OpenGL - OpenGL 编程简介

OpenGL 是开发的图形编程库，是调用图形硬件程序的接口，由大约150个函数组成，用户可以来完成各种绘图任务

1.1 OpenGL可以做什么

• 变换，几何编程，投影变换，视口变换
• 光照与材质
• 纹理映射
• 图像功能，anti-aliasing（反混淆），for，blending（混合）…
• 特效，深度检测，运动模糊…
• 建模…

注意：OpenGL 不是用来建模的，是用来渲染的，它的大部分函数是用来设置流水线渲染的

OpenGL的学习绝不能只是学习一堆离散的函数，而必须很好的理解图形流水线的整体流程及各个环节，否则学习OpenGL函数，如同盲人摸象

OpenGL是一个状态机

• 整个绘制操作会按照固定的流程进行，如同一条流水线
• OpenGL函数只是用来设置这条流水线的一系列状态参数，而并不是用来真正执行绘制操作的

在引入了Shader编程之后，OpenGL出现了两种编程模式

• 固定流水线模式 — 传统方式
• Shader编程模式 — 现代方式

1.2 OpenGL的学习路线

1. 传统方式

   学习固定流水线，然后过度到shader编程，《OpenGL编程指南》第7版（红宝书）及其以前采用的是传统方式，从第8版开始转入现代方式

2. 现代方式

   直接学习shader编程模式，《OpenGL超级宝典》（蓝宝书）

3. 网站学习

   下面两个站点都是现代的shader方式

   https://learnopengl.com/ （glfw + glad）

   http://ogldev.atspace.co.uk/ （freeflut + glew）

本课程学习方式

选择传统方式学习

1. 现代依然有大量的程序是固定流水线模式；
2. 传统方式可以让我们更容易理解图形流水线；

1.3 OpenGL相关的库

1. 核心库

• 包括115个函数，前缀gl
• 例如：glColor3f()，glTranslate3f()
• gl.h，openGL32.lib，openGL32.dll

2. 实用程序库

• 包括43个函数，前缀glu
• gluPerspective()
• glu.h，glu.lib，glu.dll

特点：都具有跨平台性（接口方法名是一样的），OpenGL的核心库和实用库接口可以在任何OpenGL的实现平台上实用

3. 辅助工具库

• 如 freeglut ，开源的OpenGL工具库

提供功能大致如下：

1. 执行与窗口相关的功能
2. 鼠标，键盘交互功能
3. 右键菜单功能
4. 高级的建模命令

1.3 OpenGL基本语法

其函数定义有很强的规范性，如下面这个函数的定义

1. 命名规范

void glVertex3fv(Glfloat *vvertex);

• 前缀 gl，glu，glut—表明是函数是输入那个函数库
• 后缀
  1. 2、3、4表示参数的维数
  2. b、s、i、f、d、ub、us、ui，表示参数的数据类型
  3. v—表示以数组方式传递参数

2. 数据类型

后缀	数据类型	在C中的类型	OpenGL中的定义
b	8-bit integer	signed char	GLbyte
s	16-bit integer	short	GLshort
i	32-bit integer	int ot long	GLint，GLsizei
f	32-bit floating point	float	GLfloat，GLclampf
d	64-bit floating point	double	GLdouble，GLclampd
ub	8-bit unsigned integer	unsigned char	GLubytc，GLboolean
us	16-bit unsigned integer	unsigned short	GLushort
ui	32-bit unsigned integer	unsigned int or unsigned long	GLuint，GLenum，GLbitfield

3. 基本语法

每个顶点有x、y、z三个坐标值，有时候还会有第四个坐标值 w，如下这个函数的调用

glVertex3f(2.0f, 4.0f, 5.0f);//这种方式直接传递数据

GLfloat v[3] = {3.0f,4.0f,5.0f};
glVertex3fv(v);//传参直接传递一个数组进来

每个颜色值有4个分量，rgba

glColor4f(1.0f,1.0f,1.0f,0.5f);

glColorub(255,0,0);// 无符号值0-255

一些常量符号

GL_RGB...

绘制基本图元的方法

glBegin(GL_TRIANGLES);
	glVertex3f(x1,y1,z1);
	glVertex3f(x2,y2,z2);
	glVertex3f(x3,y3,z3);
glEnd();
// 上面还可以设置顶点的颜色和法向
glBegin(GL_TRIANGLES);
	glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f);
	glVertex3f(x1,y1,z1);
	glVertex3f(x2,y2,z2);
	glVertex3f(x3,y3,z3);
glEnd();

4. 问题集合

1. Freeglut 编程的基本模式

main()
{
    设置显示模式;
    初始化窗口;
    创建窗口;
    设置一系列回调函数;
    启动主循环;
}

其基本模式是一个大循环，系统由消息来驱动，进行绘图

2. glutIdleFunc(display)

这个函数的作用是，在任何时候都会定时调用其中传递过来的函数display，因此会占用很大的资源，但是可以考虑不使用这个函数，在需要调用display的地方告诉循环此时需要调用

可以使用glutPostRedisplay()，通知glut开始调用display()，例如档窗口大小发生变化的时候，就明确告诉程序调用display()进行重新绘制，例如下面在触发键盘事件的时候进行重绘

void processNormalKeys(unsigned char key, int x, int y)
{

	printf("the key string is %c\n", key);

	switch (key) {
	case 'a':
		G_fDistance -= 0.1f;
		break;
	case 'd':
		G_fDistance += 0.1f;
		break;
	case 27:	//"esc"
		exit(0);
	}
	glutPostRedisplay();// 监听到消息时进行重绘
}

3. 默认坐标系和视点

OpenGL的默认坐标系，是右手坐标系

默认的视点在原点位置(0,0,0)，是处于屏幕中心的，视线方向是沿Z轴负方向
OpenGL是一个状态机，整个绘制操作会按照固定的流程进行，如同一条流水线，OpenGL函数只是用来设置这条流水线的一些状态参数，而并不是用来真正执行绘制操作的