Hello OpenGL

前言

• OpenGL是一个图形库规范，它定义了一组用于创建和渲染图片的接口，严格规定了每个函数该如何执行，以及它们的输出值。但内部具体每个函数是如何实现的，将由OpenGL库的开发者自行决定，这通常都是显卡厂商。每个OpenGL的驱动都是针对特定厂商的显卡，开发者利用自己显卡的特有功能，可以高效的实现某些OpenGL接口。
• 总结一句话，OpenGL是规范，实现由各个显卡厂商提供，每个显卡厂商实现的驱动各有不同。因为这种情况，OpenGL的很多函数在编译时地址不能确定，上层应用需要用动态加载的方式使用OpenGL提供的图形库。通常的做法是，开发应用程序时如果要使用OpenGL库提供的函数，首先动态加载OpenGL库，然后检查库中是否包含自己想要调用的函数的符号，如果包含，就调用该函数，过程类似下面这样：

1. 打开一个OpenGL动态库，返回一个库的句柄handle = dlopen(file, flags)
2. 检查动态库中是否有自己想调用的函数regsym = dlsym(handle, funcname)
3. 返回值regsym不小于0表示动态库中存在这个函数，调用它funcname( )
4. 使用完之后关闭这个动态库的句柄dlclose(handle)

• 上面这个流程是C语言的接口动态解决一个so库并调用其包含函数的过程，OpenGL提供的so库使用方式类似。由于OpenGL各个版本提供的API有所差异，因此应用程序需要了解自己使用的OpenGL库包含哪些接口，对于每个接口，保险的方法是用以上的方式来调用，但这样太复杂了，并且应用程序也可能不知道自己使用的OpenGL库包含的接口。有一个开源的库专门解决这个问题，它针对每一个OpenGL版本的接口实现了上述的判断，这就是GLAD库。我们的环境搭建中需要依赖这个库。
• OpenGL是一个实现3D图像渲染的图形库，它自身是一个巨大的状态机，通过一系列的输入变量描述OpenGL此刻该如何运行，OpenGL的状态通常被称为上下文（context），context上下文的创建涉及到显卡缓冲区等与具体系统相关的细节，因为每个平台上的实现不一样。为了让OpenGL具有可移植性，它特意将这些操作抽象出去。因此应用程序需要自己处理context的创建。同样的，如果我们想要展示自己渲染的图片，需要一个用于显示的窗口，这个窗口也是平台相关的。因此也需要应用程序自己处理。同样地，当前也有一些库是特别针对OpenGL这种需求的，它们为OpenGL的渲染提供一个上下文和一个窗口。这些流行的库有GLUT，SDL，SFML和GLFW等。这里我们将使用GLFW，同时也会涉及到GLUT库。
• 综上所述，要基于OpenGL库开发应用程序，不仅要安装OpenGL库，还依赖GLAD库和GLFW库。整个OpenGL开发环境的搭建就是介绍这个安装过程。

安装OpenGL

• 在centos上，我们配置了yum源之后，直接安装libglvnd-glx包，就能将OpenGL和它依赖的库全部安装上
  yum install -y libglvnd-glx
• 安装OpenGL库之后，我们还不知道它的API版本，freeglut是一个用于创建OpenGL窗口和上下文的库，这里我们使用这个库来查询OpenGL API版本。首先安装这个库的开发包yum install -y freeglut-devel，然后编译一个C程序来确定版本。如下：

#include <stdio.h>
#include <GL/glut.h>

int main(int argc, char** argv)
{
    glutInit(&argc,argv);
    glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE|GLUT_RGB|GLUT_DEPTH);		/* 1 */
    glutInitWindowSize(300,300);								/* 2 */
    glutInitWindowPosition(100,100);							/* 3 */
    glutCreateWindow("OpenGL Version");
    const GLubyte* OpenGLVersion =glGetString(GL_VERSION); /* 4 */
    printf("OpenGL实现的版本号：%s\n",OpenGLVersion);

    return 0;
}

1. 显示模式初始化
2. 定义窗口大小
3. 创建窗口
4. 返回当前OpenGL实现的版本号

• 编译后运行结果如下：
  
• 从这里可以看到只有加载OpenGL才能看到它的实现版本号，这里是3.0

安装GLAD

• GLAD是一个开源库，但和普通库不同，它是一个在线服务，用户进入这个网页输入自己的OpenGL库版本产生一个glad.c的文件和一个glad.h头文件，我们将glad.c文件编译成目标文件glad.o后与应用程序一起编译，同时需要将glad提供的头文件glad.h包含在我们自己的应用中，通过这种方式，应用程序就可以使用glad库中定义的接口了。
• 从在线服务中下载下来的glad.zip内容如下：
  
• 我们将glad.c编译成目标文件gcc -c glad.c -o glad.o
• 将glad.h拷贝到系统的头文件目录下cp -r glad/include/glad /usr/include/

安装GLFW

• GLFW是个开源库，我们从源码编译安装，首先下载源码git clone [email protected]:glfw/glfw.git
• GLFW使用cmake编译，linux平台下源码目录下载后没有Makefile文件，需要首先生成，使用cmake命令产生Makefile，编译然后安装，如下：

cd glfw
cmake .
make
make install

• 安装完GLFW之后，应用程序所需要的所有连接库都准备好了，可以开始编译应用程序。

Hello OpenGL

• 我们的程序就是利用GLFW库接口创建一个窗口，其源码在这里，然后编译运行这个程序。
• 我们的源码文件名为hello.cpp，编译这个文件：
  g++ hello.cpp glad.o -o hello -lglut -lGL -lGLU -lglfw3 -lGL -lX11 -lpthread -lXrandr -lXi -ldl
• 运行hello程序，界面上就会弹出一个窗口，窗口大小有hello中的源码设置，我将它调成了200 * 200大小，效果如下：