在上文中，讲述了PyOpenGL的基本配置，以及网格，球形的生成，以及基本的漫游。现在利用上一篇的内容，来利用高程图实现一个基本的地形，并且，利用上文中的第三人称漫游，以小球为视角，来在地形上前后左右漫游，能实时检测高度。下面先看下效果图：
二张图，球分别在不同的地方，不同的显示模型，一个是全填充的，一个是线连，可以从中看到一些基本的思路。大致过程分别如下，首先拿到一张高度图，检索其中的高度对应的通道的值，然后用来改变网格的高度。这个过程只需要在初始化时生成就行了，所以我们可以简单的用CPU来完成这个。然后是球体的漫游，这部分在上文中已经讲了第一与第三人称漫游，用的就是其中的第三人称作漫游，在这里，我们主要是要检索球下面的地形的高度，因为需要实时计算，这部分用GPU来完成。
我们先看下，根据高度图来改变网格高度的相关代码(请对照前文中的网格类Plane来看，下面的setHeight为其中的一个方法)：
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
当初完成这段代码后，我有时后悔在前面学习noise时，没有自己先完成一个根据高度图生成地形，不然理解柏林噪声函数会是一件非常简单的事，这段代码很简单，得到image的信息，然后把原来的地形网格他们二个做一个映射关系，就好像二个大小不同的矩阵，根据其中一个在本矩阵里的位置，找出在另一个矩阵中对应的位置。首先index得到的是当初位置网络数据里的高度索引，第前面文章中，这个值是0，然后根据线性关系，就如上面后说，找到当前位置对应在image的位置，fx,fy.为什么我说很后悔先看了noise，大家可以看下，这里的代码的逻辑和noise里的就是一样，但是这里我可以自己推出来，而看noise里的过程花费太多不必要的时间。在这里，我们可以想象的到，fx,fy是整数的机会不大，那么无论取floor(fx)或ceil(fx)，都有较大的偏差，正确的方法应该是根据fx的小数位来做floor(fx)或ceil(fx)权重进行计算。简单来说，就是根据fx,fy来取在它周围的四个像素点，然后根据他们的小数位来对四个小数点进行混合计算。其中小数部分需要的fade可以用lerp，也可以用二阶平滑来至三阶平滑的映射关系，而像素值根据简单线性关系求就可以了。理解这里的以后，再去看柏林噪声实践(一) 海波等就容易理解多了。
这个是初始化地形的高度值，下面就是重点，如果根据球所在的位置，来得到当前位置里的高度，然后用来设定球的高度(简化问题，只求球心下的高度，二片卡住球的问题就没考虑)。有了前面的基础，在CPU中进行得到高度值也很容易，但是现在是漫游过程中，当前位置每时都在计算，CPU应该用来进行更复杂的逻辑运算，这部分交给GPU了，先给出相关着色器代码：
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 }"""
这段代码大致思想和前面一样，不过纹理坐标需要映射到0-1之前，不过，也少了混合周围定点的计算，因为我们在设定纹理时(glTexParameterf)，已经告诉着色器，自动线性混合了。在这里，需要说明的是，因为130后，已经废弃了固定管线的相关功能与API，虽然还能用，但是毕竟要向前看，所以主体的部分有二部分，一部分是用的是着色器版本120固定管线提供的gl_ModelViewProjectionMatrix，以及120后的，自己提供MVP，也顺便练习下如何在PyOpenGL里进行矩阵的基本操作。其中height是CPU计算的高度，这个就放附件里，不拿出来说了，至于为什么还拿出一个CPU版，前面不是说了不交给CPU吗，主要是我发现，有些旧的显卡对于这段逻辑处理还是有些问题(有一问题浪费大量时间才发现是旧显卡的问题)，代码就不放了，大家有兴趣可以去附件里看。
嗯，还有必要说下绘制部分，地形网络用到一个颜色纹理，而球需要用到高度纹理，在glsl中，多纹理，多着色器如何设定以及完成。
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好像对中文注解支持不友好，故采用我的鬼哭神嚎的英语，大家就不要笑了。说一下，后面给出二个坐标系，用来确定当家位置的，一个是左下角，一个是中心，分别向X，Z正轴发射出去。
下面这段是设定球MVP的代码：
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样，其中EDSF前后左右移动，WR分别向上与向下，鼠标右键加移动鼠标控制方向，V切换第一人称与第三人称。UP与DOWN切换前面操作的移动幅度。在第三人称下，因为球中着色器限定了Y轴，故那时模式看起来如2.5D的那种游戏视角，能左右转动视角，不能看到天，不知2.5D游戏里的那种是不是也是这样被限制住了。