5.4 三菱形状#

1. 任务描述#

本关任务#

1. 理解并掌握 OpenGL 二维平移、旋转、缩放变换的方法。
2. 阅读实验原理，掌握 OpenGL 程序平移、旋转、缩放变换的方法。
3. 利用虚拟机进行编程，以 OpenGL 为开发平台设计程序，设计二维几何变换图形。

预期输出#

具体要求#

1. 背景色为黑色，用 glClearColor 来完成。
2. 三个菱形图形通过二维平移和旋转完成。颜色分别为红色 (1.0, 0.0, 0.0)、蓝色 (0.0, 0.0, 1.0) 和绿色 (0.0, 1.0, 0.0)。
3. 三个菱形的长对角线长度为 4.0，短对角线长度为 2.0，三个菱形的交点为原点 (0.0, 0.0)。
4. 红色菱形的长对角线与 Y 轴重合，每个菱形的长对角线夹角为 120 度。

本关提示#

1. 可将绘制原始的图形设置成一个单独的函数便于调用，这样可以省去反复绘制原始图形的步骤。
2. 画一个凸多边形可以调用 glBegin(GL_POLYGON)，后边用 glVertex2f(x, y) 指定顶点坐标，需要注意凸多边形的顶点指定需要按逆时针方向。
3. 保留原始图形可以看做调用平移函数并且平移的距离为 (0.0, 0.0, 0.0)。
4. 每进行一个矩阵操作时，需要先保存这个矩阵，调用 glPushMatrix() 函数，把当前矩阵压入堆栈。当需要恢复最近一次的保存时，调用 glPopMatrix() 函数，它相当于从堆栈栈顶弹出一个矩阵为当前矩阵。

相关知识#

为了完成本关任务，你需要掌握：OpenGL 二维平移、旋转、缩放变换的方法。

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开始你的任务吧，祝你成功！

2. 我的回答#

文件 step4/test4.cpp:

#include <GL/freeglut.h>
#include<stdio.h>

// 评测代码所用头文件-开始
#include<opencv2/core/core.hpp>
#include<opencv2/highgui/highgui.hpp>
#include<opencv2/imgproc/imgproc.hpp>
// 评测代码所用头文件-结束

void init(void)
{  
    glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 0.0);
    glMatrixMode(GL_PROJECTION);
    gluOrtho2D(-5.0, 5.0, -5.0, 5.0);
    glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
}

void drawDiamond(void)                      //绘制一个基础菱形
{
   // 请在此添加你的代码
   /**** Begin **/
    // 按逆时针顺序指定顶点，绘制基础凸多边形（菱形）
    // 将菱形的底部顶点放在原点 (0,0)
    glBegin(GL_POLYGON);
    glVertex2f(0.0f, 4.0f);  // 顶部顶点 (位于Y轴，距原点4.0)
    glVertex2f(-1.0f, 2.0f); // 左侧顶点 (位于X轴偏上，距Y轴1.0)
    glVertex2f(0.0f, 0.0f);  // 底部顶点 (就在原点)
    glVertex2f(1.0f, 2.0f);  // 右侧顶点 (位于X轴偏上，距Y轴1.0)
    glEnd();
   /** End **/
}


void myDraw(void)                           //二维几何变换
{
   // 请在此添加你的代码
   /**** Begin **/
    // 1. 每次绘制前清空颜色缓冲区
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

    // 2. 绘制红色菱形（原始方向，长对角线与Y轴重合）
    glPushMatrix();                     // 压入当前矩阵
    glTranslatef(0.0f, 0.0f, 0.0f);      // 象征性平移（距离为0）
    glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);         // 设置为红色
    drawDiamond();                      // 调用绘制基础菱形的函数
    glPopMatrix();                      // 弹出矩阵，恢复回原点状态

    // 3. 绘制绿色菱形（逆时针旋转120度）
    glPushMatrix();                     // 再次压入矩阵
    glRotatef(120.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f); // 绕Z轴逆时针旋转120度
    glColor3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);         // 设置为绿色
    drawDiamond();
    glPopMatrix();                      // 弹出矩阵

    // 4. 绘制蓝色菱形（顺时针旋转120度）
    glPushMatrix();
    glRotatef(-120.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);// 绕Z轴顺时针旋转120度
    glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);         // 设置为蓝色
    drawDiamond();
    glPopMatrix();

   /** End **/                          
    glFlush();
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    glutInit(&argc, argv);
    glutInitWindowPosition(100, 100);
    glutInitWindowSize(400, 400);
    glutCreateWindow("几何变换示例");
    
    init();
    glutDisplayFunc(&myDraw);
    glutMainLoopEvent();     
     
    /***以下为评测代码，与本次实验内容无关，请勿修改****/
    GLubyte* pPixelData = (GLubyte*)malloc(400 * 400 * 3);
    GLint viewport[4] = {0};
    glReadBuffer(GL_FRONT);
    glPixelStorei(GL_UNPACK_ALIGNMENT, 4);
    glGetIntegerv(GL_VIEWPORT, viewport);
    glReadPixels(viewport[0], viewport[1], viewport[2], viewport[3], GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, pPixelData);

    cv::Mat img;
    std::vector<cv::Mat> imgPlanes;
    img.create(400, 400, CV_8UC3);
    cv::split(img, imgPlanes);
 
    for(int i = 0; i < 400; i++) {
        unsigned char* plane0Ptr = imgPlanes[0].ptr<unsigned char>(i);
        unsigned char* plane1Ptr = imgPlanes[1].ptr<unsigned char>(i);
        unsigned char* plane2Ptr = imgPlanes[2].ptr<unsigned char>(i);
        for(int j = 0; j < 400; j++) {
            int k = 3 * (i * 400 + j);
            plane2Ptr[j] = pPixelData[k];
            plane1Ptr[j] = pPixelData[k+1];
            plane0Ptr[j] = pPixelData[k+2];
        }
    }
    cv::merge(imgPlanes, img);
    cv::flip(img, img, 0); 
    cv::namedWindow("openglGrab");
    cv::imshow("openglGrab", img);
    cv::imwrite("../img_step4/test.jpg", img);
    return 0;
}

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