مدیریت ورودی کاربر در OpenGL

مقدمه

در این بخش، با مفاهیم پیشرفته مدیریت ورودی کاربر در OpenGL آشنا می‌شویم. ورودی کاربر یکی از مهم‌ترین بخش‌های هر برنامه گرافیکی است که به کاربر امکان تعامل با برنامه را می‌دهد. در این درس، روش‌های مختلف مدیریت ورودی را بررسی می‌کنیم.

مفاهیم پایه‌ای ورودی

1. انواع ورودی

ورودی کیبورد: شامل کلیدهای معمولی و کلیدهای خاص
ورودی ماوس: شامل کلیک‌ها، حرکت و چرخش
ورودی لمسی: برای دستگاه‌های لمسی
ورودی گیم‌پد: برای کنترل‌های بازی

2. سیستم‌های مدیریت ورودی

GLUT (OpenGL Utility Toolkit)
GLFW (OpenGL Framework)
SDL (Simple DirectMedia Layer)
SFML (Simple and Fast Multimedia Library)

ارجاعات

// کدهای ASCII کلیدهای مهم برای استفاده در توابع keyboard

// کلیدهای کنترلی
#define KEY_ESC 27       // کلید ESC
#define KEY_ENTER 13     // کلید Enter
#define KEY_SPACE 32     // کلید Space
#define KEY_TAB 9        // کلید Tab
#define KEY_BACKSPACE 8  // کلید Backspace

// کلیدهای حروف (حروف بزرگ)
#define KEY_A 65   // A
#define KEY_B 66   // B
#define KEY_C 67   // C
#define KEY_D 68   // D
#define KEY_E 69   // E
#define KEY_F 70   // F
#define KEY_G 71   // G
#define KEY_H 72   // H
#define KEY_I 73   // I
#define KEY_J 74   // J
#define KEY_K 75   // K
#define KEY_L 76   // L
#define KEY_M 77   // M
#define KEY_N 78   // N
#define KEY_O 79   // O
#define KEY_P 80   // P
#define KEY_Q 81   // Q
#define KEY_R 82   // R
#define KEY_S 83   // S
#define KEY_T 84   // T
#define KEY_U 85   // U
#define KEY_V 86   // V
#define KEY_W 87   // W
#define KEY_X 88   // X
#define KEY_Y 89   // Y
#define KEY_Z 90   // Z

// کلیدهای حروف (حروف کوچک)
#define KEY_a 97   // a
#define KEY_b 98   // b
#define KEY_c 99   // c
#define KEY_d 100  // d
#define KEY_e 101  // e
#define KEY_f 102  // f
#define KEY_g 103  // g
#define KEY_h 104  // h
#define KEY_i 105  // i
#define KEY_j 106  // j
#define KEY_k 107  // k
#define KEY_l 108  // l
#define KEY_m 109  // m
#define KEY_n 110  // n
#define KEY_o 111  // o
#define KEY_p 112  // p
#define KEY_q 113  // q
#define KEY_r 114  // r
#define KEY_s 115  // s
#define KEY_t 116  // t
#define KEY_u 117  // u
#define KEY_v 118  // v
#define KEY_w 119  // w
#define KEY_x 120  // x
#define KEY_y 121  // y
#define KEY_z 122  // z

// اعداد
#define KEY_0 48   // 0
#define KEY_1 49   // 1
#define KEY_2 50   // 2
#define KEY_3 51   // 3
#define KEY_4 52   // 4
#define KEY_5 53   // 5
#define KEY_6 54   // 6
#define KEY_7 55   // 7
#define KEY_8 56   // 8
#define KEY_9 57   // 9

// کلیدهای خاص
#define KEY_PLUS 43       // +
#define KEY_MINUS 45      // -
#define KEY_ASTERISK 42   // *
#define KEY_SLASH 47      // /
#define KEY_EQUAL 61      // =
#define KEY_PERIOD 46     // .
#define KEY_COMMA 44      // ,
#define KEY_SEMICOLON 59  // ;
#define KEY_COLON 58      // :
#define KEY_QUOTE 39      // '
#define KEY_DQUOTE 34     // "
#define KEY_LBRACKET 91   // [
#define KEY_RBRACKET 93   // ]
#define KEY_LBRACE 123    // {
#define KEY_RBRACE 125    // }
#define KEY_BACKSLASH 92  // \
#define KEY_PIPE 124      // |
#define KEY_TILDE 126     // ~
#define KEY_GRAVE 96      // `
#define KEY_QUESTION 63   // ?
#define KEY_EXCLAMATION 33 // !
#define KEY_AT 64         // @
#define KEY_HASH 35       // #
#define KEY_DOLLAR 36     // $
#define KEY_PERCENT 37    // %
#define KEY_CARET 94      // ^
#define KEY_AMPERSAND 38  // &
#define KEY_LPAREN 40     // (
#define KEY_RPAREN 41     // )
#define KEY_UNDERSCORE 95 // _
#define KEY_LESS 60       // <
#define KEY_GREATER 62    // >

مدیریت کیبورد

1. کلیدهای معمولی

// ساختار برای نگهداری وضعیت کلیدها
struct KeyState {
    bool pressed;
    bool held;
    bool released;
};

// آرایه برای نگهداری وضعیت کلیدها
KeyState keys[256] = {0};

// تابع callback برای فشردن کلید
void keyboardDown(unsigned char key, int x, int y) {
    keys[key].pressed = true;
    keys[key].held = true;
    
    switch(key) {
        case 27:  // ESC
            exit(0);
            break;
        case 'r':
            // تغییر رنگ به قرمز
            glClearColor(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);
            break;
        case 'g':
            // تغییر رنگ به سبز
            glClearColor(0.0, 1.0, 0.0, 1.0);
            break;
        case 'b':
            // تغییر رنگ به آبی
            glClearColor(0.0, 0.0, 1.0, 1.0);
            break;
    }
    glutPostRedisplay();
}

// تابع callback برای رها کردن کلید
void keyboardUp(unsigned char key, int x, int y) {
    keys[key].pressed = false;
    keys[key].released = true;
    glutPostRedisplay();
}

// تابع به‌روزرسانی وضعیت کلیدها
void updateKeyStates() {
    for (int i = 0; i < 256; i++) {
        if (keys[i].released) {
            keys[i].held = false;
            keys[i].released = false;
        }
    }
}

2. کلیدهای خاص

// ساختار برای نگهداری وضعیت کلیدهای خاص
struct SpecialKeyState {
    bool pressed;
    bool held;
    bool released;
};

// آرایه برای نگهداری وضعیت کلیدهای خاص
SpecialKeyState specialKeys[256] = {0};

// تابع callback برای فشردن کلیدهای خاص
void specialKeysDown(int key, int x, int y) {
    specialKeys[key].pressed = true;
    specialKeys[key].held = true;
    
    switch(key) {
        case GLUT_KEY_UP:
            // حرکت به بالا
            y_pos += 0.1;
            break;
        case GLUT_KEY_DOWN:
            // حرکت به پایین
            y_pos -= 0.1;
            break;
        case GLUT_KEY_LEFT:
            // حرکت به چپ
            x_pos -= 0.1;
            break;
        case GLUT_KEY_RIGHT:
            // حرکت به راست
            x_pos += 0.1;
            break;
        case GLUT_KEY_PAGE_UP:
            // چرخش به جلو
            rotation_x += 5.0;
            break;
        case GLUT_KEY_PAGE_DOWN:
            // چرخش به عقب
            rotation_x -= 5.0;
            break;
    }
    glutPostRedisplay();
}

// تابع callback برای رها کردن کلیدهای خاص
void specialKeysUp(int key, int x, int y) {
    specialKeys[key].pressed = false;
    specialKeys[key].released = true;
    glutPostRedisplay();
}

// تابع به‌روزرسانی وضعیت کلیدهای خاص
void updateSpecialKeyStates() {
    for (int i = 0; i < 256; i++) {
        if (specialKeys[i].released) {
            specialKeys[i].held = false;
            specialKeys[i].released = false;
        }
    }
}

مدیریت ماوس

1. کلیک‌های ماوس

// ساختار برای نگهداری وضعیت ماوس
struct MouseState {
    bool leftButton;
    bool rightButton;
    bool middleButton;
    int x;
    int y;
    int lastX;
    int lastY;
    bool firstMouse;
};

MouseState mouse = {false, false, false, 0, 0, 0, 0, true};

// تابع callback برای کلیک‌های ماوس
void mouse(int button, int state, int x, int y) {
    // به‌روزرسانی وضعیت دکمه‌ها
    switch(button) {
        case GLUT_LEFT_BUTTON:
            mouse.leftButton = (state == GLUT_DOWN);
            break;
        case GLUT_RIGHT_BUTTON:
            mouse.rightButton = (state == GLUT_DOWN);
            break;
        case GLUT_MIDDLE_BUTTON:
            mouse.middleButton = (state == GLUT_DOWN);
            break;
    }
    
    // به‌روزرسانی موقعیت ماوس
    mouse.x = x;
    mouse.y = y;
    
    if (mouse.firstMouse) {
        mouse.lastX = x;
        mouse.lastY = y;
        mouse.firstMouse = false;
    }
    
    // تبدیل مختصات پنجره به مختصات OpenGL
    float x_pos = (float)x / glutGet(GLUT_WINDOW_WIDTH) * 2 - 1;
    float y_pos = 1 - (float)y / glutGet(GLUT_WINDOW_HEIGHT) * 2;
    
    if (mouse.leftButton) {
        // ایجاد یک دایره در محل کلیک
        createCircle(x_pos, y_pos, 0.1);
    }
    
    glutPostRedisplay();
}

2. حرکت ماوس

// تابع callback برای حرکت ماوس
void motion(int x, int y) {
    // محاسبه تغییر موقعیت
    float xoffset = x - mouse.lastX;
    float yoffset = mouse.lastY - y;
    
    // به‌روزرسانی موقعیت قبلی
    mouse.lastX = x;
    mouse.lastY = y;
    
    // تبدیل مختصات پنجره به مختصات OpenGL
    float x_pos = (float)x / glutGet(GLUT_WINDOW_WIDTH) * 2 - 1;
    float y_pos = 1 - (float)y / glutGet(GLUT_WINDOW_HEIGHT) * 2;
    
    if (mouse.leftButton) {
        // چرخش دوربین
        camera.ProcessMouseMovement(xoffset, yoffset);
    }
    
    glutPostRedisplay();
}

// تابع callback برای حرکت ماوس بدون کلیک
void passiveMotion(int x, int y) {
    // به‌روزرسانی موقعیت ماوس
    mouse.x = x;
    mouse.y = y;
    
    if (mouse.firstMouse) {
        mouse.lastX = x;
        mouse.lastY = y;
        mouse.firstMouse = false;
    }
    
    glutPostRedisplay();
}

3. چرخش چرخ ماوس

// تابع callback برای چرخش چرخ ماوس
void mouseWheel(int button, int dir, int x, int y) {
    if (dir > 0) {
        // بزرگنمایی
        camera.ProcessMouseScroll(1.0);
    } else {
        // کوچک‌نمایی
        camera.ProcessMouseScroll(-1.0);
    }
    glutPostRedisplay();
}

مدیریت ورودی لمسی

1. تشخیص لمس

// ساختار برای نگهداری وضعیت لمس
struct TouchState {
    bool active;
    float x;
    float y;
    float pressure;
};

TouchState touch = {false, 0.0, 0.0, 0.0};

// تابع callback برای لمس
void touchFunc(int x, int y, int pressure) {
    touch.active = true;
    touch.x = (float)x / glutGet(GLUT_WINDOW_WIDTH) * 2 - 1;
    touch.y = 1 - (float)y / glutGet(GLUT_WINDOW_HEIGHT) * 2;
    touch.pressure = (float)pressure / 255.0;
    
    glutPostRedisplay();
}

// تابع callback برای پایان لمس
void touchUpFunc(int x, int y) {
    touch.active = false;
    glutPostRedisplay();
}

مدیریت گیم‌پد

1. تشخیص گیم‌پد

// ساختار برای نگهداری وضعیت گیم‌پد
struct GamepadState {
    bool connected;
    float leftStickX;
    float leftStickY;
    float rightStickX;
    float rightStickY;
    float leftTrigger;
    float rightTrigger;
    bool buttons[16];
};

GamepadState gamepad = {false, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, {false}};

// تابع callback برای گیم‌پد
void gamepadFunc(unsigned int buttonMask, int x, int y, int z) {
    gamepad.connected = true;
    
    // به‌روزرسانی وضعیت دکمه‌ها
    for (int i = 0; i < 16; i++) {
        gamepad.buttons[i] = (buttonMask & (1 << i)) != 0;
    }
    
    // به‌روزرسانی وضعیت استیک‌ها
    gamepad.leftStickX = (float)x / 32767.0;
    gamepad.leftStickY = (float)y / 32767.0;
    gamepad.rightStickX = (float)z / 32767.0;
    
    glutPostRedisplay();
}

مثال کامل

#include <GL/glut.h>
#include <vector>
#include <cmath>

// ساختارهای داده
struct Circle {
    float x, y;
    float radius;
    float r, g, b;
};

// متغیرهای سراسری
std::vector<Circle> circles;
float cameraDistance = 5.0;
float cameraRotation = 0.0;

// تابع رسم دایره
void drawCircle(float x, float y, float radius, float r, float g, float b) {
    glColor3f(r, g, b);
    glBegin(GL_TRIANGLE_FAN);
    glVertex2f(x, y);
    for (int i = 0; i <= 360; i += 10) {
        float angle = i * M_PI / 180.0;
        glVertex2f(x + radius * cos(angle), y + radius * sin(angle));
    }
    glEnd();
}

// تابع رسم صحنه
void display() {
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
    
    // رسم همه دایره‌ها
    for (const auto& circle : circles) {
        drawCircle(circle.x, circle.y, circle.radius, circle.r, circle.g, circle.b);
    }
    
    glutSwapBuffers();
}

// تابع به‌روزرسانی
void update(int value) {
    // به‌روزرسانی وضعیت کلیدها
    updateKeyStates();
    updateSpecialKeyStates();
    
    // به‌روزرسانی دوربین
    if (specialKeys[GLUT_KEY_LEFT].held) {
        cameraRotation -= 1.0;
    }
    if (specialKeys[GLUT_KEY_RIGHT].held) {
        cameraRotation += 1.0;
    }
    if (specialKeys[GLUT_KEY_UP].held) {
        cameraDistance -= 0.1;
    }
    if (specialKeys[GLUT_KEY_DOWN].held) {
        cameraDistance += 0.1;
    }
    
    glutPostRedisplay();
    glutTimerFunc(16, update, 0); // حدود 60 FPS
}

// تابع تغییر اندازه پنجره
void reshape(int w, int h) {
    glViewport(0, 0, w, h);
    glMatrixMode(GL_PROJECTION);
    glLoadIdentity();
    gluOrtho2D(-1.0, 1.0, -1.0, 1.0);
    glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
}

int main(int argc, char** argv) {
    glutInit(&argc, argv);
    glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB);
    glutInitWindowSize(800, 600);
    glutCreateWindow("مدیریت ورودی کاربر - درس گرافیک کامپیوتری");
    
    glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
    
    // ثبت توابع callback
    glutDisplayFunc(display);
    glutReshapeFunc(reshape);
    glutKeyboardFunc(keyboardDown);
    glutKeyboardUpFunc(keyboardUp);
    glutSpecialFunc(specialKeysDown);
    glutSpecialUpFunc(specialKeysUp);
    glutMouseFunc(mouse);
    glutMotionFunc(motion);
    glutPassiveMotionFunc(passiveMotion);
    glutMouseWheelFunc(mouseWheel);
    glutTimerFunc(0, update, 0);
    
    glutMainLoop();
    return 0;
}

نکات مهم

همیشه بعد از تغییر وضعیت، glutPostRedisplay() را فراخوانی کنید
برای تبدیل مختصات پنجره به مختصات OpenGL از فرمول‌های مناسب استفاده کنید
از متغیرهای سراسری برای نگهداری وضعیت برنامه استفاده کنید
برای کلیدهای خاص از glutSpecialFunc استفاده کنید
همیشه وضعیت ورودی‌ها را در هر فریم به‌روز کنید
از سیستم‌های مدیریت ورودی مدرن مانند GLFW یا SDL برای پروژه‌های بزرگ استفاده کنید