OpenGL入门学习16刚看了看完红宝书前两章新手必看很实用多动手强烈推荐.docx

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OpenGL入门学习16刚看了看完红宝书前两章新手必看很实用多动手强烈推荐

OpenGL作为当前主流的图形API之一，它在一些场合具有比DirectX更优越的特性。

1、与C语言紧密结合。

OpenGL命令最初就是用C语言函数来进行描述的，对于学习过C语言的人来讲，OpenGL是容易理解和学习的。

如果你曾经接触过TC的graphics.h，你会发现，使用OpenGL作图甚至比TC更加简单。

2、强大的可移植性。

微软的Direct3D虽然也是十分优秀的图形API，但它只用于Windows系统（现在还要加上一个XBOX游戏机）。

而OpenGL不仅用于Windows，还可以用于Unix/Linux等其它系统，它甚至在大型计算机、各种专业计算机（如：

医疗用显示设备）上都有应用。

并且，OpenGL的基本命令都做到了硬件无关，甚至是平台无关。

3、高性能的图形渲染。

OpenGL是一个工业标准，它的技术紧跟时代，现今各个显卡厂家无一不对OpenGL提供强力支持，激烈的竞争中使得OpenGL性能一直领先。

总之，OpenGL是一个很NB的图形软件接口。

至于究竟有多NB，去看看DOOM3和QUAKE4等专业游戏就知道了。

OpenGL官方网站（英文）

http:

//www.opengl.org

下面将对Windows下的OpenGL编程进行简单介绍。

学习OpenGL前的准备工作

第一步，选择一个编译环境

现在Windows系统的主流编译环境有Visual Studio，Broland C++ Builder，Dev-C++等，它们都是支持OpenGL的。

但这里我们选择Visual Studio 2005作为学习OpenGL的环境。

第二步，安装GLUT工具包

GLUT不是OpenGL所必须的，但它会给我们的学习带来一定的方便，推荐安装。

Windows环境下的GLUT下载地址：

（大小约为150k）

http:

//www.opengl.org/resources/libraries/glut/glutdlls37beta.zip

无法从以上地址下载的话请使用下面的连接:

Windows环境下安装GLUT的步骤：

1、将下载的压缩包解开，将得到5个文件

2、在“我的电脑”中搜索“gl.h”，并找到其所在文件夹（如果是VisualStudio2005，则应该是其安装目录下面的“VC\PlatformSDK\include\gl文件夹”）。

把解压得到的glut.h放到这个文件夹。

3、把解压得到的glut.lib和glut32.lib放到静态函数库所在文件夹（如果是VisualStudio2005，则应该是其安装目录下面的“VC\lib”文件夹）。

4、把解压得到的glut.dll和glut32.dll放到操作系统目录下面的system32文件夹内。

（典型的位置为：

C:

\Windows\System32）

第三步，建立一个OpenGL工程

这里以VisualStudio2005为例。

选择File->New->Project，然后选择Win32 Console Application，选择一个名字，然后按OK。

在谈出的对话框左边点Application Settings，找到Empty project并勾上，选择Finish。

然后向该工程添加一个代码文件，取名为“OpenGL.c”，注意用.c来作为文件结尾。

搞定了，就跟平时的工程没什么两样的。

第一个OpenGL程序

一个简单的OpenGL程序如下：

（注意，如果需要编译并运行，需要正确安装GLUT，安装方法如上所述）

#include 

void myDisplay（void）

{

    glClear（GL_COLOR_BUFFER_BIT）;

    glRectf（-0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.5f）;

    glFlush（）;

}

int main（int argc, char *argv[]）

{

    glutInit（&argc, argv）;

    glutInitDisplayMode（GLUT_RGB | GLUT_SINGLE）;

    glutInitWindowPosition（100, 100）;

    glutInitWindowSize（400, 400）;

    glutCreateWindow（"第一个OpenGL程序"）;

    glutDisplayFunc（&myDisplay）;

    glutMainLoop（）;

    return 0;

}

该程序的作用是在一个黑色的窗口中央画一个白色的矩形。

下面对各行语句进行说明。

首先，需要包含头文件#include ，这是GLUT的头文件。

本来OpenGL程序一般还要包含和，但GLUT的头文件中已经自动将这两个文件包含了，不必再次包含。

然后看main函数。

int main（int argc, char *argv[]），这个是带命令行参数的main函数，各位应该见过吧？

没见过的同志们请多翻翻书，等弄明白了再往下看。

注意main函数中的各语句，除了最后的return之外，其余全部以glut开头。

这种以glut开头的函数都是GLUT工具包所提供的函数，下面对用到的几个函数进行介绍。

1、glutInit，对GLUT进行初始化，这个函数必须在其它的GLUT使用之前调用一次。

其格式比较死板，一般照抄这句glutInit（&argc, argv）就可以了。

2、glutInitDisplayMode，设置显示方式，其中GLUT_RGB表示使用RGB颜色，与之对应的还有GLUT_INDEX（表示使用索引颜色）。

GLUT_SINGLE表示使用单缓冲，与之对应的还有GLUT_DOUBLE（使用双缓冲）。

更多信息，请自己Google。

当然以后的教程也会有一些讲解。

3、glutInitWindowPosition，这个简单，设置窗口在屏幕中的位置。

4、glutInitWindowSize，这个也简单，设置窗口的大小。

5、glutCreateWindow，根据前面设置的信息创建窗口。

参数将被作为窗口的标题。

注意：

窗口被创建后，并不立即显示到屏幕上。

需要调用glutMainLoop才能看到窗口。

6、glutDisplayFunc，设置一个函数，当需要进行画图时，这个函数就会被调用。

（这个说法不够准确，但准确的说法可能初学者不太好理解，暂时这样说吧）。

7、glutMainLoop，进行一个消息循环。

（这个可能初学者也不太明白，现在只需要知道这个函数可以显示窗口，并且等待窗口关闭后才会返回，这就足够了。

）

在glutDisplayFunc函数中，我们设置了“当需要画图时，请调用myDisplay函数”。

于是myDisplay函数就用来画图。

观察myDisplay中的三个函数调用，发现它们都以gl开头。

这种以gl开头的函数都是OpenGL的标准函数，下面对用到的函数进行介绍。

1、glClear，清除。

GL_COLOR_BUFFER_BIT表示清除颜色，glClear函数还可以清除其它的东西，但这里不作介绍。

2、glRectf，画一个矩形。

四个参数分别表示了位于对角线上的两个点的横、纵坐标。

3、glFlush，保证前面的OpenGL命令立即执行（而不是让它们在缓冲区中等待）。

其作用跟fflush（stdout）类似。

openGL实用工具包（GLUT）介绍：

OpenGL包含渲染函数，但被涉及成独立于任何窗口系统和操作系统。

因此，OpenGL并没用用于打开窗口以及检测键盘或鼠标事件的函数。

GLUT库被用来简化这些相关任务，此外还提供了一些用于创建复杂三位物体（如球体、圆环和茶壶等）的函数。

窗口管理函数

glutInit（int*argc,char**argv），初始化GLUT并处理命令行参数，应在调用其他GLUT函数前调用glutInit（）。

glutInitDisplayMode（unsignedintmode）,指定使用RGBA模式还是颜色索引模式。

还可以指定使用单缓存还是双缓存等。

glutInitWindowPosition（intx,inty）,指定窗口左上角在屏幕上的位置。

glutInitWindowSize（intwidth,intsize）,指定窗口的大小，单位为象素。

intglutCreateWindow（char*string），使用一个OpenGL场景创建一个窗口，该函数返回一个标识符，唯一的标识新建的窗口，注意，在调用glutMainLoop（）之前，窗口不会被显示出来。

显示回调函数

glutDisplayFunc（void（*func）（void））是最重要的时间回调函数。

每当GLUT认为需要重新显示窗口的内容时，都将执行函数glutDisplayFunc（）函数注册的回调函数，因此，应将为重新绘制场景需要调用的函数都放到显示回调函数中。

如果程序修改了窗口的内容，可能需要调用函数glutPostRedisplay（void），它提醒函数glutMainLoop调用注册的显示回调函数。

运行程序

glutMainLoop（void），显示创建的所有窗口，被渲染到这些窗口中的内容也将显示出来。

程序开始事件处理，这册的显示回调函数被触发，进入该循环，便不会退出。

处理输入事件

glutReshapeFunc（void（*func）（intw,inth）），指定窗口大小发生改变时应采取的措施；

glutKeyboardFunc（void（*func）（unsignedcharkey,intx,inty））和glutMouseFunc（void（*func）（intbutton,intstate,intx,inty）），指定当特定的键和鼠标按钮被按下或者松开时应调用的回调函数。

glutMotionFunc（void（*func）（intx,inty）），这册了当用户按下鼠标按钮并移动鼠标时应调用的回调函数。

管理后台处理

glutIdleFunc（void（*func）（void））指定一个在没有其他事件需要处理时（如事件循环空闲）执行的函数。

绘制三维物体

glutWireCube（GLdoublesize）、glutSolidCube（GLdoublesize）、glutWireSphere（GLdoubleradius,GLintslices,GLintstatcks）、glutSolidSphere（GLdoubleradius,GLintslices,GLintstacks）等

OpenGL入门学习

（二）

本次课程所要讲的是绘制简单的几何图形，在实际绘制之前，让我们先熟悉一些概念。

一、点、直线和多边形

我们知道数学（具体的说，是几何学）中有点、直线和多边形的概念，但这些概念在计算机中会有所不同。

数学上的点，只有位置，没有大小。

但在计算机中，无论计算精度如何提高，始终不能表示一个无穷小的点。

另一方面，无论图形输出设备（例如，显示器）如何精确，始终不能输出一个无穷小的点。

一般情况下，OpenGL中的点将被画成单个的像素（像素的概念，请自己搜索之~），虽然它可能足够小，但并不会是无穷小。

同一像素上，OpenGL可以绘制许多坐标只有稍微不同的点，但该像素的具体颜色将取决于OpenGL的实现。

当然，过度的注意细节就是钻牛角尖，我们大可不必花费过多的精力去研究“多个点如何画到同一像素上”。

同样的，数学上的直线没有宽度，但OpenGL的直线则是有宽度的。

同时，OpenGL的直线必须是有限长度，而不是像数学概念那样是无限的。

可以认为，OpenGL的“直线”概念与数学上的“线段”接近，它可以由两个端点来确定。

多边形是由多条线段首尾相连而形成的闭合区域。

OpenGL规定，一个多边形必须是一个“凸多边形”（其定义为：

多边形内任意两点所确定的线段都在多边形内，由此也可以推导出，凸多边形不能是空心的）。

多边形可以由其边的端点（这里可称为顶点）来确定。

（注意：

如果使用的多边形不是凸多边形，则最后输出的效果是未定义的——OpenGL为了效率，放宽了检查，这可能导致显示错误。

要避免这个错误，尽量使用三角形，因为三角形都是凸多边形）

可以想象，通过点、直线和多边形，就可以组合成各种几何图形。

甚至于，你可以把一段弧看成是很多短的直线段相连，这些直线段足够短，以至于其长度小于一个像素的宽度。

这样一来弧和圆也可以表示出来了。

通过位于不同平面的相连的小多边形，我们还可以组成一个“曲面”。

二、在OpenGL中指定顶点

由以上的讨论可以知道，“点”是一切的基础。

如何指定一个点呢？

OpenGL提供了一系列函数。

它们都以glVertex开头，后面跟一个数字和1~2个字母。

例如：

glVertex2d

glVertex2f

glVertex3f

glVertex3fv

等等。

数字表示参数的个数，2表示有两个参数，3表示三个，4表示四个（我知道有点罗嗦~）。

字母表示参数的类型，s表示16位整数（OpenGL中将这个类型定义为GLshort），

                  i表示32位整数（OpenGL中将这个类型定义为GLint和GLsizei），

                  f表示32位浮点数（OpenGL中将这个类型定义为GLfloat和GLclampf），

                  d表示64位浮点数（OpenGL中将这个类型定义为GLdouble和GLclampd）。

                  v表示传递的几个参数将使用指针的方式，见下面的例子。

这些函数除了参数的类型和个数不同以外，功能是相同的。

例如，以下五个代码段的功能是等效的：

（一）glVertex2i（1, 3）;

（二）glVertex2f（1.0f, 3.0f）;

（三）glVertex3f（1.0f, 3.0f, 0.0f）;

（四）glVertex4f（1.0f, 3.0f, 0.0f, 1.0f）;

（五）GLfloat VertexArr3[] = {1.0f, 3.0f, 0.0f};

     glVertex3fv（VertexArr3）;

以后我们将用glVertex*来表示这一系列函数。

注意：

OpenGL的很多函数都是采用这样的形式，一个相同的前缀再加上参数说明标记，这一点会随着学习的深入而有更多的体会。

三、开始绘制

假设现在我已经指定了若干顶点，那么OpenGL是如何知道我想拿这些顶点来干什么呢？

是一个一个的画出来，还是连成线？

或者构成一个多边形？

或者做其它什么事情？

为了解决这一问题，OpenGL要求：

指定顶点的命令必须包含在glBegin函数之后，glEnd函数之前（否则指定的顶点将被忽略）。

并由glBegin来指明如何使用这些点。

例如我写：

glBegin（GL_POINTS）;

    glVertex2f（0.0f, 0.0f）;

    glVertex2f（0.5f, 0.0f）;

glEnd（）;

则这两个点将分别被画出来。

如果将GL_POINTS替换成GL_LINES，则两个点将被认为是直线的两个端点，OpenGL将会画出一条直线。

我们还可以指定更多的顶点，然后画出更复杂的图形。

另一方面，glBegin支持的方式除了GL_POINTS和GL_LINES，还有GL_LINE_STRIP，GL_LINE_LOOP，GL_TRIANGLES，GL_TRIANGLE_STRIP，GL_TRIANGLE_FAN等，每种方式的大致效果见下图：

声明：

该图片来自www.opengl.org，该图片是《OpenGL编程指南》一书的附图，由于该书的旧版（第一版，1994年）已经流传于网络，我希望没有触及到版权问题。

我并不准备在glBegin的各种方式上大作文章。

大家可以自己尝试改变glBegin的方式和顶点的位置，生成一些有趣的图案。

程序代码：

void myDisplay（void）

{

    glClear（GL_COLOR_BUFFER_BIT）;

    glBegin（ /* 在这里填上你所希望的模式 */ ）;

        /* 在这里使用glVertex*系列函数 */

        /* 指定你所希望的顶点位置 */

    glEnd（）;

    glFlush（）;

}

把这段代码改成你喜欢的样子，然后用它替换第一课中的myDisplay函数，编译后即可运行。

两个例子

例一、画一个圆

/*

正四边形，正五边形，正六边形，……，直到正n边形，当n越大时，这个图形就越接近圆

当n大到一定程度后，人眼将无法把它跟真正的圆相区别

这时我们已经成功的画出了一个“圆”

（注：

画圆的方法很多，这里使用的是比较简单，但效率较低的一种）

试修改下面的const int n的值，观察当n=3,4,5,8,10,15,20,30,50等不同数值时输出的变化情况

将GL_POLYGON改为GL_LINE_LOOP、GL_POINTS等其它方式，观察输出的变化情况

*/

#include 

const int n = 20;

const GLfloat R = 0.5f;

const GLfloat Pi = 3.1415926536f;

void myDisplay（void）

{

    int i;

    glClear（GL_COLOR_BUFFER_BIT）;

    glBegin（GL_POLYGON）;

    for（i=0; i

        glVertex2f（R*cos（2*Pi/n*i）, R*sin（2*Pi/n*i））;

    glEnd（）;

    glFlush（）;

}

例二、画一个五角星

/*

设五角星的五个顶点分布位置关系如下：

     A

 E       B

   D   C

首先，根据余弦定理列方程，计算五角星的中心到顶点的距离a

（假设五角星对应正五边形的边长为.0）

a = 1 / （2-2*cos（72*Pi/180））;

然后，根据正弦和余弦的定义，计算B的x坐标bx和y坐标by，以及C的y坐标

（假设五角星的中心在坐标原点）

bx = a * cos（18 * Pi/180）;

by = a * sin（18 * Pi/180）;

cy = -a * cos（18 * Pi/180）;

五个点的坐标就可以通过以上四个量和一些常数简单的表示出来

*/

#include 

const GLfloat Pi = 3.1415926536f;

void myDisplay（void）

{

    GLfloat a = 1 / （2-2*cos（72*Pi/180））;

    GLfloat bx = a * cos（18 * Pi/180）;

    GLfloat by = a * sin（18 * Pi/180）;

    GLfloat cy = -a * cos（18 * Pi/180）;

    GLfloat

        PointA[2] = { 0, a },

        PointB[2] = { bx, by },

        PointC[2] = { 0.5, cy },

        PointD[2] = { -0.5, cy },

        PointE[2] = { -bx, by };

    glClear（GL_COLOR_BUFFER_BIT）;

    // 按照A->C->E->B->D->A的顺序，可以一笔将五角星画出

    glBegin（GL_LINE_LOOP）;

        glVertex2fv（PointA）;

        glVertex2fv（PointC）;

        glVertex2fv（PointE）;

        glVertex2fv（PointB）;

        glVertex2fv（PointD）;

    glEnd（）;

    glFlush（）;

}

例三、画出正弦函数的图形

/*

由于OpenGL默认坐标值只能从-1到1，（可以修改，但方法留到以后讲）

所以我们设置一个因子factor，把所有的坐标值等比例缩小，

这样就可以画出更多个正弦周期

试修改factor的值，观察变化情况

*/

#include 

const GLfloat factor = 0.1f;

void myDisplay（void）

{

    GLfloat x;

    glClear（GL_COLOR_BUFFER_BIT）;

    glBegin（GL_LINES）;

        glVertex2f（-1.0f, 0.0f）;

        glVertex2f（1.0f, 0.0f）;        // 以上两个点可以画x轴

        glVertex2f（0.0f, -1.0f）;

        glVertex2f（0.0f, 1.0f）;        // 以上两个点可以画y轴

    glEnd（）;

    glBegin（GL_LINE_STRIP）;

    for（x=-1.0f/factor; x<1.0f/factor; x+=0.01f）

    {

        glVertex2f（x*factor, sin（x）*factor）;

    }

    glEnd（）;

    glFlush（）;

}

小结

本课讲述了点、直线和多边形的概念，以及如何使用OpenGL来描述点，并使用点来描述几何图形。

大家可以发挥自己的想象，画出各种几何图形，当然，也可以用GL_LINE_STRIP把很多位置相近的点连接起来，构成函数图象。

如果有兴趣，也可以去找一些图象比较美观的函数，自己动手，用OpenGL把它画出来。

OpenGL入门学习（三）

在第二课中，我们学习了如何绘制几何图形，但大家如果多写几个程序，就会发现其实还是有些郁闷之处。

例如：

点太小，难以看清楚；直线也太细，不舒服；或者想画虚线，但不知道方法只能用许多短直线，甚至用点组合而成。

这些问题将在本课中被解决。

下面就点、直线、多边形分别讨论。

1、关于点

点的大小默认为1个像素，但也可以改变之。

改变的命令为glPointSize，其函数原型如下：

void glPointSize（GLfloat size）;

size必须大于0.0f，默认值为1.0f，单位为“像素”。

注意：

对于具体的OpenGL实现，点的大小都有个限度的，如果设置的size超过最大值，则设置可