観覧車の実験

観覧車の動きを再現するプログラムを作ってみましょう．下のプログラムは観覧車の骨組みと，それに取り付けられたゴンドラを静止画で表示します．この観覧車がマウスの横方向の移動に合わせて回転するようにしてください．その際，ゴンドラが上部の支点に常にぶら下がって動くようにしてください（現在は重力に逆らっています）．このプログラムは結構長いので，時間が無ければ Web ページからコピーアンドペーストして構いません．ソースファイル名は prog9.c としてください．

#include <stdlib.h>
#include <math.h>
#include <GL/glut.h>

#define W 6                        /* 台の幅の２分の１　 */
#define D 6                        /* 台の長さの２分の１ */
#define CYCLE 600                  /* 一周分のフレーム数 */
#define GR (D * 0.1)               /* ゴンドラの半径　　 */
#define GD (D * 0.05)              /* ゴンドラの幅　　　 */
#define WR (W * 0.6)               /* 観覧車の半径　　　 */
#define SR (W * 0.01)              /* 支柱の半径　　　　 */
#define NG 8                       /* ゴンドラの数　　　 */

#define PI 3.1415926535897932      /* 円周率　　　　　　 */

/*
 *   床を描く
 */
static void myGround(double height)
{
  const static GLfloat ground[][4] = {   /* 台の色　　　 */
    { 0.6, 0.6, 0.6, 1.0 },
    { 0.3, 0.3, 0.3, 1.0 }
  };

  glBegin(GL_QUADS);

  glNormal3d(0.0, 1.0, 0.0);
  for (j = -D; j < D; ++j) {
    for (i = -W; i < W; ++i) {
      glMaterialfv(GL_FRONT, GL_DIFFUSE, ground[(i + j) & 1]);
      glVertex3d((GLdouble)i, height, (GLdouble)j);
      glVertex3d((GLdouble)i, height, (GLdouble)(j + 1));
      glVertex3d((GLdouble)(i + 1), height, (GLdouble)(j + 1));
      glVertex3d((GLdouble)(i + 1), height, (GLdouble)j);
    }
  }

  glEnd();
}

/*
 * 円柱を描く
 */
static void myCylinder(double radius, double height, int sides)
{
  double step = 6.2831853072 / (double)sides;
  int i = 0;

  /* 後面 */
  glNormal3d(0.0, 0.0, -1.0);
  glBegin(GL_TRIANGLE_FAN);
  while (i < sides) {
    double t = step * (double)i++;
    glVertex3d(radius * sin(t), radius * cos(t), 0.0);
  }
  glEnd();

  /* 前面 */
  glNormal3d(0.0, 0.0, 1.0);
  glBegin(GL_TRIANGLE_FAN);
  while (--i >= 0) {
    double t = step * (double)i;
    glVertex3d(radius * sin(t), radius * cos(t), height);
  }
  glEnd();

  /* 側面 */
  glBegin(GL_QUAD_STRIP);
  while (i <= sides) {
    double t = step * (double)i++;
    double x = sin(t);
    double y = cos(t);

    glNormal3d(x, y, 0.0);
    glVertex3f(radius * x, radius * y, 0.0);
    glVertex3f(radius * x, radius * y, height);
  }
  glEnd();
}

/*
 * 画面表示
 */
static void display(void)
{
  const static GLfloat lightpos[] = { -3.0, 4.0, 5.0, 1.0 }; /* 光源の位置　　　 */
  const static GLfloat orange[] = { 0.9, 0.4, 0.1, 1.0 };    /* ゴンドラの色　　 */
  const static GLfloat white[] = { 0.9, 0.9, 0.9, 1.0 };     /* 支柱の色　　　　 */
  static int frame = 0;                                      /* 現在のフレーム数 */
  int i;

  /* CYCLE フレームごとに 0 -> 1 に変化 */
  double t = (double)frame / (double)CYCLE;

  /* フレーム数（画面表示を行った回数）をカウントする */
  if (++frame >= CYCLE) frame = 0;

  /* 画面クリア */
  glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

  /* モデルビュー変換行列の初期化 */
  glLoadIdentity();

  /* 光源の位置を設定 */
  glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, lightpos);

  /* 視点の移動（物体の方を奥に移す）*/
  glTranslated(0.0, 0.0, -10.0);

  /* 地面の描画 */
  myGround(-(WR + GR + GR));

  for (i = 0; i < NG; ++i) {
    glRotated(360.0 / (double)NG, 0.0, 0.0, 1.0);

    /* ゴンドラの描画 */
    glPushMatrix();
    {
      glTranslated(WR, 0.0, 0.0);
      glTranslated(0.0, GR * (-0.8), -GD); /* ゴンドラの支点 */
      glMaterialfv(GL_FRONT, GL_DIFFUSE, orange);
      myCylinder(GR, GD * 2.0, 32);
    }
    glPopMatrix();

    /* 支柱の描画 */
    glMaterialfv(GL_FRONT, GL_DIFFUSE, white);
    glPushMatrix();
    {
      glRotated(90.0, 0.0, 1.0, 0.0);
      glPushMatrix();
      {
        glTranslated(GD + SR, 0.0, 0.0);
        myCylinder(SR, WR, 8);
        glTranslated(0.0, 0.0, WR);
        glRotated(90.0 + 180.0 / NG, -1.0, 0.0, 0.0);
        myCylinder(SR, WR * 2.0 * PI / NG, 8);
      }
      glPopMatrix();
      glPushMatrix();
      {
        glTranslated(-(GD + SR), 0.0, 0.0);
        myCylinder(SR, WR, 8);
        glTranslated(0.0, 0.0, WR);
        glRotated(90.0 + 180.0 / NG, -1.0, 0.0, 0.0);
        myCylinder(SR, WR * 2.0 * sin(PI / NG), 8);
      }
      glPopMatrix();
    }
    glPopMatrix();
  }

  glFlush();
}

static void resize(int w, int h)
{
  /* ウィンドウ全体をビューポートにする */
  glViewport(0, 0, w, h);

  /* 透視変換行列の指定 */
  glMatrixMode(GL_PROJECTION);

  /* 透視変換行列の初期化 */
  glLoadIdentity();
  gluPerspective(60.0, (double)w / (double)h, 1.0, 100.0);

  /* モデルビュー変換行列の指定 */
  glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
}

static void keyboard(unsigned char key, int x, int y)
{
  /* ESC か q をタイプしたら終了 */
  if (key == '\033' || key == 'q') {
    exit(0);
  }
}

static void init(void)
{
  /* 初期設定 */
  glClearColor(1.0, 1.0, 1.0, 1.0);
  glEnable(GL_DEPTH_TEST);
  glEnable(GL_CULL_FACE);
  glEnable(GL_LIGHTING);
  glEnable(GL_LIGHT0);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
  glutInit(&argc, argv);
  glutInitDisplayMode(GLUT_RGBA | GLUT_DEPTH);
  glutCreateWindow(argv[0]);
  glutDisplayFunc(display);
  glutReshapeFunc(resize);
  glutKeyboardFunc(keyboard);
  init();
  glutMainLoop();
  return 0;
}

マウスの左ボタンを押しながらマウスを左右（横）にドラッグすれば観覧車の土台が水平方向に回転し，前後（縦）にドラッグすれば観覧車のゴンドラ部分が回転するようにしてください．このとき，ゴンドラは常に観覧車の骨組みにぶら下がるようにしてください．

マウスをクリックした位置を保存するために，このプログラムにマウスのクリック時に呼び出す関数を追加し，それを glutMouseFunc() の引数に指定します．この関数では引数に与えられたマウスの位置を適当な外部変数に代入します．
ドラッグ中のマウスの位置を得るために，このプログラムにマウスのドラッグ中に呼び出す関数を追加し，それを glutMotionFunc() の引数に指定します．この関数の引数に与えられた現在のマウスの位置とマウスをクリックした位置（ドラッグの開始点）との差から，回転角を求めます．この回転角も適当な外部変数に代入します．
描画する際にこれらの回転角を使って観覧車の土台部分やゴンドラ部分を回転します．
もちろん，観覧車は滑らかに動くようにしてください．また画面のちらつきも抑制するようにしてください．アニメーションはマウスをドラッグしている間だけ行うようにしましょう．