float32)
self.vertexBuffer = glGenBuffers(1)
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, self.vertexBuffer)
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, 4*len(vertexData), vertexData, GL_STATIC_DRAW)
# enable arrays
# 顶点位置属性
glEnableVertexAttribArray(self.vertIndex)
glVertexAttribPointer(self.vertIndex, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, vertexData.itemsize * 6, ctypes.c_void_p(0))
# 顶点颜色属性
glEnableVertexAttribArray(self.colorIndex)
glVertexAttribPointer(self.colorIndex, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, vertexData.itemsize * 6, ctypes.c_void_p(12))
# unbind VAO
glBindVertexArray(0)
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0)
def render(self, model):
# use shader
glUseProgram(self.program)
# set modelview matrix
glUniformMatrix4fv(glGetUniformLocation(self.program, 'rotation'),
1, GL_FALSE, model)
# bind VAO
glBindVertexArray(self.vao)
# draw
#print(len(self.vertexs))
glDrawArrays(GL_TRIANGLES,0,len(self.vertexs) )
# unbind VAO
glBindVertexArray(0)
# glfw callback functions
def window_resize(window, width, height):
glViewport(0, 0, width, height)
if __name__ == '__main__':
import sys
import glfw
import OpenGL.GL as gl
cameraPos=np.array([2.0, 0.0, 3]) # 眼睛的位置(默认z轴的正方向)
cameraFront=np.array([0.0, 0.0, 0.0]) # 瞄准方向的参考点(默认在坐标原点)
cameraUp=np.array([0.0, 1.0, 0.0]) # 定义对观察者而言的上方(默认y轴的正方向)
# Initialize the library
if not glfw.init():
sys.exit()
# Create a windowed mode window and its OpenGL context
window = glfw.create_window(400, 300, "My OpenGL window", None, None)
if not window:
glfw.terminate()
sys.exit()
# set window's position
glfw.set_window_pos(window, 100, 100)
# set the callback function for window resize
glfw.set_window_size_callback(window, window_resize)
# make the context current
glfw.make_context_current(window)
glClearColor(0, 0.1, 0.1, 1)
glEnable(GL_DEPTH_TEST)
glEnable(GL_BLEND)
glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA)
scale1 = pyrr.matrix44.create_from_scale(pyrr.Vector3([1, 1, 1]))
cube1 = pyrr.matrix44.create_from_translation(pyrr.Vector3([-0.2, 0, 0]))
board= [None]*6 #创建对象数组
for i in range(6):
board[i]=SixPointedStar(0.2,0.5,-0.3*i)
# the main application loop
while not glfw.window_should_close(window):
width, height = glfw.get_framebuffer_size(window)
ratio = width / float(height)
currentFrame = 1.0*glfw.get_time()
glfw.poll_events()
gl.glViewport(0, 0, width, height)
gl.glClear(gl.GL_COLOR_BUFFER_BIT | gl.GL_DEPTH_BUFFER_BIT)
gl.glMatrixMode(gl.GL_PROJECTION)
gl.glLoadIdentity()
gl.glOrtho(-ratio, ratio, -1, 1, 1, -1)
gl.glMatrixMode(gl.GL_MODELVIEW)
gl.glLoadIdentity()
gl.glClearColor(0.0,0.0,4.0,0.0)
pMatrix = pyrr.matrix44.create_orthogonal_projection_matrix(-1, 1,-1,1, 1, 10.0,None)
# modelview matrix
mvMatrix = pyrr.matrix44.create_look_at(cameraPos, cameraFront, cameraUp,None)
for i in range(6):
model1 = pyrr.matrix44.multiply(scale1, cube1)
model2 = pyrr.matrix44.multiply(pMatrix,model1)
model3 = pyrr.matrix44.multiply(mvMatrix,model2)
board[i].render( model3)
glfw.swap_buffers(window)
# terminate glfw, free up allocated resources
glfw.terminate()
六、参考资料
1、大龙10的简书：https://www.jianshu.com/p/49dec482a291
2、吴亚峰《OpenGL ES 3.x游戏开发》(上卷)
本文地址：https://blog.csdn.net/dalong10/article/details/107614923
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