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基于QT使用OpenGL，加载obj模型，进行鼠标交互

news 2025/8/29 12:23:00

功能分析（需求分析）

基于QT平台，使用OpenGL进行obj文件加载显示；
使用鼠标对场景进行缩放、移动、旋转交互；

技术点分析

OpenGL

OpenGL是基于C的，学习曲线比较抖，但是总的来说就是下面一幅图，
在这里插入图片描述

用语言简单的描述（个人理解，可能不太准确）是把cpu里内存里的3D数据，传输到显卡的内存里，以及如何转换成2D平面上像素点显示（也就是矩阵变换，在好多开源的框架里都进行了进一步封装，形成了渲染器、场景、相机等）。这个数据是顶点坐标、颜色等，传输跟送快递一样，除了要有数据本身之外，还要有其他信息，也就是要有个约定，到显卡拿到数据之后怎么解析。
有个网站比较有名learnopengl，可以对着学一遍，在网上找资料的时候，需要注意是立即渲染模式，还是可编程渲染管线模式，现在官方推荐是使用可编程渲染管线模式开发。

立即渲染模式

glBegin(GL_TRIANGLES)
glTranslatef(1,2,3);
// 其他操作
// glVertex*() 设置顶点坐标
// glColor*() 设置当前颜色
// glIndex*() 设置当前颜色表
// glNormal*() 设置法向坐标
// glEvalCoord*() 产生坐标
// glTexCoord*() 设置纹理坐标
// glEdgeFlag*() 控制边界绘制
// glMaterial*() 设置材质
glEnd()

可编程渲染管线模式

1、创建VBO顶点数据对象GLuint VBO;glGenBuffers(1,&VBO);
2、VBO与显卡缓存绑定glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO)
3、绑定数据缓存对象glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER,sizeof(vertexs),vertex,)
4、数据格式glVertexAttribPoint(0,3,GL_FLOAT,)
5、启用/绘制glEnableVertexAttribArray(0)glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 10);
6、最后关闭glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER,0)glBindVertexArray(0);

以上两段代码只是展示两种模式区别，很明显立即渲染模式容易理解，但是性能有限制，可编程渲染管线模式理解和使用门槛高，但更能接触底层。

QOpenGLWidget

QT对OpenGL进行了封装，提供了QOpenGLWidget类，只需要对其继承，在initialzeGL()，resizeGL()，paintGL()逻辑下进行业务实现,包括VBO、VAO的创建与绑定，着色器程序的编译与链接等。

派生类 glwidget逻辑

先简单介绍派生类的写法，当然为了方便扩展和使用，抽象出了相机类、渲染器类、物体类，完整的工程代码资源可以下载参考，具体的可以根据自己要实现的功能进行编写。

glwidget.h

#ifndef GLWIDGET_H
#define GLWIDGET_H#include <QOpenGLWidget>
#include <QOpenGLFunctions_3_3_Core>
#include <QOpenGLShaderProgram>
#include <QOpenGLBuffer>
#include <QOpenGLVertexArrayObject>
#include <QMouseEvent>
#include <QTimer>
#include <QQuaternion>#include <vector>
#include <QKeyEvent>#include "utils/Common.h"
#include "genericRender.h"
#include "grid.h"
#include "coorsystem.h"
#include "camera.h"class glwidget :public QOpenGLWidget, QOpenGLFunctions_3_3_Core
{Q_OBJECT
public:glwidget(QWidget * parent = nullptr);//鼠标交互事件重写void mouseMoveEvent(QMouseEvent *event) override;void mousePressEvent(QMouseEvent *event) override;void mouseReleaseEvent(QMouseEvent *event) override;void wheelEvent(QWheelEvent *event) override;//键盘交互void keyReleaseEvent(QKeyEvent *event) override; //按键释放事件void keyPressEvent(QKeyEvent *event) override;   //按键按下事件void slotTimeOut();
protected:virtual void initializeGL();virtual void resizeGL(int w, int h);virtual void paintGL();
public:GenericRender m_render;//渲染器Camera m_camera;//相机grid m_grid;//网格平面xycoorSystem m_coordsys;//坐标系QTimer tm_;
public:QList<int> keys;QTimer* keyRespondTimer;	//头文件中添加成员static int mouse_button;static int modifier_key;
public://鼠标变量static double mouse_pos_x_old;static double mouse_pos_y_old;bool changeview_ = false;            //改变视角的标志位float fov = 2.0f;          //视野范围
};
#endif // GLWIDGET_H

glwidget.cpp

#include "glwidget.h"
#include "box.h"
int glwidget::mouse_button = -1;
int glwidget::modifier_key = 0;
double glwidget::mouse_pos_x_old = 0;
double glwidget::mouse_pos_y_old = 0;
glwidget::glwidget(QWidget * parent):QOpenGLWidget(parent)
{keyRespondTimer = new QTimer(this);	//构造函数中创建定时器对象，并连接信号槽connect(keyRespondTimer, &QTimer::timeout, this, &glwidget::slotTimeOut);setFocusPolicy(Qt::StrongFocus);//否则进入不了键盘事件监听
}void glwidget::initializeGL()
{initializeOpenGLFunctions();glEnable(GL_DEPTH_TEST);m_render.init();m_camera.setMatPro(fov);QStringList renderfiles={":/obj/data/Cayman_GT.obj", ":/obj/data/bunny_10k.obj"};for(QString file : renderfiles){Box* b1 = new Box();b1->load(file);m_render.addBox(b1);}m_grid.initize();m_coordsys.initize();
}void glwidget::resizeGL(int w, int h)
{m_camera.setRatio((float)width() / (float)height());
}void glwidget::paintGL()
{glClearColor(1.0f, 1.0f, 1.0f, 0.1f);glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);glPolygonMode(GL_FRONT, GL_LINE);QOpenGLExtraFunctions *f = QOpenGLContext::currentContext()->extraFunctions();QMatrix4x4 mMatrix;m_camera.setMatPro(fov);m_grid.paint(f,m_camera.getMatPro(),m_camera.getMatView(),mMatrix);m_coordsys.paint(f,m_camera.getMatPro(),m_camera.getMatView(),mMatrix);m_render.render(f,m_camera,mMatrix);
}void glwidget::mousePressEvent(QMouseEvent *event){mouse_pos_x_old = event->pos().x();mouse_pos_y_old = event->pos().y();mouse_button = event->button();
}void glwidget::mouseMoveEvent(QMouseEvent *event){int x = event->pos().x();int y = event->pos().y();double w = width(), h = height();double d_x = (mouse_pos_x_old - x)/w;double d_y = (mouse_pos_y_old - y)/h;if (mouse_button == Qt::LeftButton){foreach (int key, keys) {switch (key) {case Qt::Key_Control:m_camera.rotateY(-d_x*180*5);m_camera.rotateX(-d_y*180*5);break;case Qt::Key_Shift:m_camera.move(5*d_x, 5*d_y, 0);break;default:break;}}}mouse_pos_x_old = x;mouse_pos_y_old = y;this->repaint();
}void glwidget::mouseReleaseEvent(QMouseEvent *event){  //鼠标左键松开禁止改变相机视角changeview_ = false;
}void glwidget::wheelEvent(QWheelEvent *event){if (event->delta() > 0)fov-=2.0f;elsefov+=2.0f;if (fov<0.50f)fov = 0.5f;if (fov>=200.f)fov = 200.0;this->repaint();
}void glwidget::keyReleaseEvent(QKeyEvent *event)
{if(!event->isAutoRepeat())  //判断如果不是长按时自动触发的释放,就将key值从容器中删除keys.removeAll(event->key());if(keys.isEmpty()) //容器空了，关闭定时器keyRespondTimer->stop();
}void glwidget::keyPressEvent(QKeyEvent *event)
{if(!event->isAutoRepeat())  //判断如果不是长按时自动触发的按下,就将key值加入容器keys.append(event->key());if(!keyRespondTimer->isActive()) //如果定时器不在运行，就启动一下keyRespondTimer->start(4);
}void glwidget::slotTimeOut(){foreach (int key, keys) {switch (key) {case Qt::Key_D:break;case Qt::Key_Shift:modifier_key = Qt::Key_Shift;break;default:break;}}
}

鼠标交互功能

交互的功能实现是重载QOpenGLWidget的鼠标事件函数，修改相应的矩阵，也就对应最上面的相机变化、灯光变化等；

obj格式介绍

OBJ文件(.obj)包含有关3D对象的几何体的信息，下面是一个长方体的obj格式文件；

#
# Object file
#
mtllib Cube3x3x10.mtl
# Cube3x3x10\实体
v 0 0 0
v 3.00000002607703 0 0
v 3.00000002607703 0 9.99999977648258
v 0 0 9.99999977648258
v 3.00000002607703 3.00000002607703 9.99999977648258
v 0 3.00000002607703 9.99999977648258
v 0 0 9.99999977648258
v 3.00000002607703 0 9.99999977648258
v 0 3.00000002607703 9.99999977648258
v 0 3.00000002607703 0
v 0 0 0
v 0 0 9.99999977648258
v 0 3.00000002607703 0
v 3.00000002607703 3.00000002607703 0
v 3.00000002607703 0 0
v 0 0 0
v 3.00000002607703 3.00000002607703 0
v 3.00000002607703 3.00000002607703 9.99999977648258
v 3.00000002607703 0 9.99999977648258
v 3.00000002607703 0 0
v 3.00000002607703 3.00000002607703 9.99999977648258
v 3.00000002607703 3.00000002607703 0
v 0 3.00000002607703 0
v 0 3.00000002607703 9.99999977648258
vn 0 -1 0
vn 0 -1 0
vn 0 -1 0
vn 0 -1 0
vn 0 0 1
vn 0 0 1
vn 0 0 1
vn 0 0 1
vn -1 0 0
vn -1 0 0
vn -1 0 0
vn -1 0 0
vn 0 0 -1
vn 0 0 -1
vn 0 0 -1
vn 0 0 -1
vn 1 0 0
vn 1 0 0
vn 1 0 0
vn 1 0 0
vn 0 1 0
vn 0 1 0
vn 0 1 0
vn 0 1 0
vt 0 0
vt 0 0.00300000002607703
vt 0.00999999977648258 0.00300000002607703
vt 0.00999999977648258 0
vt 0.00150000001303852 0.00300000002607703
vt -0.00150000001303852 0.00300000002607703
vt -0.00150000001303852 0
vt 0.00150000001303852 0
vt 0.00499999988824129 0.00300000002607703
vt -0.00499999988824129 0.00300000002607703
vt -0.00499999988824129 0
vt 0.00499999988824129 0
vt 0.00150000001303852 0.00300000002607703
vt -0.00150000001303852 0.00300000002607703
vt -0.00150000001303852 0
vt 0.00150000001303852 0
vt 0.00499999988824129 0.00300000002607703
vt -0.00499999988824129 0.00300000002607703
vt -0.00499999988824129 0
vt 0.00499999988824129 0
vt 0.00999999977648258 0.00300000002607703
vt 0 0.00300000002607703
vt 0 0
vt 0.00999999977648258 0
o Cube3x3x10\实体
s off
# face 0
f 2/2/2 3/3/3 1/1/1
f 1/1/1 3/3/3 4/4/4
# face 1
f 5/5/5 6/6/6 8/8/8
f 8/8/8 6/6/6 7/7/7
# face 2
f 9/9/9 10/10/10 12/12/12
f 12/12/12 10/10/10 11/11/11
# face 3
f 13/13/13 14/14/14 16/16/16
f 16/16/16 14/14/14 15/15/15
# face 4
f 17/17/17 18/18/18 20/20/20
f 20/20/20 18/18/18 19/19/19
# face 5
f 21/21/21 22/22/22 24/24/24
f 24/24/24 22/22/22 23/23/23

其中

mtllib Cube3x3x10.mtl 表示引用的材质文件的文件名
v 0 0 0 表示一个点的xyz坐标，使用空格隔开
vn 0 -1 0 表示一个点的法向量，使用空格隔开
vt 0.09 0 表示uv纹理坐标，使用空格隔开
f 2/2/2 3/3/3 1/1/1 表示一个面， 2/2/2依次为顶点索引，纹理坐标索引，法向索引，因为是三角面片，所以是三组，也有超多三个点的，自己造轮子的时候要注意
o Cube 表示指定了模型名称为Cube
s off 表示关闭光滑组


void ObjLoader::load(QString filename)
{// 打开文件QFile file(filename);if(!file.open(QIODevice::ReadOnly)){qDebug()<<"[Error] fail to open file: "<< filename;return;}// 读取文件QTextStream ts(&file);// 临时存储QVector<QVector3D> v;QVector<QVector3D> vn;QVector<QVector3D> vt;QVector<QStringList> str_faces;QVector<Face> faces;while(!ts.atEnd()){QStringList list = ts.readLine().split(QRegExp("(\\s+)"));list.removeAll(" ");if(list.size() == 0 )break;if(list[0] == "v")v.push_back(QVector3D(list[1].toFloat(),list[2].toFloat(),list[3].toFloat()));if(list[0] == "vn")vn.push_back(QVector3D(list[1].toFloat(),list[2].toFloat(),list[3].toFloat()));if(list[0] == "vt")vt.push_back(QVector3D(list[1].toFloat(),list[2].toFloat(),0));if(list[0] == "f")str_faces.push_back(list);}for( int i =0; i< str_faces.size(); i++){Face face;for( int j = 1; j<=3; j++)  //obj中顶点索引是从1开始{QStringList list = str_faces[i][j].split("/");face.v[j-1] = list[0].toInt() -1;face.t[j-1] = list[1].toInt() -1;face.n[j-1] = list[2].toInt() -1;}faces.push_back(face);}for( int i = 0; i<faces.size();i++){QVector3D a,b,c,na,nb,nc;a = v[faces[i].v[0]];b = v[faces[i].v[1]];c = v[faces[i].v[2]];na = vn[faces[i].n[0]];nb = vn[faces[i].n[1]];nc = vn[faces[i].n[2]];mv.push_back(a.x());mv.push_back(a.y());mv.push_back(a.z());mv.push_back(b.x());mv.push_back(b.y());mv.push_back(b.z());mv.push_back(c.x());mv.push_back(c.y());mv.push_back(c.z());mn.push_back(na.x());mn.push_back(na.y());mn.push_back(na.z());mn.push_back(nb.x());mn.push_back(nb.y());mn.push_back(nb.z());mn.push_back(nc.x());mn.push_back(nc.y());mn.push_back(nc.z());}file.close();std::cout<< filename.toStdString() <<" id succeded!\t model_size:"<<mv.size()/3<<std::endl;
}

效果

暂时还不会弄视频或者动态图，先看个静态效果吧

bunny

在这里插入图片描述

Cayman_GT