OpenGL基础教程

OpenGL基础教程

一、OpenGL的组成

1、OpenGL库

• 包括115个基本函数

• 函数以gl开头

  例：glColor3f(), glTranslate3f().

• 完成图元的定义、几何变换、投影等功能

2、OpenGL实用库

• 实用函数43个
• 函数以glu开头
  例：gluPerspective();
• 完成更高层的图形处理如曲线曲面的生成、图象操作等

3、OpenGL辅助库

• 包括函数31个
• 函数以aux开头
  例：auxInitWindow();
• 主要用于窗口管理

二、OpenGL的工作顺序

• 构造几何要素（点，线，多边形，图象，位图）,创建对象的数学描述。
• 在三维空间上放置对象，选择有利的场景观察点。
• 计算对象的颜色，这些颜色可能直接定义，或由光照条件及纹理间接给出。
• 光栅化，把对象的数学描述和颜色信息转换到屏幕的象素。另外，也可能执行消隐，以及对象素的操作。

三、OpenGL的基本语法

1、命名规则

• OpenGL函数都遵循一个命名约定，即采用以下格式：
  <库前缀><根命今><可选的参数个数><可选的参数类型>
  例如函数glColor3f(...), gl表示这个函数来自库gl.h,color表示该函数用于颜色设定，3f表示这个函数采用了三个浮点数参数。

• void glVertex3fv(Glfloat *vertex)

  前缀：

  • gI,glu,aux,glut—该函数属于哪个函数库

  后缀：

  • 2,3,4 — 参数的维数
  • b,s,I,f,d,ub,us,ui — 参数的数据类型
  • v ---- 以数组方式传递参数

  函数名中的单词首写字母大写

2、数据类型

三、OpenGL程序实例

1、头文件包含

• 利用OpenGL实现图形绘制，首先要引入OpenGL核心库以及其他需要使用的库的头文件。

• GLUT保证了gl.h和glu.h被正确包含。

  #include 
  #include 
  

2、窗口管理

• 初始化（glutlnit)
• 创建窗口（glutCreateWindow)
• 设定窗口的显示模式（glutlnitDisplayMode)
• 指定窗口的位置和大小（glutlnitWindowPosition和glutlnitWindowSize)
• 指定窗口的显示内容函数（glutDisplayFunc)
• 运行框架（glutMainLoop)

int main( int argc, char **argv)
{ glutInit( &argc, argv); // GLUT 初始化函数
// 设置窗口大小 (width, height)
glutInitWindowSize(400, 400);
// 设置窗口位置, 从左上角开始
glutInitWindowPosition(200, 100);
// 创建绘制窗口
glutCreateWindow( "Green Triangle");
// 设置绘制回调函数，把一个绘制函数的指针传给系统，
//系统会在需要重绘的时候自动来调用你提供的绘制函数
glutDisplayFunc(display);
init(); // 初始化
glutMainLoop(); // 进入GLUT的主消息循环，直到绘制窗口
// 被关闭时该行代码才执行完毕,进入下一行
return 0; // 程序退出
}

四、OpenGL程序的基本结构

1、初始化

第一部分是初始化部分：

• 主要是设置一些OpenGL的状态开关，如颜色模式（RGBA或ALPHA)的选择，是否作光照处理（若有的话，还需设置光源的特性）,深度检验，裁剪等等。

• 这些状态一般都用函数glEnable(), glDisable(???)来设置，???表示特定的状态。

2、设置取景模式

第二部分设置观察坐标系下的取景模式。主要用到两个函数：

1）平行投影：glOrtho()

​ void glOrtho(left,right,bottom,top,near,far)；设置投影方式为正交投影（平行投影）,其取景体积是一个各面均为矩形的六面体；

• 设置一个长宽高一定的投影矩阵，通俗点讲就是设置摄影机所能照射的范围。

• 在一个漆黑的舞台上，如果舞台上的物体超出了这个范围那就显示不出来，只有刚好在摄影机照射的范围内才能完全显示。

• 例如：工程图采用的是正交投影：

2）透视投影：gluPerspective()

• void gluPerspective(fovy,aspect,zNear,zFar)
  设置投影方式为透视投影，其取景体积是一个截头锥体，在这
  个体积内的物体投影到锥的顶点。

  例如：火车道，感觉很远处会交于一处（Vanishing point)

  

3）视口变换：void glViewport();

• void glViewport(left,top,right,bottom);设置在屏幕上的窗口大小，四个参数描述屏幕窗口四个角上的坐标（以象素表示）;
• glViewport在默认情况下，视口被设置为占据打开窗口的整个像素矩形，窗口大小和设置视口大小相同，所以为了选择一个更小的绘图区域，就可以用glViewport函数来实现这一变换，在窗口中定义一个像素矩形，最终将图像映射到这个矩形中。例如可以对窗口区域进行划分，在同一个窗口中显示分割屏幕的效果，以显示多个视图。

#include "stdafx.h"
#include 
#define GLUT_DISABLE_ATEXIT_HACK
#include "gl/glut.h“

void myDisplay()
{
 glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
 glColor3f(1.0, 0.0, 0.0);
 //画分割线，分成四个视见区  
 glViewport(0, 0, 400, 400);
 glBegin(GL_LINES);
 glVertex2f(-1.0, 0);
 glVertex2f(1.0, 0);
 glVertex2f(0.0, -1.0);
 glVertex2f(0.0, 1.0);
 glEnd(); 

  //定义在左下角的区域  
 glColor3f(0.0, 1.0, 0.0);
 glViewport(0, 0, 200, 200);
 glBegin(GL_POLYGON);
 glVertex2f(-0.5, -0.5);
 glVertex2f(-0.5, 0.5);
 glVertex2f(0.5, 0.5);
 glVertex2f(0.5, -0.5);
 glEnd(); 

 //定义在右上角的区域  
 glColor3f(0.0, 0.0, 1.0);
 glViewport(200, 200, 400, 400);
 glBegin(GL_POLYGON);
 glVertex2f(-0.5, -0.5);
 glVertex2f(-0.5, 0.5);
 glVertex2f(0.5, 0.5);
 glVertex2f(0.5, -0.5);
 glEnd();
    
//定义在左上角的区域  
 glColor3f(1.0, 0.0, 0.0);
 glViewport(0, 200, 200, 400);  
 glBegin(GL_POLYGON);
 glVertex2f(-0.5, -0.5);
 glVertex2f(-0.5, 0.5);
 glVertex2f(0.5, 0.5);
 glVertex2f(0.5, -0.5);
 glEnd(); 
    
  //定义在右下角  
 glColor3f(1.0, 1.0, 1.0);
 glViewport(200, 0, 400, 200);
 glBegin(GL_POLYGON);
 glVertex2f(-0.5, -0.5);
 glVertex2f(-0.5, 0.5);
 glVertex2f(0.5, 0.5);
 glVertex2f(0.5, -0.5);
 glEnd();
 glFlush();
 } 

int main(int argc, char *argv[])
{
 glutInit(&argc, argv);
 glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_SINGLE);
 glutInitWindowPosition(100, 100);
 glutInitWindowSize(400, 400);
 glutCreateWindow("OpenGL程序");
 glutDisplayFunc(&myDisplay);
 glutMainLoop();
 return 0;
} 

4）glOrtho()和glViewport()的关系

假设有一个球体，半径为1，圆心在(0, 0, 0)，那么，我们设定glOrtho(-1.5, 1.5, -1.5, 1.5, -10, 10);就表示用一个宽高都是3的框把这个球体整个都装了进来。

如果设定glOrtho(0.0, 1.5, -1.5, 1.5, -10, 10);就表示用一个宽是1.5， 高是3的框框把整个球体的右面装进来;

glOrtho函数只是负责使用什么样的视景体来截取图像，并不负责使用某种规则把图像呈现在屏幕上。
glViewport主要完成这样的功能。它负责把视景体截取的图像按照怎样的高和宽显示到屏幕上。

• 比如：如果我们使用glut库建立一个窗体:glutInitWindowSize(500, 500); 然后使用glutReshapeFunc(reshape);

  reshape代码如下：

  void reshape(int width, int height)
    {
      glViewport(0, 0, (GLsizei)width, (GLsizei)height);
        glMatrixModel(GL_PROJECTION);
        glLoadIdentity();
        glOrtho(-1.5, 1.5, -1.5, 1.5, -10, 10);
        ....
  }
  

  这样是可以看到一个正常的球体的。

3、几何变换/光照处理

​ 第三部分是OpenGL的主要部分，使用OpenGL的库函数构造几何物体对象的数学描述，包括点线面的位置和拓扑关系，几何变换，光照处理等等。

五、OpenGL程序实例——绘制图形

• 清除当前窗口的内容，以免影响绘图的效果

  void glClearColor (red, green, blue, alpha);

• 给定当前屏幕的背景设置颜色，red, green, blue, alpha为RGBA颜色值.

  指定窗口背景色（ glClearColor）
  颜色管理，使用RGB颜色模型。一种颜色用红、绿、蓝三种颜色成分混合而成，每种颜色成分使用0.0到1.0之间的任意有效浮点数来表示颜色值。

接下来的内容参考OpenGL入门教程