在上文中，講述了PyOpenGL的基本配置，以及網格，球形的生成，以及基本的漫游。現在利用上一篇的內容，來利用高程圖實現一個基本的地形，並且，利用上文中的第三人稱漫游，以小球為視角，來在地形上前后左右漫游，能實時檢測高度。下面先看下效果圖：
二張圖，球分別在不同的地方，不同的顯示模型，一個是全填充的，一個是線連，可以從中看到一些基本的思路。大致過程分別如下，首先拿到一張高度圖，檢索其中的高度對應的通道的值，然后用來改變網格的高度。這個過程只需要在初始化時生成就行了，所以我們可以簡單的用CPU來完成這個。然后是球體的漫游，這部分在上文中已經講了第一與第三人稱漫游，用的就是其中的第三人稱作漫游，在這里，我們主要是要檢索球下面的地形的高度，因為需要實時計算，這部分用GPU來完成。
我們先看下，根據高度圖來改變網格高度的相關代碼(請對照前文中的網格類Plane來看，下面的setHeight為其中的一個方法)：
1 def setHeight(this,image): 2 ix = image.size[0] 3 iy = image.size[1] 4 this.heightImage = image 5 print ix,iy 6 #print "xr,yr",this.xr,this.yr 7 lerp = lambda a,b,d:a * d + b * (1.0 - d) 8 fade = lambda t : t*t*(3.0-2.0*t) #t*t*t*(t*(t*6.0-15.0)+10.0) 9 for y in range(this.yr): 10 for x in range(this.xr): 11 index = 5 * (this.xr * y + x) + 3 12 #print index 13 fx = float(x) / float(this.xr - 1) * float(ix - 1) 14 fy = float(y) / float(this.yr - 1) * float(iy - 1) 15 #print float(x) / float(this.xr - 1),fx,float(y) / float(this.yr - 1),fy 16 xl,xr,yu,yd = int(math.floor(fx)),int(math.ceil(fx)),int(math.floor(fy)),int(math.ceil(fy)) 17 dx,dy = fade(fx - xl),fade(fy - yu) 18 #print "loc:",xl,xr,yu,yd,dx,dy 19 #left up,right up,left down,right down 20 lu,ru,ld,rd = image.im[ix * yu + xl],image.im[ix * yu + xr],image.im[ix * yd + xl],image.im[ix * yd + xr] 21 #print ix * yu + xl,lu,ru,ld,rd 22 hight = lerp(lerp(lu,ru,dx),lerp(ld,rd,dx),dy) 23 this.data[index] = hight / 255.0 24 #print "setHeight:",hight / 255.0
當初完成這段代碼后，我有時后悔在前面學習noise時，沒有自己先完成一個根據高度圖生成地形，不然理解柏林噪聲函數會是一件非常簡單的事，這段代碼很簡單，得到image的信息，然后把原來的地形網格他們二個做一個映射關系，就好像二個大小不同的矩陣，根據其中一個在本矩陣里的位置，找出在另一個矩陣中對應的位置。首先index得到的是當初位置網絡數據里的高度索引，第前面文章中，這個值是0，然后根據線性關系，就如上面后說，找到當前位置對應在image的位置，fx,fy.為什么我說很后悔先看了noise，大家可以看下，這里的代碼的邏輯和noise里的就是一樣，但是這里我可以自己推出來，而看noise里的過程花費太多不必要的時間。在這里，我們可以想象的到，fx,fy是整數的機會不大，那么無論取floor(fx)或ceil(fx)，都有較大的偏差，正確的方法應該是根據fx的小數位來做floor(fx)或ceil(fx)權重進行計算。簡單來說，就是根據fx,fy來取在它周圍的四個像素點，然后根據他們的小數位來對四個小數點進行混合計算。其中小數部分需要的fade可以用lerp，也可以用二階平滑來至三階平滑的映射關系，而像素值根據簡單線性關系求就可以了。理解這里的以后，再去看柏林噪聲實踐(一) 海波等就容易理解多了。
這個是初始化地形的高度值，下面就是重點，如果根據球所在的位置，來得到當前位置里的高度，然后用來設定球的高度(簡化問題，只求球心下的高度，二片卡住球的問題就沒考慮)。有了前面的基礎，在CPU中進行得到高度值也很容易，但是現在是漫游過程中，當前位置每時都在計算，CPU應該用來進行更復雜的邏輯運算，這部分交給GPU了，先給出相關着色器代碼：
1 update_v = """ 2 //#version 330 compatibility 3 #version 130 4 uniform sampler2D tex0; 5 uniform float xw; 6 uniform float yw; 7 uniform float height; 8 //the location of center of the sphere 9 uniform vec2 xz; 10 uniform float sphereRadius; 11 uniform mat4 mMatrix; 12 uniform mat4 vMatrix; 13 uniform mat4 pMatrix; 14 out vec4 o_color; 15 void main() { 16 vec4 pos = vec4(gl_Vertex); 17 vec2 uv = vec2(xz/vec2(xw,yw) + vec2(0.5,0.5)); 18 uv.y = 1.0 - uv.y; 19 vec3 rgb = texture2D(tex0, uv).rgb; 20 pos.y = pos.y + sphereRadius + rgb.r;//height;// 21 o_color = vec4(uv.x, uv.y, rgb.r, 1); 22 gl_Position = pMatrix * vMatrix * mMatrix * pos; 23 24 //vec4 v = vec4(gl_Vertex); 25 //vec2 uv = vec2(xz/vec2(xw,yw) + vec2(0.5,0.5)).xy; 26 //uv.y = 1.0 - uv.y; 27 //v.x = v.x + xz.x; 28 //v.z = v.z + xz.y; 29 //v.y = v.y + texture2D(tex0, uv).r+ sphereRadius; 30 //o_color = vec4(uv.x,uv.y, 0, 1 ); 31 //gl_Position = gl_ModelViewProjectionMatrix * v; 32 }""" 33 34 update_f = """ 35 //#version 330 compatibility 36 #version 130 37 in vec4 o_color; 38 void main() { 39 //vec4 color = texture2D(tex1, gl_TexCoord[0].st); 40 gl_FragColor = o_color;// vec4( 0, 1, 0, 1 ); 41 }"""
這段代碼大致思想和前面一樣，不過紋理坐標需要映射到0-1之前，不過，也少了混合周圍定點的計算，因為我們在設定紋理時(glTexParameterf)，已經告訴着色器，自動線性混合了。在這里，需要說明的是，因為130后，已經廢棄了固定管線的相關功能與API，雖然還能用，但是畢竟要向前看，所以主體的部分有二部分，一部分是用的是着色器版本120固定管線提供的gl_ModelViewProjectionMatrix，以及120后的，自己提供MVP，也順便練習下如何在PyOpenGL里進行矩陣的基本操作。其中height是CPU計算的高度，這個就放附件里，不拿出來說了，至於為什么還拿出一個CPU版，前面不是說了不交給CPU嗎，主要是我發現，有些舊的顯卡對於這段邏輯處理還是有些問題(有一問題浪費大量時間才發現是舊顯卡的問題)，代碼就不放了，大家有興趣可以去附件里看。
嗯，還有必要說下繪制部分，地形網絡用到一個顏色紋理，而球需要用到高度紋理，在glsl中，多紋理，多着色器如何設定以及完成。
1 class allshader: 2 def __init__(this): 3 this.planeProgram = shaders.compileProgram(shaders.compileShader(plane_v, GL_VERTEX_SHADER), 4 shaders.compileShader(plane_f, GL_FRAGMENT_SHADER)) 5 #the parameter tex0 must be use in shaders,otherwise the 6 #glGetUniformLocation get -1 7 this.planeProgram.tex0 = glGetUniformLocation(this.planeProgram,"tex0") 8 this.planeProgram.tex1 = glGetUniformLocation(this.planeProgram,"tex1") 9 print this.planeProgram.tex0,this.planeProgram.tex1 10 11 this.updateProgram = shaders.compileProgram(shaders.compileShader(update_v, GL_VERTEX_SHADER), 12 shaders.compileShader(update_f, GL_FRAGMENT_SHADER)) 13 this.updateProgram.xl = glGetUniformLocation(this.updateProgram,"xw") 14 this.updateProgram.yl = glGetUniformLocation(this.updateProgram,"yw") 15 this.updateProgram.height = glGetUniformLocation(this.updateProgram,"height") 16 this.updateProgram.sphereRadius = glGetUniformLocation(this.updateProgram,"sphereRadius") 17 this.updateProgram.tex0 = glGetUniformLocation(this.updateProgram,"tex0") 18 this.updateProgram.xz = glGetUniformLocation(this.updateProgram,"xz") 19 this.updateProgram.hight = glGetUniformLocation(this.updateProgram,"hight") 20 this.updateProgram.mMatrix = glGetUniformLocation(this.updateProgram,"mMatrix") 21 this.updateProgram.vMatrix = glGetUniformLocation(this.updateProgram,"vMatrix") 22 this.updateProgram.pMatrix = glGetUniformLocation(this.updateProgram,"pMatrix") 23 24 25 def DrawGLScene(): 26 glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT) 27 glMatrixMode(GL_MODELVIEW) 28 camera.setLookat() 29 #texture set 30 glActiveTexture(GL_TEXTURE0) 31 glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, colorMap) 32 glActiveTexture(GL_TEXTURE1) 33 glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, hightMap) 34 #plane 35 glUseProgram(shaderall.planeProgram) 36 glUniform1i(shaderall.planeProgram.tex0, 0) 37 plane.draw() 38 glUseProgram(0) 39 #sphare 40 eyeLoc = camera.origin 41 uv = eyeLoc[0] / plane.xl + 0.5,eyeLoc[2] / plane.yl + 0.5 42 glUseProgram(shaderall.updateProgram) 43 glUniform1f(shaderall.updateProgram.xl, plane.xl) 44 glUniform1f(shaderall.updateProgram.yl, plane.yl) 45 #CPU compute height 46 #glUniform1f(shaderall.updateProgram.height, plane.getHeight(eyeLoc[0],eyeLoc[2])) 47 glUniform1f(shaderall.updateProgram.sphereRadius, sph.radius) 48 glUniform1i(shaderall.updateProgram.tex0, 1) 49 #print uv 50 glUniform2f(shaderall.updateProgram.xz,eyeLoc[0],eyeLoc[2]) 51 #print "eye:",eyeLoc,eyeLoc[0],eyeLoc[2] 52 getMVP(eyeLoc) 53 sph.draw() 54 glUseProgram(0) 55 glActiveTexture(GL_TEXTURE0) 56 glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, 0) 57 glDisable(GL_TEXTURE_2D) 58 glActiveTexture(GL_TEXTURE1) 59 glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, 0) 60 glDisable(GL_TEXTURE_2D) 61 62 glBegin(GL_LINES) 63 glColor(1.0,0.0,0.0) 64 glVertex3f(-plane.xl / 2.0, 1.0, -plane.yl / 2.0) 65 glVertex3f(100.0, 1.0, -plane.yl / 2.0) 66 glColor(0.0,1.0,0.0) 67 glVertex3f(-plane.xl / 2.0, 1.0, -plane.yl / 2.0) 68 glVertex3f(-plane.xl / 2.0, 1.0, 100.0) 69 70 glColor(1.0,0.0,0.0) 71 glVertex3f(0.0, 0.0,0.0) 72 glVertex3f(100.0, 0.0, 0.0) 73 glColor(0.0,1.0,0.0) 74 glVertex3f(0.0, 0.0, 0.0) 75 glVertex3f(0.0, 1.0, 100.0) 76 glEnd() 77 78 glutSwapBuffers()
嗯，python好像對中文注解支持不友好，故采用我的鬼哭神嚎的英語，大家就不要笑了。說一下，后面給出二個坐標系，用來確定當家位置的，一個是左下角，一個是中心，分別向X，Z正軸發射出去。
下面這段是設定球MVP的代碼：
1 def getMVP(eye): 2 v = ny.array(glGetFloatv(GL_MODELVIEW_MATRIX), ny.float32) 3 p = ny.array(glGetFloatv(GL_PROJECTION_MATRIX), ny.float32) 4 m = ny.array([[1, 0, 0, 0],[0, 1, 0, 0], [0, 0, 1, 0],[eye[0],0,eye[2],1]],ny.float32) 5 #print m 6 glUniformMatrix4fv(shaderall.updateProgram.pMatrix,1,GL_FALSE,p) 7 glUniformMatrix4fv(shaderall.updateProgram.vMatrix,1,GL_FALSE,v) 8 glUniformMatrix4fv(shaderall.updateProgram.mMatrix,1,GL_FALSE,m) 9 #glgeffloat
附件：Python地形.zip 和上方的漫游模式一樣，其中EDSF前后左右移動，WR分別向上與向下，鼠標右鍵加移動鼠標控制方向，V切換第一人稱與第三人稱。UP與DOWN切換前面操作的移動幅度。在第三人稱下，因為球中着色器限定了Y軸，故那時模式看起來如2.5D的那種游戲視角，能左右轉動視角，不能看到天，不知2.5D游戲里的那種是不是也是這樣被限制住了。