OpenGL正交投影和3D变换：使用FreeGLUT实现旋转的茶壶

#define FREEGLUT_STATIC
#include <math.h>
#include <GL/freeglut.h>
#include <iostream>

// 旋转角度
static GLfloat xRot = 0.0f;
static GLfloat yRot = 0.0f;

// 窗口大小改变时调整视口和投影矩阵
void ChangeSize(int w, int h) {
    if (h == 0) {
        h = 1; // 避免除以零
    }

    // 设置视口大小为整个窗口大小
    glViewport(0, 0, w, h);

    // 设置投影矩阵
    glMatrixMode(GL_PROJECTION);
    glLoadIdentity();
    glOrtho(-100.0f, 100.0f, -100.0f, 100.0f, -200.0f, 200.0f);

    // 设置模型视图矩阵
    glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
    glLoadIdentity();
}

// 设置光照和材质属性
void SetupRC() {
    // 光照参数
    GLfloat whiteLight[] = {0.45f, 0.45f, 0.45f, 1.0f};
    GLfloat sourceLight[] = {0.25f, 0.25f, 0.25f, 1.0f};
    GLfloat lightPos[] = {-50.f, 25.0f, 250.0f, 0.0f};

    // 启用深度测试
    glEnable(GL_DEPTH_TEST);

    // 启用光照
    glEnable(GL_LIGHTING);

    // 设置环境光
    glLightModelfv(GL_LIGHT_MODEL_AMBIENT, whiteLight);

    // 设置光源0
    glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, sourceLight);
    glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, sourceLight);
    glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, lightPos);
    glEnable(GL_LIGHT0);

    // 启用颜色追踪
    glEnable(GL_COLOR_MATERIAL);
    glColorMaterial(GL_FRONT, GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE);

    // 设置清除颜色
    glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
}

// 处理特殊键盘输入
void SpecialKeys(int key, int x, int y) {
    if (key == GLUT_KEY_UP) {
        xRot -= 5.0f; // 上箭头键：绕x轴逆时针旋转
    } else if (key == GLUT_KEY_DOWN) {
        xRot += 5.0f; // 下箭头键：绕x轴顺时针旋转
    } else if (key == GLUT_KEY_LEFT) {
        yRot -= 5.0f; // 左箭头键：绕y轴逆时针旋转
    } else if (key == GLUT_KEY_RIGHT) {
        yRot += 5.0f; // 右箭头键：绕y轴顺时针旋转
    }

    // 限制旋转角度在0到359度之间
    xRot = (GLfloat) ((const int) xRot % 360);
    yRot = (GLfloat) ((const int) yRot % 360);

    // 标记窗口需要重新绘制
    glutPostRedisplay();
}

// 绘制场景
void RenderScene(void) {
    // 清除颜色缓冲区和深度缓冲区
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

    // 启用深度测试
    glEnable(GL_DEPTH_TEST);

    // 保存模型视图矩阵
    glPushMatrix();

    // 旋转
    glRotatef(xRot, 1.0f, 0.0f, 0.0f);
    glRotatef(yRot, 0.0f, 1.0f, 0.0f);

    // 绘制白色茶壶
    glColor3f(1.0f, 1.0f, 1.0f);
    glutSolidTeapot(25);

    // 保存模型视图矩阵
    glPushMatrix();

    // 平移
    glTranslatef(0.0f, 0.0f, -100.0f);

    // 绘制蓝色茶壶
    glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);
    glutSolidTeapot(25);

    // 恢复模型视图矩阵
    glPopMatrix();

    // 恢复模型视图矩阵
    glPopMatrix();

    // 交换前后缓冲区
    glutSwapBuffers();
}

int main(int argc, char *argv[]) {
    // 初始化GLUT
    glutInit(&argc, argv);

    // 设置显示模式
    glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB | GLUT_DEPTH);

    // 设置窗口大小
    glutInitWindowSize(800, 600);

    // 创建窗口
    glutCreateWindow('OpenGL正交投影和3D变换');

    // 注册回调函数
    glutReshapeFunc(ChangeSize);
    glutSpecialFunc(SpecialKeys);
    glutDisplayFunc(RenderScene);

    // 初始化光照和材质
    SetupRC();

    // 进入GLUT主循环
    glutMainLoop();

    return 0;
}

设计理念：

该代码示例旨在演示OpenGL中的基本3D图形概念，包括：

正交投影： 使用glOrtho()函数定义一个平行投影，其中物体的大小不随距离而改变。
3D变换： 使用glRotatef()和glTranslatef()函数对物体进行旋转和平移操作，以创建3D场景。
光照： 使用光照模型和光源来模拟现实世界中的光照效果，增强场景的真实感。
材质： 使用材质属性来定义物体表面的光学特性，例如颜色、漫反射率和镜面反射率。
深度测试： 使用深度测试来确保物体以正确的顺序绘制，避免出现视觉错误。

方法和变量解释：

ChangeSize()：当窗口大小改变时，该函数会更新视口和投影矩阵，以确保场景正确显示。
SetupRC()：该函数设置光照和材质属性，以增强场景的渲染效果。
SpecialKeys()：该函数处理特殊键盘输入，例如箭头键，以控制场景中的旋转。
RenderScene()：该函数负责绘制场景，包括清除缓冲区、设置变换、绘制物体和交换缓冲区。
xRot和yRot：这两个变量存储场景的旋转角度。
whiteLight，sourceLight和lightPos：这些变量定义场景中使用的光照参数。

该代码示例提供了一个简单的框架，用于学习和探索OpenGL中的3D图形编程。您可以修改此代码以创建更复杂的场景，并试验不同的光照和材质效果。