文章目录

实验内容
- 实验步骤
- - 1、场景设计和显示
  - 2、添加纹理
  - 3、添加光照、材质、阴影效果
  - 4、用户交互实现视角切换完成对场景的任意角度浏览
  - 5、通过交互控制物体
  - *6、补充说明
- 实验效果
- - 场景效果
  - 其他物体效果
- 使用说明

实验内容

在屏幕上显示一个包含多个虚拟物体的虚拟场景，并响应一定的用户交互操作。

场景设计和显示
学生可以通过层级建模（实验补充1和2）的方式建立多个虚拟物体，由多个虚拟物体组成一个虚拟场景，要求在程序中显示该虚拟场景，场景可以是室内或者室外场景；场景应包含地面。层级建模的最深层次需要达到至少四层。
添加纹理
参考实验4.1，为场景中至少两个主要物体添加纹理贴图。
添加光照、材质、阴影效果
参考实验3.2，实验3.3和实验3.4，实现光照效果、材质、阴影等。
用户交互实现视角切换完成对场景的任意角度浏览
参考实验3.1，完成相机变换。
通过交互控制物体
参考实验2.3，实现物体的变换，允许用户通过键盘或者鼠标实现场景中至少两个物体的控制（移动，旋转，缩放等等）。

实验步骤

1、场景设计和显示

①、本次实验我将绘制一个平台作为地面，将所有虚拟物体放在上面。
此处推荐一个图形学神器软件：MagicaVoxel。
在MagicaVoxel内可以自由绘制像素模型，以obj格式保存后即可读取到作业中。

②、层级建模
（1）、人物模型幽灵结构框图：

（2）、通过Magicavoxel绘制出人物的各个身体部件。参考实验补充2，先将各部分初始化（以躯干为例）：

（3）、随后以obj的方式读入：

（4）、随后，以躯干（Torso）开始构建层级，后续调整人物位置只需要调整躯干即可（为方便位置调整，我定义了全局变量x_step_size和_y_step_size来控制模型在平面的位置）：

2、添加纹理

①、设置TriMesh.cpp，
（1）、纹理坐标位置：

（2）、读取obj时，读取到纹理坐标：

（3）、随后来存储点对应的纹理坐标：

②、着色器的纹理设置
（1）顶点着色器中添加传给片元着色器的纹理变量texCoord，随后传给片元着色器：

（2）、片元着色器中定义接收纹理数据的fColor，接收顶点着色器传来的纹理数据：

③、随后MeshPainter.cpp中的load_texture_STBImage函数即可正常读取纹理图片，并将其传递给着色器，同时在bindObjectAndData函数中，绑定纹理数据并将纹理坐标传给着色器：

④、使用bindObjectAndData初始化各种对象后，即可添加obj及其纹理图片进行绘制：

3、添加光照、材质、阴影效果

①、首先设置光源的位置，同时设置光源的参数：

②、设置Torso的材质，让Torso可以反光：

③、在addMesh函数中添加阴影绘制代码：

④、addMesh中的bindLightAndMaterial函数用来传递光照、材质等数据：

⑤、随后在片元着色器中添加四个归一的法向量，同时添加光的反色系数：

之后绘制的物体即可正常有反光性质，同时在y=0的平面生成阴影。

4、用户交互实现视角切换完成对场景的任意角度浏览

①、首先在Camera.h中初始化相机的参数（观察位置）：

②、随后添加键盘、鼠标的交互
（1）键盘中使用如下按键交互：
u/U：增加/减小相机的rotateAngle，即向右/左移动相机；
i/I：增加/减小相机的upAngle，即向上/下移动相机；
o/O：增加/减小相机的radius，即拉远/近相机；
space: 相机回到初始位置。

（2）、鼠标中使用如下操作来交互
鼠标滚轮向前/后滑动：减小/增大radius，即可拉进/远相机位置；

以界面中心为坐标原点建立二维坐标，鼠标在界面移动，相机可以往坐标的地方移动。

5、通过交互控制物体

①、幽灵转身/行走
（1）、转身。
首先参考实验补充2，通过按键a / d来使torso的theta减小/增大，从而达到让其向左/右转身：

（2）、行走。
A、将其行走动作拆分：左右小腿分别往前时，以及再插入站立时，四种状态；通过设置躯干角度来实现，通过walk函数不断循环即可（下图角度以第一步行走为例）：

B、绘制幽灵时，之前提到的幽灵初始位置由躯干坐标(x_step_size, 0, y_step_size)来控制。以向左走为例：按方向键←时，躯干的theta减少90°，即幽灵向左转身，同时躯干的位置向左移动0.1个单位，可通过按压来实现一直行走。所以加入键盘交互如下：

②、风车的旋转

（1）、绘制风车翼时，使用变量r来控制角度：

（2）、随后写个渲染r自动增大的函数autoRotate，并在display函数中调用，即可实现风车的自动旋转：

（3）、在键盘交互中，也可通过按 f 键来加快风车的旋转速度（可按压）：

③、妹子NPC的放大/缩小

（1）、绘制妹子时，使用变量s来控制其setScale:

（2）、随后在键盘交互中，通过按键l / L来实现妹子NPC的放大/缩小：

*在main函数中加入抗锯齿效果，可使物体运动更流畅：

glfwWindowHint(GLFW_SAMPLES, 8);

*6、补充说明

考虑到虚拟场景的多样的以及基于现实的可能性，我使用addMesh绘制房子、风车等物体，使之在地面上存在阴影，但我也绘制了部分“没有阴影”的物体，如：地面（需要阴影落在地面上）、池塘（池塘镶嵌在地面内，自身不存在影子）、幽灵（幽灵没有影子）。
所以我在MeshPainter.h和MeshPainter.cpp中，添加了drawMesh2，取消了其阴影绘制部分，在绘制这些物体时，就使用此函数来传递变换矩阵，即可去除这些物体的影子。

实验效果

场景效果

其他物体效果

层级建模幽灵	建筑	池塘	风车	妹子

使用说明

项目地址

1、鼠标交互
①、鼠标滚轮向前/后滑动可以拉进/远相机位置；
②、以界面中心为坐标原点建立二维坐标，鼠标在界面移动，相机可以往坐标的地方移动。

2、键盘交互
①、幽灵：
方向键↑：控制幽灵转身往前走；
方向键↓：控制幽灵转身往后走；
方向键←：控制幽灵转身往左走；
方向键→：控制幽灵转身往右走。
a: 控制幽灵往左边旋转
d: 控制幽灵往右边旋转

②、风车（已自动旋转）
f：手动加速风车旋转。

③、妹子：
l/L：放大/缩小妹子。

④、相机：
SPACE：相机回到初始位置；
u/U：相机往右/左旋转；
i/I：相机往上/下旋转；
o/O：相机视角拉远/拉近。

⑤、页面
h：弹出操作提示；
ESC：退出。

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