利用C語言繪制一個(gè)正方體
更新時(shí)間：2023年01月06日 08:24:33 作者：編程小魚六六六
這篇文章主要為大家詳細(xì)介紹了如何利用C語言繪制一個(gè)正方體，文中的示例代碼講解詳細(xì)，具有一定的學(xué)習(xí)和借鑒價(jià)值，感興趣的小伙伴可以學(xué)習(xí)一下
程序截圖
操作方法
鼠標(biāo)拖動(dòng)。左鍵拖動(dòng)及滾輪能看到不同角度下正方體的形狀，右鍵拖動(dòng)能將最近的正方體頂點(diǎn)挪到這個(gè)投影面的相應(yīng)位置。
按鍵控制。wasd 控制投影面旋轉(zhuǎn)，ws 關(guān)于 x 軸旋轉(zhuǎn)，ad 關(guān)于 y 軸旋轉(zhuǎn)。
個(gè)人思路
首先投影面的確立需要兩個(gè)量，一個(gè) x 軸方向的單位向量，一個(gè) y 軸方向的單位向量，求原點(diǎn)與三維空間中的點(diǎn)的連線到這兩個(gè)單位向量的投影就能得到三維空間中的點(diǎn)在二維投影面中的坐標(biāo)。記 x 軸方向單位向量為 X，y 軸方向單位向量為 Y，X 與 Y 互相垂直，模都為 1。
正方體的八個(gè)頂點(diǎn)位置隨意，X，Y 兩個(gè)單位向量只需是互相垂直的非零向量即可。
鼠標(biāo)橫向拖動(dòng)時(shí)，X 關(guān)于 Y 旋轉(zhuǎn)，這是怎么做到的呢。要做到這一點(diǎn)，就需要一個(gè)新的向量，也就是投影面的法向量，投影面的法向量可以根據(jù)兩向量叉乘得到。叉乘的推法用的是線性代數(shù)的方法，但是不好理解，我用我的方法推出來，希望能方便理解。
設(shè)投影面法向量為 Z(x2, y2, z2)，X(x0, y0, z0) 和 Y(x1, y1, z1) 與 Z 的點(diǎn)乘為 0，這就能列出兩個(gè)式子：
① x0x2+y0y2+z0z2 = 0
② x1x2+y1y2+z1z2 = 0
將①式轉(zhuǎn)化為以 x2 和 y2 表示的 z2 得
③ z2 = - (x0x2 + y0y2) / z0
將②式和③式結(jié)合轉(zhuǎn)化為以 x2 表示的 y2 得
④ y2 = (x0z1 - x1z0) / (y1z0 - y0z1) * x2
④式代回③式得
⑤ z2 = (x1y0 - x0y1) / (y1z0 - y0z1) * x2 (推這一步時(shí)負(fù)號(hào)別忘了看)
也就是 Z = [x2, (x0z1 - x1z0) / (y1z0 - y0z1) * x2, (x1y0 - x0y1) / (y1z0 - y0z1) * x2]
仔細(xì)觀察 Z 只有一個(gè)變量 x2，不妨先放大(y1z0 - y0z1)倍，得到
Z = [(y1z0 - y0z1) * x2, (x0z1 - x1z0) * x2, (x1y0 - x0y1) * x2]
把 x2 提取出來，Z 就是 Z = x2 * [(y1z0 - y0z1), (x0z1 - x1z0), (x1y0 - x0y1)]
令 x2 = 1，Z[(y1z0 - y0z1), (x0z1 - x1z0), (x1y0 - x0y1)] 就是投影面的法向量。到這一步還沒有結(jié)束，因?yàn)榇怪庇谝粋€(gè)面的法向量有兩個(gè)，一個(gè)符合右手坐標(biāo)系，一個(gè)符合左手坐標(biāo)系，將 X(1, 0, 0)，Y(0, 1, 0) 代入得 Z(0, 0, -1)，所以這個(gè) Z 是符合左手坐標(biāo)系的投影面法向量，要轉(zhuǎn)換成右手坐標(biāo)系只需乘個(gè) -1 就行，也就是 Z 最終為 (y0z1 - y1z0, x1z0 - x0z1, x0y1 - x1y0)。
由于 X，Y 都是單位向量，這個(gè) Z 還是投影面的單位法向量。
Z 求出來了，X 關(guān)于 Y 旋轉(zhuǎn)可以看做 X 在 XOZ 平面上旋轉(zhuǎn)，問題轉(zhuǎn)化成了求平面中某個(gè)向量轉(zhuǎn)過θ度后的向量，如下圖，將 X 看做下圖中的紅色向量，Z 看做下圖中的綠色向量，虛線為向量旋轉(zhuǎn)后θ度后的向量，可以發(fā)現(xiàn) cos(θ)X - sin(θ)Z，就能求出 X 順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)θ度后的向量，而 cos(θ)Z + sin(θ)X 就能求出 Z 順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)θ度后的向量。
其它的旋轉(zhuǎn)方式皆可以此類推。
代碼實(shí)現(xiàn)
TCW_GUI.h：
#pragma once
#include<graphics.h>
#include<string>
#include<list>
#include<functional>
#define TCW_GUI_BUTTON_MYSELF 0
namespace TCW_GUI
{
enum class State
{
general = 0,
touch = 1,
press = 2,
release = 3,
forbidden = 4
};
class Vec2
{
public:
double x, y;
Vec2() :x(0), y(0) {}
Vec2(double xx, double yy) :x(xx), y(yy) {};
Vec2 operator+(Vec2 num)
{
return Vec2(x + num.x, y + num.y);
}
Vec2 operator-(Vec2 num)
{
return Vec2(x - num.x, y - num.y);
}
Vec2 operator/(double num)
{
return Vec2(x / num, y / num);
}
Vec2 operator*(double num)
{
return Vec2(x * num, y * num);
}
};
class Rect
{
public:
Rect() :size(), position() {}
Rect(Vec2 position, Vec2 size) :size(size), position(position) {}
Vec2 size;
Vec2 position;
bool isInRect(Vec2 point)
{
Vec2 left_top = position - size / 2.0;
Vec2 right_buttom = position + size / 2.0;
if (point.x >= left_top.x && point.y >= left_top.y &&
point.x <= right_buttom.x && point.y <= right_buttom.y)return true;
return false;
}
};
class Button
{
private:
double textsize = 20;
double textareasize = 0.9;
Vec2 defaultsize = Vec2(textwidth(L"...") / textareasize, textheight(L"...") / textareasize);
Vec2 defaulttext = Vec2(textwidth(L"..."), textheight(L"..."));
State nowstate = State::general;
void DrawButton_General();
void DrawButton_Touch();
void DrawButton_Press();
void DrawButton_Forbidden();
bool isPress = false;
public:
Button() :boundingbox(), buttontext() {}
Button(Rect boundingbox, std::wstring buttontext, std::function<int(void*)> releaseFunc, void* releaseParam) :
boundingbox(boundingbox), buttontext(buttontext), releaseFunc(releaseFunc), releaseParam(releaseParam) {}
std::wstring buttontext;
Rect boundingbox;
std::function<int(void*)> releaseFunc = nullptr;
void* releaseParam = nullptr;
void DrawButton();
void receiver(ExMessage* msg);
void ForbidButton() { this->nowstate = State::forbidden; } // 禁用按鈕
void RefreshButton() { this->nowstate = State::general; } // 恢復(fù)按鈕
void SetTextSize(double size)
{
textsize = size;
defaultsize = Vec2(textsize * 1.5 / textareasize, textsize / textareasize);
defaulttext = Vec2(textsize * 1.5, textsize);
}
void SetTextAreaSize(double size)
{
textareasize = size;
defaultsize = Vec2(textsize * 1.5 / textareasize, textsize / textareasize);
defaulttext = Vec2(textsize * 1.5, textsize);
}
};
class ButtonManager
{
std::list<Button> buttonlist;
public:
Button* AddButton(Button button);
void ReceiveMessage(ExMessage* msg);
void DrawButton();
};
void Rectangle_TCW(Vec2 left_top, Vec2 right_buttom)
{
rectangle(left_top.x, left_top.y, right_buttom.x, right_buttom.y);
}
void Fillrectangle_TCW(Vec2 left_top, Vec2 right_buttom)
{
fillrectangle(left_top.x, left_top.y, right_buttom.x, right_buttom.y);
}
void Outtextxy_TCW(Vec2 position, const WCHAR* str)
{
outtextxy(position.x, position.y, str);
}
void Button::DrawButton_General()
{
LOGFONT log;
COLORREF textcol;
COLORREF linecol;
COLORREF fillcol;
int bkmode;
gettextstyle(&log);
bkmode = getbkmode();
textcol = gettextcolor();
linecol = getlinecolor();
fillcol = getfillcolor();
settextstyle(textsize, 0, TEXT("微軟雅黑"));
settextcolor(BLACK);
setbkmode(TRANSPARENT);
setlinecolor(BLACK);
setfillcolor(WHITE);
Vec2 size_button = Vec2(this->boundingbox.size * textareasize);
Vec2 size_text = Vec2(textwidth(this->buttontext.c_str()), textsize);
if (boundingbox.size.x > defaultsize.x && boundingbox.size.y > defaultsize.y)
{
Rectangle_TCW(this->boundingbox.position - this->boundingbox.size / 2.0,
this->boundingbox.position + this->boundingbox.size / 2.0);
Fillrectangle_TCW(this->boundingbox.position - this->boundingbox.size / 2.0,
this->boundingbox.position + this->boundingbox.size / 2.0);
if (size_button.x >= size_text.x && size_button.y >= size_text.y)
{
Outtextxy_TCW(this->boundingbox.position - size_text / 2.0, buttontext.c_str());
}
else
{
int wordnum = size_button.x / textwidth(buttontext.c_str()) * buttontext.size() - 2;
std::wstring realstr = buttontext.substr(0, wordnum);
realstr += L"...";
size_text = Vec2(textwidth(realstr.c_str()), textsize);
Outtextxy_TCW(this->boundingbox.position - size_text / 2.0, realstr.c_str());
}
}
else
{
Rectangle_TCW(this->boundingbox.position - this->defaultsize / 2.0,
this->boundingbox.position + this->defaultsize / 2.0);
Fillrectangle_TCW(this->boundingbox.position - this->defaultsize / 2.0,
this->boundingbox.position + this->defaultsize / 2.0);
if (defaulttext.x >= size_text.x && defaulttext.y >= size_text.y)
Outtextxy_TCW(this->boundingbox.position - size_text / 2.0, buttontext.c_str());
else Outtextxy_TCW(this->boundingbox.position - defaulttext / 2.0, TEXT("..."));
}
settextstyle(&log);
settextcolor(textcol);
setbkmode(bkmode);
setlinecolor(linecol);
setfillcolor(fillcol);
}
void Button::DrawButton_Touch()
{
LOGFONT log;
COLORREF textcol;
COLORREF linecol;
COLORREF fillcol;
int bkmode;
gettextstyle(&log);
bkmode = getbkmode();
textcol = gettextcolor();
linecol = getlinecolor();
fillcol = getfillcolor();
settextstyle(textsize, 0, TEXT("微軟雅黑"));
settextcolor(BLACK);
setbkmode(TRANSPARENT);
setlinecolor(BLACK);
setfillcolor(RGB(240, 240, 240));
Vec2 size_button = Vec2(this->boundingbox.size * textareasize);
Vec2 size_text = Vec2(textwidth(this->buttontext.c_str()), textsize);
if (boundingbox.size.x > defaultsize.x && boundingbox.size.y > defaultsize.y)
{
Rectangle_TCW(this->boundingbox.position - this->boundingbox.size / 2.0,
this->boundingbox.position + this->boundingbox.size / 2.0);
Fillrectangle_TCW(this->boundingbox.position - this->boundingbox.size / 2.0,
this->boundingbox.position + this->boundingbox.size / 2.0);
if (size_button.x >= size_text.x && size_button.y >= size_text.y)
{
Outtextxy_TCW(this->boundingbox.position - size_text / 2.0, buttontext.c_str());
}
else
{
int wordnum = size_button.x / textwidth(buttontext.c_str()) * buttontext.size() - 2;
std::wstring realstr = buttontext.substr(0, wordnum);
realstr += L"...";
size_text = Vec2(textwidth(realstr.c_str()), textsize);
Outtextxy_TCW(this->boundingbox.position - size_text / 2.0, realstr.c_str());
}
}
else
{
Rectangle_TCW(this->boundingbox.position - this->defaultsize / 2.0,
this->boundingbox.position + this->defaultsize / 2.0);
Fillrectangle_TCW(this->boundingbox.position - this->defaultsize / 2.0,
this->boundingbox.position + this->defaultsize / 2.0);
if (defaulttext.x >= size_text.x && defaulttext.y >= size_text.y)
Outtextxy_TCW(this->boundingbox.position - size_text / 2.0, buttontext.c_str());
else Outtextxy_TCW(this->boundingbox.position - defaulttext / 2.0, TEXT("..."));
}
settextstyle(&log);
settextcolor(textcol);
setbkmode(bkmode);
setlinecolor(linecol);
setfillcolor(fillcol);
}
void Button::DrawButton_Press()
{
LOGFONT log;
COLORREF textcol;
COLORREF linecol;
COLORREF fillcol;
int bkmode;
gettextstyle(&log);
bkmode = getbkmode();
textcol = gettextcolor();
linecol = getlinecolor();
fillcol = getfillcolor();
settextstyle(textsize, 0, TEXT("微軟雅黑")); // 設(shè)置字體為寬高 20 的字，有一些字體的中文寬度為字母的兩倍
settextcolor(BLACK);
setbkmode(TRANSPARENT);
setlinecolor(BLACK);
setfillcolor(RGB(240, 240, 240));
Vec2 size_button = Vec2(this->boundingbox.size * textareasize);
Vec2 size_text = Vec2(textwidth(this->buttontext.c_str()), textsize);
if (boundingbox.size.x > defaultsize.x && boundingbox.size.y > defaultsize.y)
{
Rectangle_TCW(this->boundingbox.position - this->boundingbox.size / 2.0,
this->boundingbox.position + this->boundingbox.size / 2.0);
Fillrectangle_TCW(this->boundingbox.position - this->boundingbox.size / 2.0,
this->boundingbox.position + this->boundingbox.size / 2.0);
if (size_button.x >= size_text.x && size_button.y >= size_text.y)
{
Outtextxy_TCW(this->boundingbox.position - size_text / 2.0 + Vec2(2, 2), buttontext.c_str());
}
else
{
int wordnum = size_button.x / textwidth(buttontext.c_str()) * buttontext.size() - 2;
std::wstring realstr = buttontext.substr(0, wordnum);
realstr += L"...";
size_text = Vec2(textwidth(realstr.c_str()), textsize);
Outtextxy_TCW(this->boundingbox.position - size_text / 2.0, realstr.c_str());
}
}
else
{
Rectangle_TCW(this->boundingbox.position - this->defaultsize / 2.0,
this->boundingbox.position + this->defaultsize / 2.0);
Fillrectangle_TCW(this->boundingbox.position - this->defaultsize / 2.0,
this->boundingbox.position + this->defaultsize / 2.0);
if (defaulttext.x >= size_text.x && defaulttext.y >= size_text.y)
Outtextxy_TCW(this->boundingbox.position - size_text / 2.0 + Vec2(2, 2), buttontext.c_str());
else Outtextxy_TCW(this->boundingbox.position - defaulttext / 2.0 + Vec2(2, 2), TEXT("..."));
}
settextstyle(&log);
settextcolor(textcol);
setbkmode(bkmode);
setlinecolor(linecol);
setfillcolor(fillcol);
}
void Button::DrawButton_Forbidden()
{
LOGFONT log;
COLORREF textcol;
COLORREF linecol;
COLORREF fillcol;
int bkmode;
gettextstyle(&log);
bkmode = getbkmode();
textcol = gettextcolor();
linecol = getlinecolor();
fillcol = getfillcolor();
settextstyle(textsize, 0, TEXT("微軟雅黑"));
settextcolor(RGB(128, 128, 128));
setbkmode(TRANSPARENT);
setlinecolor(BLACK);
setfillcolor(WHITE);
Vec2 size_button = Vec2(this->boundingbox.size * textareasize);
Vec2 size_text = Vec2(textwidth(this->buttontext.c_str()), textsize);
if (boundingbox.size.x > defaultsize.x && boundingbox.size.y > defaultsize.y)
{
Rectangle_TCW(this->boundingbox.position - this->boundingbox.size / 2.0,
this->boundingbox.position + this->boundingbox.size / 2.0);
Fillrectangle_TCW(this->boundingbox.position - this->boundingbox.size / 2.0,
this->boundingbox.position + this->boundingbox.size / 2.0);
if (size_button.x >= size_text.x && size_button.y >= size_text.y)
{
Outtextxy_TCW(this->boundingbox.position - size_text / 2.0, buttontext.c_str());
}
else
{
int wordnum = size_button.x / textwidth(buttontext.c_str()) * buttontext.size() - 2;
std::wstring realstr = buttontext.substr(0, wordnum);
realstr += L"...";
size_text = Vec2(textwidth(realstr.c_str()), textsize);
Outtextxy_TCW(this->boundingbox.position - size_text / 2.0, realstr.c_str());
}
}
else
{
Rectangle_TCW(this->boundingbox.position - this->defaultsize / 2.0,
this->boundingbox.position + this->defaultsize / 2.0);
Fillrectangle_TCW(this->boundingbox.position - this->defaultsize / 2.0,
this->boundingbox.position + this->defaultsize / 2.0);
if (defaulttext.x >= size_text.x && defaulttext.y >= size_text.y)
Outtextxy_TCW(this->boundingbox.position - size_text / 2.0, buttontext.c_str());
else Outtextxy_TCW(this->boundingbox.position - defaulttext / 2.0, TEXT("..."));
}
settextstyle(&log);
settextcolor(textcol);
setbkmode(bkmode);
setlinecolor(linecol);
setfillcolor(fillcol);
}
void Button::DrawButton()
{
switch (this->nowstate)
{
case State::general:
DrawButton_General();
break;
case State::touch:
DrawButton_Touch();
break;
case State::press:
DrawButton_Press();
break;
case State::release:
DrawButton_Touch();
if (releaseFunc != nullptr)
{
if (releaseParam == TCW_GUI_BUTTON_MYSELF)releaseFunc(this);
else releaseFunc(releaseParam);
}
this->nowstate = State::touch;
break;
case State::forbidden:
DrawButton_Forbidden();
break;
default:
break;
}
}
void Button::receiver(ExMessage* msg)
{
if (this->nowstate == State::forbidden)return;
// 先 general 后 touch 再 press 一個(gè) release 后重新 general
if (!isPress && !this->boundingbox.isInRect(Vec2(msg->x, msg->y)))
{
this->nowstate = State::general;
}
else if (!isPress && this->boundingbox.isInRect(Vec2(msg->x, msg->y)))
{
if (!msg->lbutton)
this->nowstate = State::touch;
else if (this->nowstate == State::touch)
{
isPress = true;
this->nowstate = State::press;
}
}
else if (isPress && this->boundingbox.isInRect(Vec2(msg->x, msg->y)))
{
if (!msg->lbutton)
{
isPress = false;
this->nowstate = State::release;
}
else this->nowstate = State::press;
}
else if (isPress && !this->boundingbox.isInRect(Vec2(msg->x, msg->y)))
{
if (!msg->lbutton)
{
isPress = false;
this->nowstate = State::general;
}
else this->nowstate = State::press;
}
}
Button* ButtonManager::AddButton(Button button)
{
this->buttonlist.push_back(button);
return &buttonlist.back();
}
void ButtonManager::ReceiveMessage(ExMessage* msg)
{
for (Button& button : this->buttonlist)
{
button.receiver(msg);
}
}
void ButtonManager::DrawButton()
{
for (Button& button : this->buttonlist)
{
button.DrawButton();
}
}
}main.cpp：
// 程序：一個(gè)正方體
// 編譯環(huán)境：Visual Studio 2019，EasyX_20211109
//
#include<math.h>
#include<conio.h>
#include"TCW_GUI.h"
#define WIDTH 640 // 窗口寬度
#define HEIGHT 480 // 窗口高度
#define PI 3.14159265 // π
#define SIDE (min(WIDTH, HEIGHT) / 4) // 正方體邊長(zhǎng)
#define GAMEPAD (SIDE / 2) // 手柄，控制面旋轉(zhuǎn)幅度的量
#define DISPLAY 3 // 展示出來頂點(diǎn)的尺寸
#define ARROWS 3 // 箭頭尺寸
#define PIECE 360
double FocalLength = 6; // 觀察點(diǎn)到投影面的距離
// 8 個(gè)頂點(diǎn)的顏色，用于分辨 8 個(gè)不同的點(diǎn)
COLORREF VertexColor[8] =
{
RED, YELLOW, BLUE, GREEN, BROWN, MAGENTA, CYAN, WHITE
};
struct Vec2
{
double x, y;
};
Vec2 operator*(Vec2 a, double num)
{
return { a.x * num, a.y * num };
}
Vec2 operator+(Vec2 a, Vec2 b)
{
return { a.x + b.x, a.y + b.y };
}
Vec2 operator-(Vec2 a, Vec2 b)
{
return { a.x - b.x, a.y - b.y };
}
double operator*(Vec2 a, Vec2 b)
{
return a.x * b.x + a.y * b.y;
}
Vec2 operator/(Vec2 a, double num)
{
return { a.x / num, a.y / num };
}
// 三維向量，也可以表示一個(gè)坐標(biāo)
struct Vec3
{
double x, y, z;
};
typedef struct Vec3;
// 求兩向量相減
Vec3 operator-(Vec3 a, Vec3 b)
{
return { a.x - b.x, a.y - b.y, a.z - b.z };
}
// 求兩向量相加
Vec3 operator+(Vec3 a, Vec3 b)
{
return { a.x + b.x, a.y + b.y, a.z + b.z };
}
// 得到兩向量點(diǎn)乘的值
double operator*(Vec3 a, Vec3 b)
{
return a.x * b.x + a.y * b.y + a.z * b.z;
}
// 得到向量縮短 num 倍后的向量
Vec3 operator/(Vec3 a, long double num)
{
Vec3 result;
result.x = a.x / num;
result.y = a.y / num;
result.z = a.z / num;
return result;
}
// 得到向量延長(zhǎng) num 倍后的向量
Vec3 operator*(Vec3 a, long double num)
{
Vec3 result;
result.x = a.x * num;
result.y = a.y * num;
result.z = a.z * num;
return result;
}
// 得到一個(gè)向量的模長(zhǎng)
double GetVec3Length(Vec3 vec)
{
return sqrt(vec.x * vec.x + vec.y * vec.y + vec.z * vec.z);
}
// 得到向量 a 與向量 b 的夾角余弦值
double GetCosineOfTheAngle(Vec3 a, Vec3 b)
{
return a * b / GetVec3Length(a) / GetVec3Length(b);
}
// 得到向量 A 在向量 B 上的投影
Vec3 GetProjectionAOntoB(Vec3 A, Vec3 B)
{
double num = GetCosineOfTheAngle(A, B); // 得到向量 A，B 的夾角余弦值
double length = GetVec3Length(A) * num; // 向量 A 的模長(zhǎng)乘 num 為向量 A 在向量 B 上投影的模長(zhǎng)
Vec3 result = B * (abs(length) / GetVec3Length(B)); // 向量 B 延長(zhǎng) length 倍再縮短 B 的模長(zhǎng)倍就是向量 A 在向量 B 上的投影
// 如果 length 比 0 小說明 num 小于 0，也就是兩向量夾角大于 90 度，結(jié)果要變?yōu)橄喾聪蛄?
if (length > 0)return result;
return result * (-1.0);
}
// 根據(jù)投影面 x，y 軸正方向向量求出投影面法向量
Vec3 getVerticalAxis(Vec3 AuxiliaryVector[2])
{
double x0 = AuxiliaryVector[0].x;
double y0 = AuxiliaryVector[0].y;
double z0 = AuxiliaryVector[0].z;
double x1 = AuxiliaryVector[1].x;
double y1 = AuxiliaryVector[1].y;
double z1 = AuxiliaryVector[1].z;
Vec3 result = { y0 * z1 - y1 * z0, x1 * z0 - x0 * z1, x0 * y1 - x1 * y0 };
return result;
}
// 將三維的點(diǎn)的值轉(zhuǎn)換為在對(duì)應(yīng) xoy 面上的投影的坐標(biāo)
typedef Vec3 DoubleVec3[2];
Vec2 Transform3DTo2D(Vec3 vertex, DoubleVec3 AuxiliaryVector, bool isParallel)
{
Vec2 result;
Vec3 tempX = GetProjectionAOntoB(vertex, AuxiliaryVector[0]); // 得到三維向量在 x 軸上的投影
Vec3 tempY = GetProjectionAOntoB(vertex, AuxiliaryVector[1]); // 得到三維向量在 y 軸上的投影
result.x = GetVec3Length(tempX); // 得到 tempX 的模長(zhǎng)，模長(zhǎng)就是結(jié)果的 x 值的絕對(duì)值
result.y = GetVec3Length(tempY); // 得到 tempY 的模長(zhǎng)，模長(zhǎng)就是結(jié)果的 y 值的絕對(duì)值
if (tempX * AuxiliaryVector[0] < 0)result.x *= -1; // 如果 tempX 向量與 x 軸正方向的向量夾角大于 90 度，也就是向量點(diǎn)乘為負(fù)數(shù)，那么結(jié)果的 x 值為負(fù)數(shù)
if (tempY * AuxiliaryVector[1] < 0)result.y *= -1; // 如果 tempY 向量與 y 軸正方向的向量夾角大于 90 度，也就是向量點(diǎn)乘為負(fù)數(shù)，那么結(jié)果的 y 值為負(fù)數(shù)
if (isParallel)return result;
Vec3 Vec_Z = getVerticalAxis(AuxiliaryVector) * SIDE * FocalLength;
Vec3 target = vertex - Vec_Z;
return result * (SIDE * FocalLength / GetVec3Length(GetProjectionAOntoB(target, Vec_Z)));
}
// 畫一個(gè)正方體
void drawCube(Vec3 Vertex[8], Vec3 AuxiliaryVector[2], Vec2 pericenter, bool isParallel)
{
Vec2 Temp[8];
for (int i = 0; i < 8; i++)
{
Vec2 temp = Transform3DTo2D(Vertex[i], AuxiliaryVector, isParallel);
Temp[i] = temp;
setfillcolor(VertexColor[i]);
solidcircle(temp.x + pericenter.x, temp.y + pericenter.y, DISPLAY);
}
line(Temp[0].x + pericenter.x, Temp[0].y + pericenter.y, Temp[3].x + pericenter.x, Temp[3].y + pericenter.y);
line(Temp[0].x + pericenter.x, Temp[0].y + pericenter.y, Temp[1].x + pericenter.x, Temp[1].y + pericenter.y);
line(Temp[0].x + pericenter.x, Temp[0].y + pericenter.y, Temp[4].x + pericenter.x, Temp[4].y + pericenter.y);
line(Temp[1].x + pericenter.x, Temp[1].y + pericenter.y, Temp[2].x + pericenter.x, Temp[2].y + pericenter.y);
line(Temp[1].x + pericenter.x, Temp[1].y + pericenter.y, Temp[5].x + pericenter.x, Temp[5].y + pericenter.y);
line(Temp[2].x + pericenter.x, Temp[2].y + pericenter.y, Temp[3].x + pericenter.x, Temp[3].y + pericenter.y);
line(Temp[2].x + pericenter.x, Temp[2].y + pericenter.y, Temp[6].x + pericenter.x, Temp[6].y + pericenter.y);
line(Temp[3].x + pericenter.x, Temp[3].y + pericenter.y, Temp[7].x + pericenter.x, Temp[7].y + pericenter.y);
line(Temp[4].x + pericenter.x, Temp[4].y + pericenter.y, Temp[5].x + pericenter.x, Temp[5].y + pericenter.y);
line(Temp[4].x + pericenter.x, Temp[4].y + pericenter.y, Temp[7].x + pericenter.x, Temp[7].y + pericenter.y);
line(Temp[5].x + pericenter.x, Temp[5].y + pericenter.y, Temp[6].x + pericenter.x, Temp[6].y + pericenter.y);
line(Temp[6].x + pericenter.x, Temp[6].y + pericenter.y, Temp[7].x + pericenter.x, Temp[7].y + pericenter.y);
char arr[128];
WCHAR ano[128];
settextstyle(0, 0, _T("Consolas"));
settextcolor(WHITE);
sprintf_s(arr, "x:(%f, %f, %f)", AuxiliaryVector[0].x, AuxiliaryVector[0].y, AuxiliaryVector[0].z);
MultiByteToWideChar(CP_ACP, 0, arr, -1, ano, 128);
outtextxy(10, HEIGHT / 6 * 5, ano);
sprintf_s(arr, "y:(%f, %f, %f)", AuxiliaryVector[1].x, AuxiliaryVector[1].y, AuxiliaryVector[1].z);
MultiByteToWideChar(CP_ACP, 0, arr, -1, ano, 128);
outtextxy(10, HEIGHT / 9 * 8, ano);
}
// 得到兩個(gè)點(diǎn)之間的距離（二維）
double getTwoPointDistance(Vec2 a, Vec2 b)
{
return sqrt((a.x - b.x) * (a.x - b.x) + (a.y - b.y) * (a.y - b.y));
}
// 得到 8 個(gè)頂點(diǎn)中距離 point 這個(gè)二維點(diǎn)最近的點(diǎn)，p 是判斷兩點(diǎn)間距離是否符合要求的
int getNearestIndex(Vec3 Vertex[8], Vec3 AuxiliaryVector[2], Vec2 point, bool isParallel, bool (*p)(double) = nullptr)
{
int result = 0;
double nearestDistance = getTwoPointDistance(Transform3DTo2D(Vertex[0], AuxiliaryVector, isParallel), point);
for (int i = 1; i < 8; i++)
{
double temp = getTwoPointDistance(Transform3DTo2D(Vertex[i], AuxiliaryVector, isParallel), point);
if (temp < nearestDistance)
{
result = i;
nearestDistance = temp;
}
}
if (p != nullptr && !p(nearestDistance))return -1;
return result;
}
void Line(Vec2 begin, Vec2 end)
{
line(begin.x, begin.y, end.x, end.y);
}
// grading 是粒度，一條線分為幾份，0.1 是 10 份
void progressiveLine(Vec3 begincol, Vec3 endcol, Vec2 started, Vec2 finaled, double grading = 0.1)
{
Vec2 AddLine = (finaled - started) * grading;
Vec3 AddCol = (endcol - begincol) * grading;
Vec3 nowcol = begincol;
for (int i = 0; i < 1 / grading; i++)
{
nowcol = nowcol + AddCol;
setlinecolor(RGB(nowcol.x, nowcol.y, nowcol.z));
Line(started + AddLine * i, started + AddLine * (i + 1));
}
}
// 畫坐標(biāo)軸，pericenter 是中心點(diǎn)，size 是一個(gè)單位長(zhǎng)度的長(zhǎng)度
void drawCoordinateAxis(Vec2 pericenter, double size)
{
setlinestyle(PS_SOLID, 1);
setlinecolor(WHITE);
settextcolor(WHITE);
settextstyle(20, 0, _T("Consolas"));
double index_X = size * sqrt(3) / sqrt(5);
double index_Y = size * sqrt(2) / sqrt(5);
progressiveLine({ 0, 0, 0 }, { 255, 255, 255 }, pericenter + Vec2({ -index_X, -index_Y }),
pericenter + Vec2({ index_X, index_Y }));
line(pericenter.x + index_X - ARROWS, pericenter.y + index_Y, pericenter.x + index_X, pericenter.y + index_Y);
line(pericenter.x + index_X, pericenter.y + index_Y - ARROWS, pericenter.x + index_X, pericenter.y + index_Y);
outtextxy(pericenter.x + index_X, pericenter.y + index_Y, L"y");
progressiveLine({ 0, 0, 0 }, { 255, 255, 255 }, pericenter + Vec2({ index_X, -index_Y }),
pericenter + Vec2({ -index_X, +index_Y }));
line(pericenter.x - index_X + ARROWS, pericenter.y + index_Y, pericenter.x - index_X, pericenter.y + index_Y);
line(pericenter.x - index_X, pericenter.y + index_Y - ARROWS, pericenter.x - index_X, pericenter.y + index_Y);
outtextxy(pericenter.x - index_X, pericenter.y + index_Y, L"x");
progressiveLine({ 0, 0, 0 }, { 255, 255, 255 }, pericenter + Vec2({ 0, index_X }),
pericenter + Vec2({ 0, -index_X }));
line(pericenter.x + ARROWS, pericenter.y - index_X + ARROWS, pericenter.x, pericenter.y - index_X);
line(pericenter.x - ARROWS, pericenter.y - index_X + ARROWS, pericenter.x, pericenter.y - index_X);
outtextxy(pericenter.x, pericenter.y - index_X - 20, L"z");
}
// 畫出輔助向量
void drawAuxiliaryVector(Vec3 AuxiliaryVector[2], Vec2 pericenter, double size, bool isParallel)
{
settextstyle(20, 0, _T("Consolas"));
Vec3 Auxiliary[2] = { {-1, 1, 0}, {-1, -1, 1} };
Auxiliary[0] = Auxiliary[0] / GetVec3Length(Auxiliary[0]);
Auxiliary[1] = Auxiliary[1] / GetVec3Length(Auxiliary[1]);
Vec2 temp[2];
temp[0] = Transform3DTo2D(AuxiliaryVector[0] * size, Auxiliary, isParallel); // x 軸
temp[1] = Transform3DTo2D(AuxiliaryVector[1] * size, Auxiliary, isParallel); // y 軸
double Cos_XX = GetCosineOfTheAngle(getVerticalAxis(Auxiliary), AuxiliaryVector[0]);
double Cos_YY = GetCosineOfTheAngle(getVerticalAxis(Auxiliary), AuxiliaryVector[1]);
if (Cos_XX < 0.0 && Cos_YY < 0.0)
{
setlinestyle(PS_SOLID, 2);
progressiveLine({ 127, 0, 0 }, { 127 + 127 * Cos_XX, 0, 0 }, pericenter,
pericenter + Vec2({ temp[0].x, -temp[0].y }));
progressiveLine({ 127, 0, 0 }, { 127 + 127 * Cos_YY, 0, 0 }, pericenter,
pericenter + Vec2({ temp[1].x, -temp[1].y }));
drawCoordinateAxis(pericenter, size);
}
else if (Cos_XX >= 0.0 && Cos_YY < 0.0)
{
setlinestyle(PS_SOLID, 2);
progressiveLine({ 127, 0, 0 }, { 127 + 127 * Cos_YY, 0, 0 }, pericenter,
pericenter + Vec2({ temp[1].x, -temp[1].y }));
drawCoordinateAxis(pericenter, size);
setlinestyle(PS_SOLID, 2);
progressiveLine({ 127, 0, 0 }, { 127 + 127 * Cos_XX, 0, 0 }, pericenter,
pericenter + Vec2({ temp[0].x, -temp[0].y }));
}
else if (Cos_XX < 0.0 && Cos_YY >= 0.0)
{
setlinestyle(PS_SOLID, 2);
progressiveLine({ 127, 0, 0 }, { 127 + 127 * Cos_XX, 0, 0 }, pericenter,
pericenter + Vec2({ temp[0].x, -temp[0].y }));
drawCoordinateAxis(pericenter, size);
setlinestyle(PS_SOLID, 2);
progressiveLine({ 127, 0, 0 }, { 127 + 127 * Cos_YY, 0, 0 }, pericenter,
pericenter + Vec2({ temp[1].x, -temp[1].y }));
}
else if (Cos_XX >= 0.0 && Cos_YY >= 0.0)
{
drawCoordinateAxis(pericenter, size);
setlinestyle(PS_SOLID, 2);
progressiveLine({ 127, 0, 0 }, { 127 + 127 * Cos_XX, 0, 0 }, pericenter,
pericenter + Vec2({ temp[0].x, -temp[0].y }));
progressiveLine({ 127, 0, 0 }, { 127 + 127 * Cos_YY, 0, 0 }, pericenter,
pericenter + Vec2({ temp[1].x, -temp[1].y }));
}
settextcolor(RED);
outtextxy(pericenter.x + temp[0].x, pericenter.y - temp[0].y, L"X");
outtextxy(pericenter.x + temp[1].x, pericenter.y - temp[1].y, L"Y");
setlinestyle(PS_SOLID, 1);
setlinecolor(WHITE);
}
// x 軸固定在 xoy 平面上，旋轉(zhuǎn) x 軸和 z 軸就能看到這個(gè)三維物體的所有角度?。?！
int main()
{
bool isExit = false;
initgraph(WIDTH, HEIGHT);
BeginBatchDraw();
Vec3 AuxiliaryVector[2] = { { sqrt(2) / 2.0, sqrt(2) / 2.0, 0 },
{ -sqrt(3) / 3.0, sqrt(3) / 3, sqrt(3) / 3.0 } }; // 輔助向量，分別是 x 軸，y 軸的單位向量
bool isParallel = false;
TCW_GUI::Button* button_param[2];
TCW_GUI::ButtonManager manager;
TCW_GUI::Button* button_temp = manager.AddButton(TCW_GUI::Button(TCW_GUI::Rect(TCW_GUI::Vec2(WIDTH * 5 / 6.0, HEIGHT / 6.0),
TCW_GUI::Vec2(WIDTH / 7.0, HEIGHT / 7.0)), L"透視投影",
[&](void* param)
{
TCW_GUI::Button** button = (TCW_GUI::Button**)param;
if (isParallel)
{
button[0]->buttontext = L"透視投影";
button[1]->RefreshButton();
isParallel = false;
}
else
{
button[0]->buttontext = L"平行投影";
button[1]->ForbidButton();
isParallel = true;
}
return 0;
}, nullptr));
button_temp->releaseParam = button_param;
button_param[0] = button_temp;
button_param[1] = manager.AddButton(TCW_GUI::Button(TCW_GUI::Rect(TCW_GUI::Vec2(WIDTH * 5 / 6.0, HEIGHT / 3.0),
TCW_GUI::Vec2(WIDTH / 7.0, HEIGHT / 7.0)), L"透視距離",
[&](void* param)
{
WCHAR arr[128];
char ano[128];
InputBox(arr, 128, L"請(qǐng)輸入透視距離(推薦 1~10, 可小數(shù))");
WideCharToMultiByte(CP_UTF8, 0, arr, -1, ano, 128, NULL, FALSE);
sscanf(ano, "%lf", &FocalLength);
return 0;
}, nullptr));
manager.AddButton(TCW_GUI::Button(TCW_GUI::Rect(TCW_GUI::Vec2(WIDTH * 5 / 6.0, HEIGHT / 2.0),
TCW_GUI::Vec2(WIDTH / 7.0, HEIGHT / 7.0)), L"結(jié)束程序",
[](void* param)
{
bool* isExit = (bool*)param;
*isExit = true;
return 0;
}, &isExit));
Vec3 Vertex[8]; // 8 個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)
// 初始化 8 個(gè)頂點(diǎn)，這 8 個(gè)頂點(diǎn)是固定的，可以改變?yōu)槿我庾鴺?biāo)值，我們只是從不同的角度看這 8 個(gè)頂點(diǎn)
Vertex[0] = { -GAMEPAD, -GAMEPAD, -GAMEPAD };
Vertex[1] = { GAMEPAD, -GAMEPAD, -GAMEPAD };
Vertex[2] = { GAMEPAD, GAMEPAD, -GAMEPAD };
Vertex[3] = { -GAMEPAD, GAMEPAD, -GAMEPAD };
Vertex[4] = { -GAMEPAD, -GAMEPAD, GAMEPAD };
Vertex[5] = { GAMEPAD, -GAMEPAD, GAMEPAD };
Vertex[6] = { GAMEPAD, GAMEPAD, GAMEPAD };
Vertex[7] = { -GAMEPAD, GAMEPAD, GAMEPAD };
ExMessage msg; // 鼠標(biāo)信息
bool ispress = false; // 是否按下
bool isLpress = false; // 是否按下左鍵
bool isRpress = false; // 是否按下右鍵
double originalX = 0, originalY = 0; // 原來的坐標(biāo)
int vertexIndex = 0; // 右鍵點(diǎn)擊時(shí)要操作的頂點(diǎn)的坐標(biāo)
while (!isExit)
{
while (peekmessage(&msg, EM_MOUSE))
{
if (!ispress && (msg.lbutton || msg.rbutton))
{
ispress = true;
if (msg.lbutton)isLpress = true; // 左鍵按下
else if (msg.rbutton) // 右鍵按下
{
isRpress = true;
vertexIndex = getNearestIndex(Vertex, AuxiliaryVector, // 得到距離按下的位置最近的正方體頂點(diǎn)的下標(biāo)
{ (double)msg.x - WIDTH / 2, (double)msg.y - HEIGHT / 2 }, isParallel,
[](double num) {if (num < DISPLAY)return true; return false; }); // 這個(gè) lambda 表達(dá)式是為了讓點(diǎn)到的地方距離最近的正方體頂點(diǎn)距離小于展示出來正方體頂點(diǎn)的尺寸才能生效
}
originalX = msg.x;
originalY = msg.y;
}
else if (isLpress && msg.lbutton)
{
double DelFi = (msg.y - originalY) / 6 / GAMEPAD * PI;
double DelTh = (msg.x - originalX) / GAMEPAD / 6 * PI;
Vec3 tempVectorX = AuxiliaryVector[0];
Vec3 tempVectorY = AuxiliaryVector[1];
Vec3 tempVectorZ = getVerticalAxis(AuxiliaryVector);
AuxiliaryVector[0] = tempVectorX * cos(DelTh) + tempVectorZ * sin(DelTh); // 改變 x 軸向量
tempVectorZ = tempVectorZ * cos(DelTh) - tempVectorX * sin(DelTh);
AuxiliaryVector[1] = tempVectorY * cos(DelFi) + tempVectorZ * sin(DelFi); // 改變 y 軸向量
originalX = msg.x;
originalY = msg.y;
}
else if (isRpress && msg.rbutton && vertexIndex != -1)
{
double lengthX = msg.x - originalX; // 在投影面橫坐標(biāo)上移動(dòng)的距離
double lengthY = msg.y - originalY; // 在投影面縱坐標(biāo)上移動(dòng)的距離
// 對(duì)于選中的頂點(diǎn)，它變?yōu)樗陨淼南蛄考由贤队懊嫔系南蛄?
Vertex[vertexIndex] =
Vertex[vertexIndex] +
AuxiliaryVector[0] * lengthX / GetVec3Length(AuxiliaryVector[0]) +
AuxiliaryVector[1] * lengthY / GetVec3Length(AuxiliaryVector[1]);
originalX = msg.x;
originalY = msg.y;
}
else if (ispress && !msg.lbutton)
{
ispress = false;
isLpress = false;
isRpress = false;
}
else if (msg.wheel)
{
double DelTh = msg.wheel / 120.0 * PI / 60.0; // 滾動(dòng) 120 度旋轉(zhuǎn) 3 度
Vec3 tempVectorX = AuxiliaryVector[0];
Vec3 tempVectorY = AuxiliaryVector[1];
Vec3 tempVectorZ = getVerticalAxis(AuxiliaryVector);
AuxiliaryVector[0] = tempVectorX * cos(DelTh) + tempVectorY * sin(DelTh); // 改變 x 軸向量
AuxiliaryVector[1] = tempVectorY * cos(DelTh) - tempVectorX * sin(DelTh); // 改變 y 軸向量
}
}
// 用鼠標(biāo)不能進(jìn)行精密控制，在這里用 wasd 實(shí)現(xiàn)鍵盤控制
if (_kbhit())
{
// 按一下移動(dòng) 3 度
double DelFi = 0, DelTh = 0;
Vec3 tempVectorX = AuxiliaryVector[0];
Vec3 tempVectorY = AuxiliaryVector[1];
Vec3 tempVectorZ = getVerticalAxis(AuxiliaryVector);
switch (_getch())
{
case 'w':DelFi -= PI / 60.0; break;
case 'a':DelTh += PI / 60.0; break;
case 's':DelFi += PI / 60.0; break;
case 'd':DelTh -= PI / 60.0; break;
default:
break;
}
AuxiliaryVector[0] = tempVectorX * cos(DelTh) + tempVectorZ * sin(DelTh); // 改變 x 軸向量
tempVectorZ = tempVectorZ * cos(DelTh) - tempVectorZ * sin(DelTh);
AuxiliaryVector[1] = tempVectorY * cos(DelFi) + tempVectorZ * sin(DelFi); // 改變 y 軸向量
}
cleardevice();
drawCube(Vertex, AuxiliaryVector, { WIDTH / 2.0, HEIGHT / 2.0 }, isParallel);
drawAuxiliaryVector(AuxiliaryVector, { WIDTH / 6 * 5, HEIGHT / 6 * 5 }, min(WIDTH, HEIGHT) / 9,
isParallel);
manager.ReceiveMessage(&msg);
manager.DrawButton();
FlushBatchDraw();
}
closegraph();
return 0;
}到此這篇關(guān)于利用C語言繪制一個(gè)正方體的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C語言繪制正方體內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
相關(guān)文章
C++學(xué)習(xí)貝葉斯分類器實(shí)現(xiàn)手寫數(shù)字識(shí)別示例解析
這篇文章主要介紹了在C++學(xué)習(xí)中如何采用貝葉斯分類器來實(shí)現(xiàn)手寫數(shù)字識(shí)別的示例及解析有需要的朋友可以借鑒參考下，希望能夠有所幫助2021-10-10
OpenCV實(shí)現(xiàn)區(qū)域分割和區(qū)域生長(zhǎng)
區(qū)域分割是圖像處理中一個(gè)重要的任務(wù),本文主要介紹了OpenCV實(shí)現(xiàn)區(qū)域分割和區(qū)域生長(zhǎng),文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì),對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值,需要的朋友們下面隨著小編來一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧2024-02-02
Qt+QListWidget實(shí)現(xiàn)氣泡聊天界面(附源碼)
由于最近的項(xiàng)目需要，做了些相關(guān)IM的工作。所以聊天框也是必不可少的一部分。本文以QListWidget+QPainter繪制的Item做了一個(gè)Demo。該Demo只是做一個(gè)示例，感興趣的可以了解一下2022-12-12
C++編程中__if_exists與__if_not_exists語句的用法
這篇文章主要介紹了C++編程中__if_exists與__if_not_exists語句的用法,是C++中用于判斷指定的標(biāo)識(shí)符是否存在的基礎(chǔ)的條件判斷語句,需要的朋友可以參考下2016-01-01
這篇文章主要為大家詳細(xì)介紹了C語言實(shí)現(xiàn)打磚塊小游戲，文中示例代碼介紹的非常詳細(xì)，具有一定的參考價(jià)值，感興趣的小伙伴們可以參考一下2022-05-05
C/C++使用fmt庫(kù)實(shí)現(xiàn)格式化字符串
fmt庫(kù)是一個(gè)高效、易用的C++格式化庫(kù),可以幫助我們方便地進(jìn)行字符串格式化、輸出、日志記錄等操作,下面我們就來學(xué)習(xí)一下fmt格式化字符串的具體操作吧2023-12-12
C++ string字符串的使用和簡(jiǎn)單模擬實(shí)現(xiàn)
C語言中,字符串是以'\0'結(jié)尾的一些字符的集合,為了操作方便,C標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中提供了一些str系列的庫(kù)函數(shù),但是這些庫(kù)函數(shù)和字符串是分離的,本文給大家介紹了C++ string字符串的使用和簡(jiǎn)單模擬實(shí)現(xiàn),感興趣的朋友可以參考下2024-06-06
C語言模擬實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單掃雷游戲
這篇文章主要為大家詳細(xì)介紹了C語言模擬實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單掃雷游戲，文中示例代碼介紹的非常詳細(xì)，具有一定的參考價(jià)值，感興趣的小伙伴們可以參考一下2019-10-10
盡管函數(shù)式宏定義和普通函數(shù)相比有很多缺點(diǎn)，但只要小心使用還是會(huì)顯著提高代碼的執(zhí)行效率，畢竟省去了分配和釋放棧幀、傳參、傳返回值等一系列工作，因此那些簡(jiǎn)短并且被頻繁調(diào)用的函數(shù)經(jīng)常用函數(shù)式宏定義來代替實(shí)現(xiàn)2013-10-10
這篇文章主要介紹了顯示內(nèi)存狀態(tài)示例，代碼簡(jiǎn)單，下面直接看代碼,需要的朋友可以參考下2014-02-02