[OpenGL] HW2 Solar System 的 Scene Graph 和 Pseudocode

這篇文章首先會提到太陽系系統的概念，利用這個基礎的概念

先規劃出Scene Graph，再寫出Psudocode

不會詳細敘述該如何在OpenGL實現(就是Full Code啦~)

如果有錯誤歡迎留言指正

Vincent Chen

太陽系(Solar System)

How The System Work ?

太陽 - 地球 - 月球系統，為了簡化問題，運行軌道皆為正圓

以太陽為原點來說 (在此不考慮宇宙擴張、太陽繞著銀河系中心)

1. 太陽不會動
2. 地球繞著太陽公轉
3. 地球自轉
4. 月球繞著地球公轉

Scene Graph

接著找出他們的Transformation的關係

進而畫出Scene Graph

於是Base on 前一個Section所提到的來繼續發展

1. 太陽不會動:
   這會是T1，整個系統的原點(Root)，接著T1會分出T2和Sun兩個節點
2. 地球繞著太陽公轉
   T2: 負責地球公轉的部分，有Rotate和Translate
   由於這個node的pivote會在系統的原點，所以會先移動軌道半徑的距離，再旋轉
   但是以OpenGL(或是Computer Graphic)的執行方式
   所以步驟上會倒過來: R() -> T()
   後面Pseudocode的部分會再把過程詳細寫一次
3. 地球自轉
   T3: 負責地球自轉的部分，當然只有Rotate囉
   由於這個node的pivote已經透過T2的T()移到離中心軌道半徑距離的軌道上了
   所以只需要旋轉就好
4. 月球繞著地球公轉
   T4: 負責月球繞著地球公轉，方式和T2地球繞太陽轉一樣
   R() -> T()
5. 在這裡T3和T4會是T2的sub-node(or children)，因為在月球公轉的時候，不能被地球自轉所影響，因此T3和T4會是分開的，但都受T2影響(T2 將pivot移到軌道上)

接著來看圖 (若有錯誤，歡迎指正!!)

Pseudocode

接下來，Base on Scene Graph，寫出Pseudocode

這樣離撰寫出完整的OpenGL code也不遠了!!

根據Scene Graph，先列出三個物件的Matrix的運算過程:

1. T1[Sun]
2. T1[T2[T3[Earth]]]
3. T1[T2[T4[Moon]]]

不過，根據上一個Section，T2和T4都可以在分解為R() -> T()

於是先把它們轉換一下 (之後的Psudocode還是會先以T2和T4代替，這個步驟只是讓要寫Code會比較清楚):

1. T1[Sun]
2. T1[T2R[T2T[T3[Earth]]]]
3. T1[T2R[T2T[T4R[T4T[Moon]]]]]

(這三行覺得看了會頭暈趕快跳過，這裡只是要把過程再寫得更詳細)

接著會用到的就是gl library 的 Pop 和 Push Matrix的兩個Functions:

1. glPushMatrix()
2. glPopMatrix()

為了簡化Pseudocode

會以Push()和Pop()來代替，會比較清楚易讀

01 |　T1();

02 |　push();
03 |　　Sun();
04 |　pop();
05 |　push();
06 |　　T2();
07 |　　push();
08 |　　　T3();
09 |　　　Earth();
10 |　　pop();

11 |　　push();

12 |　　　T4();
13 |　　　Moon();
14 |　　pop();
15 |　pop();

大致上是這樣，這裡我有作巢狀的測試，結果是work的

至於2~4行只有Sun的那個push-pop要不要加就見仁見智了，

嚴謹上來說，他屬於T1 node的另一個分支，加上去在code的維護上會比較清晰

在這之前有個錯誤的測試也拿出來檢討一下:

01 |　T1();

02 |　push();

03 |　　Sun();

04 |　pop();

05 |　push();

06 |　　T2();

07 |　　T3();
08 |　　Earth();
09 |　　T4();
10 |　　Moon();
11 |　pop();

根據老師上課教的pop-push方式會變成這樣

那時候有和小柔討論這樣T3不會影響到只需要T4的Moon嗎?

測試結果是會的，有興趣想知道老師上課是怎麼說這段的

我筆記都有全部寫下來，可以跟我借去看看

Pull Back~ 回到正題

接著把Pseudocode再寫詳細一點，將T2和T4分解:

01 |　T1();

02 |　push();

03 |　　Sun();

04 |　pop();

05 |　push();
06 |　　T2R();
07 |　　T2T();
08 |　　push();
09 |　　　T3();
10 |　　　Earth();
11 |　　pop();

12 |　　push();

13 |　　　T4R();
14 |　　　T4T();
15 |　　　Moon();
16 |　　pop();
17 |　pop();

一整個就長這樣子，因為這個case是要做動畫

所以在Display List的結尾記得加glutSwapBuffers();

至於glFlush()的話在這裡就不用了，

因為glutSwapBuffers()本身就有take care glFlush()了 (Ref: glFinish and glFlush)

最後要給的建議就是，在做巢狀display list的時候

要養成習慣縮排和註解，在修改的時候會比較清楚，

而不會不小心修一修就修壞了

另外像這個case中，T2T4皆可再分解

有兩個Solution可以讓Code更加Well Organized

1. 在分解後的的幾行Code頭尾用/* T2 Begin */、 /* T2 End */ 圍起來(以T2為例):
   (pserdocode)
   /* T2 Begin */
   T2R();
   T2T();
   /* T2 End */
   
   
2. 或是另外寫一個T2/T4的call back Function，在dispaly list裡直接call back:
   (pseudocode)
   void transform2(void){
   　R();
   　T();
   }

到這裡就完成太陽系的動畫

在加上Enable Depth Test，當轉動到太陽後面就會被擋住

下一篇是如何切換鏡頭~

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