glViewport()函數和glOrtho()函數的理解

在OpenGL中有兩個比較重要的投影變換函數，glViewport和glOrtho.
glOrtho是創建一個正交平行的視景體。 一般用於物體不會因爲離屏幕的遠近而產生大小的變換的情況。比如，常用的工程中的製圖等。需要比較精確的顯示。 而作爲它的對立情況, glFrustum則產生一個透視投影。這是一種模擬真是生活中，人們視野觀測物體的真實情況。例如：觀察兩條平行的火車到，在過了很遠之後，這兩條鐵軌是會相交於一處的。還有，離眼睛近的物體看起來大一些，遠的物體看起來小一些。
glOrtho(left, right, bottom, top, near, far)， left表示視景體左面的座標，right表示右面的座標，bottom表示下面的，top表示上面的。這個函數簡單理解起來，就是一個物體擺在那裏，你怎麼去截取他。這裏，我們先拋開glViewport函數不看。先單獨理解glOrtho的功能。 假設有一個球體，半徑爲1，圓心在(0, 0, 0)，那麼，我們設定glOrtho(-1.5, 1.5, -1.5, 1.5, -10, 10);就表示用一個寬高都是3的框框把這個球體整個都裝了進來。  如果設定glOrtho(0.0, 1.5, -1.5, 1.5, -10, 10);就表示用一個寬是1.5， 高是3的框框把整個球體的右面裝進來;如果設定glOrtho(0.0, 1.5, 0.0, 1.5, -10, 10)；就表示用一個寬和高都是1.5的框框把球體的右上角裝了進來。上述三種情況可以見圖：

從上述三種情況，我們可以大致瞭解glOrtho函數的用法。

---glViewport():
glOrtho函數只是負責使用什麼樣的視景體來截取圖像，並不負責使用某種規則把圖像呈現在屏幕上。
glViewport主要完成這樣的功能。它負責把視景體截取的圖像按照怎樣的高和寬顯示到屏幕上。
比如：如果我們使用glut庫建立一個窗體:glutInitWindowSize(500, 500); 然後使用glutReshapeFunc(reshape); reshape代碼如下：

void reshape(int width, int height)
{
    glViewport(0, 0, (GLsizei)width, (GLsizei)height);
    glMatrixModel(GL_PROJECTION);
    glLoadIdentity();
    glOrtho(-1.5, 1.5, -1.5, 1.5, -10, 10);

    ....
}
這樣是可以看到一個正常的球體的。但是，如果我們創建窗體時glutInitWindowSize(800, 500),那麼看到的圖像就是變形的。上述情況見圖。

 
因爲我們是用一個正方形截面的視景體截取的圖像，但是拉伸到屏幕上顯示的時候，就變成了glViewport(0, 0, 800, 500);也就是顯示屏變寬了， 倒是顯示的時候把一個正方形的圖像“活生生的給拉寬了”。就會產生變形。這樣，就需要我們調整我們的OpenGL顯示屏了。我們可以不用800那麼寬，因爲我們是用的正方形的視景體，所以雖然窗體是800寬，但是我們只用其中的500就夠了。修改一下程序。
void reshape(int width, int height)
{
    int dis = width < height ? width : height;
    glViewport(0, 0, dis, dis);   /*這裏dis應該是500*/

    glMatrixModel(GL_PROJECTION);
    glLoadIdentity();
    glOrtho(-1.5, 1.5, -1.5, 1.5, -10, 10);
    .....
}

 

OK. 如果你能看明白我寫的內容。你可能對glViewport函數有個大致的瞭解。

不過，我們採用上面的辦法，就是隻使用了原來屏幕的一部分（寬度從501到800 我們沒有用來顯示圖像）。如果我們想用整個OpenGL屏幕顯示圖像，但是又不使圖像變形怎麼辦？
那就只能修改glOrtho函數了。也就是說，我們使用一個和窗體一樣比例的視景體（而不再是正方形的視景體）來截取圖像。例如，對於(800, 500)的窗體，我們使用glOrtho(-1.5 * 800/500, 1.5 * 800/500, -1.5, 1.5, -10, 10)，就是截取的時候，我們就使用一個“扁扁”的視景體截取，那麼，顯示的到OpenGL屏幕時(800, 500)，我們只要正常把這個扁扁的截取圖像顯示（扁扁的截取圖像是指整個截取的圖像，包括球形四周的黑色部分。 球形還是正常圓形的），就可以了。如：
void reshape(int width , int height)
{
    glViewport(width, height); //按照窗體大小製作OpenGL屏幕
    glMatrixMode(GL_PROJECTION);
    glLoadIdentity();
    if (width <= height)
        glOrtho(-1.5, 1.5, -1.5 * (GLfloat)height/(GLfloat)width, 1.5 * (GLfloat)height/(GLfloat)width, -10.0, 10.0);
    else
        glOrtho(-1.5*(GLfloat)width/(GLfloat)height, 1.5*(GLfloat)w/(GLfloat)h, -1.5, 1.5, -10.0, 10.0);

    ....
}

 

另外，關於glViewport()函數，我們還可以用來調整圖像的分辨率。例如，保持目前的窗體大小不變，我們如果用這個size來只顯示整個物體的一部分，那麼圖像的分辨率就必然會增大。例如：
void reshape(int w, int h)
{
    glViewport(0, 0, (GLsizei)w, (GLsizei)h);
    glMatrixMode(GL_PROJECTION);
    glLoadIdentity();
    if (w <= h)
        glOrtho(0, 1.5, 0, 1.5 * (GLfloat)h/(GLfloat)w, -10.0, 10.0);
    else
        glOrtho(0, 1.5*(GLfloat)w/(GLfloat)h, 0, 1.5, -10.0, 10.0);
}
可以把分辨率擴大4倍。

 

而如果再修改一下glViewport(0, 0, 2 * (GLsizei)w, 2 * (GLsizei)h); 則可以把分辨率擴大16倍。

 

完整的測試程序：

/*Build on ubuntu 9.04*/

#include <GL/gl.h>
#include <GL/glu.h>
#include <GL/glut.h>

void init(void)
{
    GLfloat mat_specular[] = {1.0, 1.0, 1.0, 1.0};
    GLfloat mat_shininess[] = {50.0};
    GLfloat light_position[] = {1.0, 1.0f, 1.0, 0.0};
    GLfloat white_light[] = {1.0, 1.0, 1.0, 1.0};
    GLfloat lmodel_ambient[] = {0.1, 0.1, 0.1, 1.0};
    glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 0.0);
    glShadeModel(GL_SMOOTH);
    glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR, mat_specular);
    glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SHININESS, mat_shininess);
    glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, light_position);
    glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, white_light);
    glLightfv(GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, white_light);
    glLightModelfv(GL_LIGHT_MODEL_AMBIENT, lmodel_ambient);

    glEnable(GL_LIGHTING);
    glEnable(GL_LIGHT0);
    glEnable(GL_DEPTH_TEST);
   
}

void display(void)
{
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
    glutSolidSphere(1.0, 20, 16);
    glFlush();
}

void reshape(int w, int h)
{
    glViewport(0, 0, (GLsizei)w, (GLsizei)h);
    glMatrixMode(GL_PROJECTION);
    glLoadIdentity();
    if (w <= h)
        glOrtho(-1.5, 1.5, -1.5 * (GLfloat)h/(GLfloat)w, 1.5 * (GLfloat)h/(GLfloat)w, -10.0, 10.0);
    else
        glOrtho(-1.5*(GLfloat)w/(GLfloat)h, 1.5*(GLfloat)w/(GLfloat)h, -1.5, 1.5, -10.0, 10.0);

    glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
    glLoadIdentity();
}

int main(int argc, char **argv)
{
    glutInit(&argc, argv);
    glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGB | GLUT_DEPTH);
    glutInitWindowSize(500, 500);
    glutInitWindowPosition(100, 100);
    glutCreateWindow(argv[0]);
    init();
    glutDisplayFunc(display);
    glutReshapeFunc(reshape);
    glutMainLoop();
    return 0;
}

/*CMakeLists.txt*/

PROJECT(s5)
CMAKE_MINIMUM_REQUIRED(VERSION 2.6)
ADD_EXECUTABLE(s5 main.cpp)

FIND_PACKAGE(OpenGL)
FIND_PACKAGE(GLUT)

IF(OPENGL_FOUND)
  INCLUDE_DIRECTORIES(${OPENGL_INCLUDE_DIR})
  TARGET_LINK_LIBRARIES(${PROJECT_NAME} ${OPENGL_LIBRARIES})
ELSE(OPENGL_FOUND)
  MESSAGE(FATAL_ERROR "OpenGL not found")
ENDIF(OPENGL_FOUND)

IF(GLUT_FOUND)
  INCLUDE_DIRECTORIES(${GLUT_INCLUDE_DIR})
  TARGET_LINK_LIBRARIES(${PROJECT_NAME} ${GLUT_LIBRARIES})
ELSE(GLUT_FOUND)
ENDIF(GLUT_FOUND)