【OpenGL实现04】glViewport - 玩家干预下改变视口和场景

一、说明

游戏开发中，人机互动机制是必不可少的。输入装置要么操作杆、要么是键盘。视口改变是无论在3D还是2D都要出现的功能，比如，google地图就是一个显然的变视口问题，视口如同一个放大镜在地图上方移动，理论上可以看到地图上所有地方。本篇就模拟实现之。

二、问题提出

我们从3D渲染初期，产生出很多疑问，比如说glViewport是个啥？如何看到该函数在工作。这里我们通过实验的手段，从键盘输入，使得视口不断平移，看到了glViewport的效果。

三、glViewport视觉函数

3.1 函数映射

glViewport — 设置视口
glViewport ( GLint x, GLint y, GLsizei width, GLsizei height);
参数
x，y指定视口矩形的左下角，以像素为单位。初始值为（0,0）。
描述
glViewport指定x和y后，能够将设备坐标归一坐标，转化为窗口坐标。假如 $x_{nd},y_{nd})$ 是规范化的设备坐标。要想获取窗口坐标 $x_w,y_w)$
计算方法如下：
$x_w = (x_{nd}+1)(\frac{width}{2} ) +x$
$y_w = (y_{nd}+1)(\frac{height}{2} ) +y$

这里x，y是glViewport 函数前两个参数。

void glDepthRange(	GLdouble nearVal,
 	GLdouble farVal);
 
void glDepthRangef(	GLfloat nearVal,
 	GLfloat farVal);

https://registry.khronos.org/OpenGL-Refpages/gl4/html/glDepthRange.xhtml

3.2 视口的范围查询语句

视口宽度和高度被限定实现的范围。若要查询此范围，请使用参数 GL_MAX_VIEWPORT_DIMS调用glutGet.如：glutGet( GL_MAX_VIEWPORT_DIMS）

错误
GL_INVALID_VALUE如果或为负数，则生成。
相关联的其它查询获取
GL_VIEWPORT
GL_MAX_VIEWPORT_DIMS

3.3 相配合的其它函数

视口变化后，需要立即调用显示函数实时地改变场景。因此，和两个场景显示函数有密切关系。

glutPostRedisplay()
glutDisplayFunc(Draw)

3.4 和相机函数的关系

视口函数和相机位置，都可以设定场景改变。但是有区别：

视口坐标对景深无推进、拉远功能。相机位置可以。
视口在透视平面上滑动，相机在三维世界坐标任意移动。
视口和相机的位置都可以独立移动、相互无制约。

以下相机设定，也有相关联，我们在后文中探讨。

glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity();
gluLookAt(posX, posY, posZ, targetX, targetY, targetZ, 0, 1, 0); // eye(x,y,z), focal(x,y,z), up(x,y,z)

四、实现用键盘输入控制视口移动

4.1 实现键盘输入

键盘输入是GLUT库的相关函数，其使用方式范例代码如下：

from OpenGL.GL import *
from OpenGL.GLU import *
from OpenGL.GLUT import *
import sys
import math

px = 300; py = 300

def drawPlayer():
    glColor3f(1,1,0)
    glPointSize(18)
    glBegin(GL_POINTS)
    glVertex2i(px,py)
    glEnd()

def display():
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT)
    drawPlayer()
    glutSwapBuffers()

# Here is my keyboard input code
def buttons(key,x,y):
    print(key)
    global px, py
    if  key ==  b'a':    # GLUT_KEY_LEFT:
        px -= 5
    if key == b'd':
        px += 5
    if key ==  b'w':
        py -= 5
    if key ==  b's':
        py += 5
    glutPostRedisplay()

def init():
    glClearColor(0.3,0.3,0.3,0)
    gluOrtho2D(0,624,512,0)

def main():
    glutInit(sys.argv)
    glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB)
    glutInitWindowSize(624, 512)
    window = glutCreateWindow("Raycaster in python")
    init()
    glutDisplayFunc(display)
    glutKeyboardFunc(buttons)
    glutSpecialFunc(buttons)
    glutMainLoop()

if __name__ == "__main__":
    main()