OpenGL實現3D自由變形

筆者介紹：姜雪偉，it公司技術合夥人，it高階講師，csdn社群專家，特邀編輯，暢銷書作者，已出版書籍：《手把手教你架構3d遊戲引擎》電子工業出版社和《unity3d實戰核心技術詳解》電子工業出版社等。

以前有朋友問我，關於變形動畫是如何實現的，實現方式主要有兩種，一種是通過美術人員利用max工具自己調出動畫，這種調出的動畫太僵硬而且不能根據使用者的要求隨意變形，只能按照預先調好的動畫變形，這種做法可以排除了。第二種做法是通過程式實現自由的動畫變換，在這裡給讀者介紹利用opengl實現的變形動畫，目的是把動畫的變換原理給讀者介紹清楚。

在介紹3d變形的之前，讀者首先要掌握的是3d的固定流水線，現在做遊戲的開發者對於什麼是3d固定流水線一無所知，市面上使用的大部分引擎都封裝的非常好，開發者也淪為了只會使用工具，對於一些常識一概不知。在遊戲公司做的主要事情就是寫寫邏輯，呼叫呼叫介面，如果需求超出介面的範疇基本上就是一籌莫展，或者說引擎的功能滿足不了。面對這種情況，作為開發者必須把3d的基本知識掌握了，這樣遇到3d的任何問題都不會感覺難下手，至少知道解決問題的思路。如果讀者對於3d固定流水線不清楚可以自己去查閱，我也寫過關於3d固定流水線的部落格，在這裡就不做介紹了，簡單的一句話表示3d固定流水線就是將3d模型在2d螢幕上顯示的過程，這個過程就是對於矩陣的換算，對應3d固定流水線是3d可程式設計流水線，不清楚的讀者自行查閱一下，這個都必須要掌握的。

接下來介紹實現變形的基本思路：

第一步，準備使用的模型，模型格式很多種，這個可以使用網上的，也可以自己編寫外掛程式實現自定義的模型。本專案對應的模型是字尾名為m的自定義的模型格式，模型格式內容如下所示：

上圖顯示的只是一部分，為了能讓讀者看清楚，並沒有對模型進行加密，為了計算方便，這裡只給出了vertex頂點和face面的資料。

第二步，定義模型的資料結構體

#ifndef halfedge_h
#define halfedge_h
#include using namespace std;
// halfedge structures
struct he_edge;
struct he_vert;
struct he_face;
struct he_line;
struct he_edge
;struct he_vert
;struct he_face
;struct he_line
he_line(){};
he_line(const he_line &vert) 
he_line(unsigned int v1, unsigned int v2) 
};#endif

第三步，需要載入模型，並計算頂點和麵的法線以及設定包圍盒，標頭檔案的內容給讀者展示如下：

#ifndef mesh_h
#define mesh_h
#include #include //#include #include #include #include using namespace std;

// mesh functions
void loadmesh(std::string path);
void findminmax(float tempx, float tempy, float tempz);
void calcfacenorm(void);
void calcvertnorm(void);
void settoorigin(void);
void scaletoorigin(void);
// draw functions
double editlinewidth(int width);
void drawmeshwire(void);
void drawmeshsolid(void);
void drawmeshpoint(void);
void drawbbox(void);
void drawgrid(void);
void drawaxes(void);
// dialog functions
void createfiledialog(void);
int createmsgbox(int msgboxid);
enum
;#endif

具體實現會在部落格的末尾給讀者展示。

第四步，開始對模型的變形處理，在這裡並沒有使用什麼高深的演算法，其實就是對它們的頂點進行矩陣變換。首先進行的是世界變換，投影變換，最後是視口變換。

變形的函式如下所示：

void deformmesh()
} for(int count = 0; count < numofvert; count++) 
}}

當你看到**後，第一印象就是太簡單了，確實是這樣，變形其實就是將需要改變的頂點進行一系列矩陣變換，在這裡使用了opengl的庫函式介面

glpushmatrix();
gltranslatef(copyvertices[count].x, copyvertices[count].y, copyvertices[count].z);
glutsolidsphere(0.1, 20, 20);
glpopmatrix();

進行頂點的移動，同時呼叫了函式

trivariatebernstein

進行頂點的變換以及權值計算，**如下所示：

vertex trivariatebernstein(vertex vert)
} }return convertedvert;
}

沒有使用任何演算法，實現的就是模型的矩陣變換。

最後一步就是實現，首先要做的事情是選擇需要變形的頂點或者區域，使用了函式如下所示：

void moveselectedcp(int endx, int endy)
}

在再main函式中呼叫封裝的函式即可。其實做起來還是比較簡單的，就是對變形的部分做了矩陣的運算。大家關注上面加粗的部分。

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3D基礎 3D座標變換在OpenGL 中的實踐

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