加載3D世界并在3D世界中漫遊

在這一課中，你将學會如何加載3D世界，并在3D世界中漫遊。

現在這些日子您所需要的是一個大一點的、更複雜些的、動态3D世界，它帶有空間的六自由度和花哨的效果如鏡像、入口、扭曲等等，當然還要有更快的幀顯示速度。這一課就要解釋一個基本的3D世界"結構"，以及如何在這個世界裡遊走。

資料結構

當您想要使用一系列的數字來完美的表達3D環境時，随着環境複雜度的上升，這個工作的難度也會随之上升。出于這個原因，我們必須将資料歸類,使其具有更多的可操作性風格。在程式清單頭部出現了sector(區段)的定義。每個3D世界基本上可以看作是sector(區段)的集合。一個sector(區段)可以是一個房間、一個立方體、或者任意一個閉合的區間。

這裡我們在渲染類Render裡面定義了三個内部類，内部類的代碼如下所示：

Java代碼

加載3D世界并在3D世界中漫遊

private static class Vertex {
public float x, y, z;
public float u, v;
}
private static class Triangle {
public Vertex[] vertex = new Vertex[3];
public Triangle() {
for (int i = 0; i < 3; i++)
vertex[i] = new Vertex();
}
}
private static class Sector {
public int numtriangles;
public Triangle[] triangles;
public Sector(int inTri) {
//确定了三邊形的數量
numtriangles = inTri;
triangles = new Triangle[inTri];
//對三邊形指派
for (int i = 0; i < inTri; i++)
triangles[i] = new Triangle();
}
}

/**
     * 定義頂點
     * 頂點包含了OpenGL真正感興趣的資料。
     * 我們用3D空間中的坐标值(x,y,z)以及它們的紋理坐标(u,v)來定義三角形的每個頂點。
     */
    private static class Vertex {
        public float x, y, z;
        public float u, v;
    }

    /**
     * 定義三邊形
     * 三角形本質上是由一些(兩個以上)頂點組成的多邊形，
     * 頂點同時也是我們的最基本的分類機關。
     */
    private static class Triangle {
        public Vertex[] vertex = new Vertex[3];

        public Triangle() {
            for (int i = 0; i < 3; i++)
                vertex[i] = new Vertex();

        }
    }

    /**
     * 區段定義
     * 一個sector(區段)包含了一系列的多邊形，
     * 是以下一個目标就是triangle(我們将隻用三角形，這樣寫代碼更容易些)。
     */
    private static class Sector {
        public int numtriangles;
        public Triangle[] triangles;

        public Sector(int inTri) {
            //确定了三邊形的數量
            numtriangles = inTri;
            triangles = new Triangle[inTri];
            //對三邊形指派
            for (int i = 0; i < inTri; i++)
                triangles[i] = new Triangle();
        }
    }

下面是渲染類的全部的代碼：

Java代碼

加載3D世界并在3D世界中漫遊

package demos.nehe.lesson10;
import demos.common.ResourceRetriever;
import demos.common.TextureReader;
import javax.media.opengl.GL;
import javax.media.opengl.GLAutoDrawable;
import javax.media.opengl.GLEventListener;
import javax.media.opengl.glu.GLU;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.util.StringTokenizer;
import javax.media.opengl.GL2;
import javax.media.opengl.glu.gl2.GLUgl2;
class Renderer implements GLEventListener {
//常量
private final float PI_180 = (float) (Math.PI / 180.0);
//啟用混合的開關
private boolean blendingEnabled; // Blending ON/OFF
//
private float heading;
private float xpos;
private float zpos;
//設定是否可以在上下左右移動或旋轉視角
private boolean stepForward;
private boolean stepBackward;
private boolean turnRight;
private boolean turnLeft;
//Y軸方向上的旋轉量
private float yrot; // Y Rotation
private float walkbias = 0;
private float walkbiasangle = 0;
private float lookupdown = 0.0f;
private boolean lookUp;
private boolean lookDown;
//選擇過濾的種類
private int filter;
//使用的紋理貼圖
private int[] textures = new int[3];
//我們的模型存儲
private Sector sector1;
private GLU glu = new GLUgl2();
public void toggleBlending() {
blendingEnabled = !blendingEnabled;
}
public void switchFilter() {
filter = (filter + 1) % 3;
}
public void stepForward(boolean step) {
stepForward = step;
}
public void stepBackward(boolean step) {
stepBackward = step;
}
public void turnRight(boolean turn) {
turnRight = turn;
}
public void turnLeft(boolean turn) {
turnLeft = turn;
}
public void lookUp(boolean look) {
lookUp = look;
}
public void lookDown(boolean look) {
lookDown = look;
}
private void setupWorld() throws IOException {
BufferedReader in = null;
try {
in = new BufferedReader(new InputStreamReader(ResourceRetriever.getResourceAsStream("demos/data/models/world.txt")));
String line = null;
while ((line = in.readLine()) != null) {
//如果一行為空
if (line.trim().length() == 0 || line.trim().startsWith("//"))
continue;
//讀取第一行第一行裡以字元串“NUMPOLLIES”開頭，記錄了這個區段裡的三邊形的數量
if (line.startsWith("NUMPOLLIES")) {
int numTriangles;
//将讀取的數量的字元串轉化為整形
numTriangles = Integer.parseInt(line.substring(line.indexOf("NUMPOLLIES") + "NUMPOLLIES".length() + 1));
//建構區段将頂點和面的資訊存儲在區段裡并儲存在記憶體中
sector1 = new Sector(numTriangles);
break;
}
}
//将頂點資訊和面的資訊儲存在區段中
for (int i = 0; i < sector1.numtriangles; i++) {
for (int vert = 0; vert < 3; vert++) {
//去除空格行
while ((line = in.readLine()) != null) {
if (line.trim().length() == 0 || line.trim().startsWith("//"))
continue;
break;
}
//如果不為空格行
if (line != null) {
StringTokenizer st = new StringTokenizer(line, " ");
//由檔案txt中存儲的格式，将每行中的資料轉換為浮點型，儲存到三邊形的頂點數組中
sector1.triangles[i].vertex[vert].x = Float.valueOf(st.nextToken()).floatValue();
sector1.triangles[i].vertex[vert].y = Float.valueOf(st.nextToken()).floatValue();
sector1.triangles[i].vertex[vert].z = Float.valueOf(st.nextToken()).floatValue();
sector1.triangles[i].vertex[vert].u = Float.valueOf(st.nextToken()).floatValue();
sector1.triangles[i].vertex[vert].v = Float.valueOf(st.nextToken()).floatValue();
}
}
}
} finally {
if (in != null)
in.close();
}
}
private void loadGLTextures(GL2 gl, GLU glu) throws IOException {
TextureReader.Texture texture = TextureReader.readTexture("demos/data/images/mud.png");
//Create Nearest Filtered Texture
//啟用Nearest 過濾
gl.glGenTextures(3, textures, 0);
gl.glBindTexture(GL2.GL_TEXTURE_2D, textures[0]);
gl.glTexParameteri(GL2.GL_TEXTURE_2D, GL2.GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL.GL_NEAREST);
gl.glTexParameteri(GL2.GL_TEXTURE_2D, GL2.GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL.GL_NEAREST);
gl.glTexImage2D(GL2.GL_TEXTURE_2D,
0,
3,
texture.getWidth(),
texture.getHeight(),
0,
GL.GL_RGB,
GL.GL_UNSIGNED_BYTE,
texture.getPixels());
//Create Linear Filtered Texture
//啟用線性過濾的紋理
gl.glBindTexture(GL2.GL_TEXTURE_2D, textures[1]);
gl.glTexParameteri(GL2.GL_TEXTURE_2D, GL2.GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL.GL_LINEAR);
gl.glTexParameteri(GL2.GL_TEXTURE_2D, GL2.GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL.GL_LINEAR);
gl.glTexImage2D(GL2.GL_TEXTURE_2D,
0,
3,
texture.getWidth(),
texture.getHeight(),
0,
GL.GL_RGB,
GL.GL_UNSIGNED_BYTE,
texture.getPixels());
//啟用 mipmapped濾波方式
gl.glBindTexture(GL2.GL_TEXTURE_2D, textures[2]);
gl.glTexParameteri(GL2.GL_TEXTURE_2D, GL2.GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL.GL_LINEAR);
gl.glTexParameteri(GL2.GL_TEXTURE_2D, GL2.GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL.GL_LINEAR_MIPMAP_NEAREST);
glu.gluBuild2DMipmaps(GL2.GL_TEXTURE_2D,
3,
texture.getWidth(),
texture.getHeight(),
GL.GL_RGB,
GL.GL_UNSIGNED_BYTE,
texture.getPixels());
}
public void init(GLAutoDrawable drawable) {
GL2 gl = drawable.getGL().getGL2();
try {
//導入紋理圖檔并banding
loadGLTextures(gl, glu);
//導入模型頂點和三邊形
setupWorld();
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
//啟用紋理映射
gl.glEnable(GL2.GL_TEXTURE_2D);
//設定混合
gl.glBlendFunc(GL2.GL_SRC_ALPHA, GL.GL_ONE);
//啟用高斯模糊
gl.glShadeModel(GL2.GL_SMOOTH);
//設定背景顔色
gl.glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f);
//啟用深度緩存
gl.glClearDepth(1.0);
//啟用深度測試
gl.glEnable(GL.GL_DEPTH_TEST);
gl.glDepthFunc(GL.GL_LEQUAL); //The Type Of Depth Test To Do
//啟用
gl.glHint(GL2.GL_PERSPECTIVE_CORRECTION_HINT, GL.GL_NICEST); // Really Nice Perspective Calculations
}
private void update() {
if (stepForward) {
xpos -= (float) Math.sin(heading * PI_180) * 0.05f;
zpos -= (float) Math.cos(heading * PI_180) * 0.05f;
if (walkbiasangle >= 359.0f) {
walkbiasangle = 0.0f;
} else {
walkbiasangle += 10;
}
walkbias = (float) Math.sin(walkbiasangle * PI_180) / 20.0f;
}
if (stepBackward) {
xpos += (float) Math.sin(heading * PI_180) * 0.05f;
zpos += (float) Math.cos(heading * PI_180) * 0.05f;
if (walkbiasangle <= 1.0f) {
walkbiasangle = 359.0f;
} else {
walkbiasangle -= 10;
}
walkbias = (float) Math.sin(walkbiasangle * PI_180) / 20.0f;
}
if (turnRight) {
heading -= 1.0f;
yrot = heading;
}
if (turnLeft) {
heading += 1.0f;
yrot = heading;
}
if (lookUp) {
lookupdown -= 1.0f;
}
if (lookDown) {
lookupdown += 1.0f;
}
}
public void display(GLAutoDrawable drawable) {
//更新
update();
GL2 gl = drawable.getGL().getGL2();
//啟用顔色緩存和深度緩存
gl.glClear(GL.GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL.GL_DEPTH_BUFFER_BIT); //Clear The Screen And The Depth Buffer
//重置觀察模型
gl.glLoadIdentity(); //Reset The View
//如果混合啟用就開啟混合
if (!blendingEnabled) {
gl.glDisable(GL.GL_BLEND);
gl.glEnable(GL.GL_DEPTH_TEST);
} else {
gl.glEnable(GL.GL_BLEND);
gl.glDisable(GL.GL_DEPTH_TEST);
}
// 頂點的臨時 X, Y, Z, U 和 V 的數值
float x = 0,y = 0,z = 0,u = 0,v = 0;
//平移的三維分量
用于遊戲者沿X軸平移時的大小
float xtrans = -xpos;
// 用于遊戲者沿Z軸平移時的大小
float ztrans = -zpos;
// 用于頭部的上下擺動
float ytrans = -walkbias - 0.25f;
// 位于遊戲者方向的360度角
float sceneroty = 360.0f - yrot;
// 上下旋轉
gl.glRotatef(lookupdown, 1.0f, 0, 0);
// 根據遊戲者正面所對方向所作的旋轉
gl.glRotatef(sceneroty, 0, 1.0f, 0);
// 以遊戲者為中心的平移場景
gl.glTranslatef(xtrans, ytrans, ztrans);
// 根據 filter 選擇的紋理
gl.glBindTexture(GL2.GL_TEXTURE_2D, textures[filter]);
// 處理各個三邊形
for (int i = 0; i < sector1.numtriangles; i++) {
//繪制三邊形
gl.glBegin(GL2.GL_TRIANGLES);
// 指向前面的法線
gl.glNormal3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);
//第一個頂點的各分量
x = sector1.triangles[i].vertex[0].x;
y = sector1.triangles[i].vertex[0].y;
z = sector1.triangles[i].vertex[0].z;
u = sector1.triangles[i].vertex[0].u;
v = sector1.triangles[i].vertex[0].v;
gl.glTexCoord2f(u, v);
gl.glVertex3f(x, y, z);
//第二個頂點的各分量
x = sector1.triangles[i].vertex[1].x;
y = sector1.triangles[i].vertex[1].y;
z = sector1.triangles[i].vertex[1].z;
u = sector1.triangles[i].vertex[1].u;
v = sector1.triangles[i].vertex[1].v;
gl.glTexCoord2f(u, v);
gl.glVertex3f(x, y, z);
//第三個頂點的各分量
x = sector1.triangles[i].vertex[2].x;

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