基于OpenGL和GLSL实现一个三维图形绘制交互程序，能够读入三维obj文件、绘制并打上光照（同时实现线框图和实体图绘制），并且实现基本的三维交互—包含平移、旋转和缩放。

引自免费微信小程序：皆我百晓生

要构建一个基于OpenGL和GLSL的三维图形绘制交互程序，我们需分步骤进行。下面将详细介绍从读取OBJ文件到实现光照以及基本的三维交互功能的全过程。

1. 设置OpenGL环境

首先，确保你的开发环境配置了OpenGL库。在C++中，可以使用GLFW或SDL库来初始化OpenGL环境。这里以GLFW为例：

#include 
#include 

int main() {
    // 初始化GLFW
    if (!glfwInit()) {
        return -1;
    }

    // 创建窗口
    GLFWwindow* window = glfwCreateWindow(640, 480, "3D Model Viewer", NULL, NULL);
    if (!window) {
        glfwTerminate();
        return -1;
    }

    glfwMakeContextCurrent(window);

    // 加载OpenGL函数指针
    if (!gladLoadGLLoader((GLADloadproc)glfwGetProcAddress)) {
        std::cout << "Failed to initialize GLAD" << std::endl;
        return -1;
    }

    // 主循环
    while (!glfwWindowShouldClose(window)) {
        // 渲染代码
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
        // 绘制代码

        glfwSwapBuffers(window);
        glfwPollEvents();
    }

    glfwTerminate();
    return 0;
}

2. OBJ文件解析

接下来，编写代码解析OBJ文件。OBJ文件通常包含顶点坐标、纹理坐标和面数据等。对于没有法向量的模型，可以计算平均法向量。

#include 
#include 
#include 

struct Vertex {
    glm::vec3 position;
    glm::vec3 normal;
};

std::vector loadObj(const std::string& filename) {
    std::vector vertices;
    std::ifstream file(filename);

    if (file.is_open()) {
        std::string line;
        while (std::getline(file, line)) {
            if (line.substr(0, 2) == "v ") {
                glm::vec3 vertex(std::stof(line.substr(2, line.find(' '))),
                                 std::stof(line.substr(line.find(' ') + 1, line.find(' ', line.find(' ') + 1))),
                                 std::stof(line.substr(line.rfind(' ') + 1)));
                vertices.push_back(Vertex{vertex, glm::vec3(0.0f)});
            }
            else if (line.substr(0, 2) == "f ") {
                // 解析面数据，此处省略，因为我们需要的是顶点数据
            }
        }

        // 计算法向量
        for (size_t i = 0; i < vertices.size(); ++i) {
            glm::vec3 normal(0.0f);
            // 需要遍历所有与当前顶点相关的三角形，计算法向量并求平均
            // 此处省略具体实现
            vertices[i].normal = glm::normalize(normal);
        }

        file.close();
    }

    return vertices;
}

3. 光照与着色器

创建着色器，处理光照效果。这包括顶点着色器和片段着色器。

// 着色器源代码
const char* vertexShaderSource = R"(
#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 aPos;
layout (location = 1) in vec3 aNormal;

out vec3 Normal;
out vec3 FragPos;

uniform mat4 model;
uniform mat4 view;
uniform mat4 projection;

void main()
{
    gl_Position = projection * view * model * vec4(aPos, 1.0);
    FragPos = vec3(model * vec4(aPos, 1.0));
    Normal = aNormal;
}
)";

const char* fragmentShaderSource = R"(
#version 330 core
out vec4 FragColor;

in vec3 Normal;
in vec3 FragPos;

void main()
{
    vec3 lightPos = vec3(1.0, 1.0, 1.0);
    vec3 lightColor = vec3(1.0, 1.0, 1.0);
    vec3 ambientStrength = 0.1;

    vec3 ambient = ambientStrength * lightColor;
    vec3 norm = normalize(Normal);
    vec3 lightDir = normalize(lightPos - FragPos);
    float diff = max(dot(norm, lightDir), 0.0);
    vec3 diffuse = diff * lightColor;

    FragColor = vec4((ambient + diffuse) * vec3(1.0), 1.0);
}
)";

4. 三维交互

实现平移、旋转和缩放的基本交互功能，可以通过监听键盘或鼠标事件来控制相机位置和模型变换。

void processInput(GLFWwindow* window) {
    if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_ESCAPE) == GLFW_PRESS)
        glfwSetWindowShouldClose(window, true);

    if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_W) == GLFW_PRESS)
        camera.ProcessKeyboard(FORWARD, deltaTime);
    if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_S) == GLFW_PRESS)
        camera.ProcessKeyboard(BACKWARD, deltaTime);
    if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_A) == GLFW_PRESS)
        camera.ProcessKeyboard(LEFT, deltaTime);
    if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_D) == GLFW_PRESS)
        camera.ProcessKeyboard(RIGHT, deltaTime);
}

void mouse_callback(GLFWwindow* window, double xpos, double ypos) {
    if (firstMouse) {
        lastX = xpos;
        lastY = ypos;
        firstMouse = false;
    }

    float xoffset = xpos - lastX;
    float yoffset = lastY - ypos; 
    lastX = xpos;
    lastY = ypos;

    camera.ProcessMouseMovement(xoffset, yoffset);
}

总结

以上是构建基于OpenGL和GLSL的三维图形绘制交互程序的基本框架。每一步都需要根据具体需求进行调整和优化。注意，上述代码片段仅为示例，实际应用中可能需要进一步完善和测试。

为了完成整个项目，你还需要集成所有部分，并处理更多细节，比如错误检查、性能优化以及更复杂的交互逻辑。此外，你可能需要引入其他库或工具来简化某些任务，例如使用Assimp库来解析OBJ文件，这会比手动解析更加高效和可靠。