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开源框架 openFrameworks

程序员文章站 2023-08-30 13:36:25
转自：https://www.cnblogs.com/lidabo/p/9134174.html 此处仅供学习，版权属原作者； 作为一个图形图像方向的研究生，我经常都在和 OpenGL 、OpenCV 等多种 C++ 库打交道。这些库遵循着不同的规则和用法；另外，为了让自己的程序具有更多的交互能力， ......

作为一个图形图像方向的研究生，我经常都在和 opengl 、opencv 等多种 c++ 库打交道。这些库遵循着不同的规则和用法；另外，为了让自己的程序具有更多的交互能力，编写界面也是一个家常便饭的工作。

然而，随着工程复杂性的增加，库的管理和界面的维护也变得越来越困难：一方面，库的增加和删除不仅会增加学习成本，也会对系统的逻辑层带来影响。而另一方面，如果要让自己的项目易于维护，就要尽可能地应用设计模式，让逻辑和界面分离。但对于科研，一味陷入设计模式的桎梏又会带来过早优化的问题，影响科研进度。

直到后来，我接触到了 openframeworks ，简直有种相逢恨晚的感觉。openframeworks 封装了常用的 c++ 库，在此基础上提供了一个直观统一的接口，也大幅简化了编写界面的流程，使得开发图形程序变得很轻松。

本文将为大家介绍这个让人着迷的开发框架 —— openframeworks。

什么是 openframeworks

openframeworks（以下简称 of） 是一个开源的、跨平台的 c++ 工具包，它的设计目的为开发创造过程提供一个更加简单和直观的框架。

开源框架 openFrameworks

of 的强大之处在于，它不仅是一个通用的胶水（glue），同时它还封装了多种常用的库，包括：

这些库虽然遵循着不同的规则和用法，但 of 在它们基础上提供了一个通用的接口，使得使用它们变得很容易。

除此之外，of 的另一亮点在于它具有很好的跨平台特性。目前它支持 5 种操作系统（windows、osx、linux、ios、android）以及 4 种 集成开发环境（xcode、code::blocks、visual studio、eclipse）。

安装和配置 of

下面介绍如何在 linux 下安装和配置 of 。

下载 of

访问 of 的，找到适用于你的操作系统和 ide 的版本，点击下载。例如，我的计算机是 linux arch 64位的系统，所以选择的是 code::blocks (64 bit)。

开源框架 openFrameworks

安装依赖

下载完成后，将其解压，开启终端，cd 到解压后目录，例如：

 

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$ cd $home/documents/programming/openframeworks

 

之后，根据你的 linux 发行版的不同，cd 进入 scripts/linux/<操作系统发行版名称> ，例如：

 

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$ cd scripts/linux/archlinux

 

执行两个命令，安装 code::block 和其他依赖（需要 root 权限）：

 

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$ sudo ./install_codeblocks.sh
$ sudo ./install_dependencies.sh
$ sudo ./install_codecs.sh

 

编译 of

安装完依赖后，回到上一级目录：

 

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$ cd ..

 

编译 of：

 

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$ ./compileof.sh

 

编译过程中，如果你和我一样遇到找不到 freetype.h 的问题，可能是 freetype 在 2.5.1 之后改变了头文件的结构导致的。需要将根目录里的 /libs/openframeworks/graphics/ 目录下的 oftruetypefont.cpp 开头部分改为：

 

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#include "ft2build.h"
/* corrected setup of include files for freetype as of 2.5.1 dh
#include "freetype2/freetype/freetype.h"
#include "freetype2/freetype/ftglyph.h"
#include "freetype2/freetype/ftoutln.h"
#include "freetype2/freetype/fttrigon.h"
*/
#include ft_freetype_h
#include ft_glyph_h
#include ft_outline_h
#include ft_trigonometry_h

 

此时的 of 已经可以工作了。我们可以测试它提供的示例。cd 到根目录里的 /examples/gui/guiexample/ 目录，编译该工程并执行：

 

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$ make
$ make run

 

将会运行一个界面如下图的程序。与左侧面板里的控件交互将可以改变该形状的属性1 1多阅读 example 的示例代码是个好习惯。。

开源框架 openFrameworks

编译项目生成器

为了方便日后创建工程，of 还提供了一个项目生成器 projectgenerator 。使用它前同样需要先编译。回到 compileof.sh 脚本所在的目录，敲入如下命令：

 

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$ ./compilepg.sh

 

完成后，在 of 的根目录下找到 projectgenerator 目录，进去里面可以找到 projectgenerator ，我们可以执行它：

 

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$ cd ../../projectgenerator
$ ./projectgenerator

 

程序界面如下图所示。点击左侧的每个黑色按钮将可以修改项目名、生成路径，以及依赖的插件（addon)。

开源框架 openFrameworks

点击右下角的 generate project 按钮后，将会在 path 字段指定的路径中生成一个项目，如上图所示就是 /home/ehome/documents/programming/openframeworks/apps/myapps/mysketch ：

 

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$ cd /home/ehome/documents/programming/openframeworks/apps/myapps
$ ls
addons.make bin config.make makefile mysketch.cbp mysketch.workspace src

 

其中：

  • addons.make 文件 - 用于维护这个工程所依赖的插件列表；
  • config.make 文件 - 用于添加查找路径，修改优化标记以及其他的设置；
  • makefile 文件 - 工程的 makefile ，一般不需要直接修改它。在 of 中，make 的目标包括：
    • debug：生成带有调试标记的可执行程序；
    • release：生成经编译器优化的可执行程序；
    • clean：清除目标文件和可执行程序；
    • cleandebug：只清除 debug 目标的生成结果；
    • cleanrelease：只清除 release 目标的生成结果；
    • help：打印帮助信息；
    • run：执行生成的可执行程序。
  • mysketch.cbp 和 mysketch.workspace 文件 - code::blocks 的工程文件。

注册环境变量

我们可以看看 makefile 文件的内容：

 

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$ cat makefile
# attempt to load a config.make file.
# if none is found, project defaults in config.project.make will be used.
ifneq ($(wildcard config.make),)
include config.make
endif
 
# make sure the the of_root location is defined
ifndef of_root
of_root=../../..
endif
 
# call the project makefile!
include $(of_root)/libs/openframeworkscompiled/project/makefilecommon/compile.project.mk

 

如上所示，编译 openframeworks 的工程时，系统需要从 of 的根路径中引入另一个名为 compile.project.mk 的 makefile，这个根路径存储在 of_root 变量中，默认值是 ../../.. ，即当前目录往上三级的目录。之所以使用这个默认值，是因为使用 projectgenerator 生成的项目都默认存放在 of根目录/apps/myapps 目录下。为了方便在其他地方创建和编译工程，可以人为地定义一个 of_root 变量。将下面这一行添加到用户主目录下的 .bashrc 文件中：

 

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export of_root=<你的 of 根目录>

 

入门实例

接下来将介绍如何开发基于 of 的 c++ 程序2 2主要参考了 jeff crouse 所编写的教程 oftutorials - chapter 1 - getting started。。

testapp.cpp

双击 mysketch.cbp 文件，打开 code::blocks 开发环境，在左边的项目管理器中双击打开 test.app 文件。如下图所示：

开源框架 openFrameworks

testapp.cpp 将会是你的好朋友。在编辑窗口中，你可以看到如下的内容：

 

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#include "testapp.h"
 
//--------------------------------------------------------------
void testapp::setup(){
 
}
 
//--------------------------------------------------------------
void testapp::update(){
 
}
 
//--------------------------------------------------------------
void testapp::draw(){
 
}
 
//--------------------------------------------------------------
void testapp::keypressed(int key){
 
}
 
...

 

上面的代码包含了 4 类函数：

  • setup - 这个函数将在应用程序生命期的最开始就被调用，甚至在你编写的程序窗口打开之前。利用这个函数，我们可以做一些准备工作，例如在窗口打开之前，先修改窗口的大小；
  • update 和 draw - 当 setup 函数运行完成后，系统将进入一个 update 和 draw 不断交替运行的循环，这个循环将持续到程序结束。也就是说，setup() 运行完成后，update() 开始运行，然后是 draw() ，然后又是 update() ，然后又是 draw() …… 3 3这个交替频率就是帧率，它的默认值取决于你的电脑的处理速度。update() 通常用来更新你的程序的状态（例如改变变量的值），而 draw() 则常用来在你的窗口中绘制内容；
  • keypressed、keyreleased、mousemoved、mousedragged、mousepressed、mousereleased、windowresized, gotmessage、dragevent - 与前面三种函数不同，这类函数仅当用户触发某类事件才会被调用。

我们先试着直接编译这个项目，此时的程序窗口里还没有东西：

绘制图形

之后，我们可以试着在窗口中画一个圆。of 提供了 ofcircle 函数用于绘制圆。

往 draw 函数里头添加一句内容，：

 

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void testapp::draw(){
ofcircle(200, 300, 60);
}

 

第二行告诉系统在坐标 (200, 300) 处画一个半径为 60 的圆。

添加颜色

现在这个圆看起来很单调，可以给这个圆添加颜色。of 提供了 ofsetcolor 函数用于设置颜色。将 draw() 函数改为：

 

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void testapp::draw(){
ofsetcolor(255, 0, 255);
ofcircle(200, 300, 60);
}

 

新加的这一行（第2行）告诉系统在绘制图形前选择一个颜色，这个颜色的 r、g、b 三原色的色值分别为 (255, 0, 255) 。

我们可以用同样的方法再画一个青色的圆：

 

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void testapp::draw(){
ofsetcolor(255, 0, 255);
ofcircle(200, 300, 60);
 
ofsetcolor(0, 255, 255);
ofcircle(500, 500, 100);
}

 

其他的形状

除了画圆，of 也可以画其他的图案：

  • ofrect - 画一个矩形。参数是：(x, y, width, height) ；
  • oftriangle - 画一个三角形。参数是三个顶点的坐标：(x1, y1, x2, y2, x3, y3)
  • ofline - 画一条线段。参数是两个端点的坐标 (x1, y1, x2, y2)
  • ofellipse - 画椭圆。参数是：(x, y, width, height)
  • ofcurve - 画一条从点 (x1, y1) 到 (x2, y2) 的贝塞尔曲线，曲线的形状由两个控制点 (x0, y0) 和 (x3, y3) 控制 4 4贝塞尔曲线 的控制点比较难以掌握。如果你用过 photoshop 里的钢笔工具，你大概就会明白是怎么一回事。。

让形状动起来

接下来我们将编写代码让窗口里的图形动起来。主要的思路就是用两个变量控制圆的坐标，然后在程序的运行过程中改变这个变量。在 test.cpp 文件的开头声明两个变量，分别用于存放圆的 x 坐标和 y 坐标：

 

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#include "testapp.h"
 
int mycirclex;
int mycircley;

 

在 setup() 函数中为这两个变量添加初始值 5 5别忘了前面介绍的。：

 

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void testapp::setup(){
mycirclex = 0;
mycircley = 200;
}

 

用这两个变量绘制图形：

 

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void testapp::draw(){
ofsetcolor(255, 0, 255);
ofcircle(mycirclex, mycircley, 60);
}

 

要在运行过程中修改这两个变量，可以在 update() 函数中编写相关代码。例如，让这个圆一直向右移动，当超出屏幕时，再回到原来开始的地方：

 

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void testapp::update(){
mycirclex++;
if (mycirclex > ofgetwindowwidth())
mycirclex = 0;
}

 

其中，第 3 行的 ofgetwindowwidth() 函数用来获取窗口的宽度6 6如果不考虑拉伸窗口，也可以用 1024 这个值代替，因为 of 的默认窗口大小是 1024x768 。。

改变帧率

你可能会发现上面的程序在运行的时候有一个问题：圆圈的运动存在时快时慢的情况。如前面所说，这是由于你的程序的帧率，或者说 update() 函数和 draw() 函数交替执行的频率不稳定造成的。在 draw() 函数中添加下面这一行代码可以在窗口的左上方显示帧率信息：

 

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ofdrawbitmapstring(oftostring(ofgetframerate())+"fps", 10, 15);

 

你可以发现这个数值会在程序运行的过程中存在较大波动，尤其是当你同时还在执行其他耗费计算资源的任务时，这个数值会下降得更加明显，相应的这个圆圈的运动速度也会跟着变慢。

让窗口中的动画变得更加平滑的方法是把帧率限制在一个合理的值，例如 60 fps ：

 

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void testapp::setup(){
ofsetframerate(60);
 
mycirclex = 300;
mycircley = 200;
}

 

如果你觉得经过这么一改动之后这个圆圈慢的让你无法忍受，你可以通过修改圆圈的移动速度来加速。例如：

 

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void testapp::update(){
mycirclex+=4;
if (mycirclex > ofgetwindowwidth())
mycirclex = 0;
}

 

添加交互

接下来，我们将为这个程序添加键盘和鼠标的交互。要添加键盘交互，可以通过修改 keypressed() 函数和 keyreleased() 函数来完成。其中，keypressed() 捕获的是按下键盘按键的事件，而 keyreleased() 捕获的是松开键盘按键的事件 7 7额外提一下， of 似乎并不能很好的识别 dvorak 等其他键盘布局。解决方法见。。

例如：

 

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void testapp::keypressed(int key){
if('w' == key || 'w' == key)
{
mycircley-=4;
}
if('s' == key || 's' == key)
{
mycircley+=4;
}
if('a' == key || 'a' == key)
{
mycirclex-=4;
}
if('d' == key || 'd' == key)
{
mycirclex+=4;
}
}

 

将通过 w 、s、a、d 四个按键控制圆圈的运动。出于鲁棒性考虑，小写和大写的字母都要考虑进去，因为按键是通过十进制的 ascii 码来判断的，而大写字母和小写字母的 ascii 码是不同的。上面的代码也可以等价的用 ascii 码来代替8 8温馨小提示：linux 下可以通过 man ascii查询每个字母对应的 ascii 编码。一般人我不告诉他。：

 

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void testapp::keypressed(int key){
if(119 == key || 87 == key) // w key
{
mycircley-=4;
}
if(115 == key || 83 == key) // s key
{
mycircley+=4;
}
if(97 == key || 65 == key) // a key
{
mycirclex-=4;
}
if(100 == key || 68 == key) // d key
{
mycirclex+=4;
}
}

 

添加鼠标事件则通过修改 mousemoved() 、mousedragged()、mousepressed() 和 mousereleased() 来完成，顾名思义，分别捕获的是鼠标的移动、拖拽、单击、松开操作。

 

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void testapp::mousemoved(int x, int y ){
 
}
 
void testapp::mousedragged(int x, int y, int button){
 
}
 
void testapp::mousepressed(int x, int y, int button){
 
}
 
void testapp::mousereleased(int x, int y, int button){
 
}

 

例如，我们可以编写代码实现鼠标拖动圆圈：

 

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void testapp::mousedragged(int x, int y, int button){
if (0 == button) { // left button
float distance = ofdist(mycirclex, mycircley, x, y);
 
if (distance < 100){
mycirclex = x;
mycircley = y;
}
}
}

 

第 2 行用于判断触发此事件的按键是否为左键；第 3 行的 ofdist() 函数用于计算鼠标当前位置和圆心的距离。如果这个距离小于半径 100 ，则可以判断当前鼠标落在这个圆圈的范围以内，可以用鼠标的位置代替圆心的位置。

其他优化

调整圆圈精度

如果近一点观察圆圈，你可能会发现圆圈的周围有点粗糙。

可以修改圆圈的绘制精度来让圆圈更加平滑。在 setup() 函数中添加这一句：

 

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ofsetcircleresolution(120);

 

抗锯齿和垂直同步

抗锯齿和垂直同步也是常常使用的优化画面的手段：

 

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ofsetverticalsync(true);
ofenablesmoothing();

 

实用的插件

of 的另外一大杀手锏在于它的社区非常活跃，现在已经开发出了数量可观的第三方插件。这里只收集了极小一部分实用插件。更全面的插件列表可以访问  9 9什么？有墙？！其实几乎所有插件都是托管在 github 上的。所以如果在 github 上搜 “ofx” ，也可以找到这些 of 插件哦。。

  • ofxui - 华丽丽的 ui 库。提供了很多新颖而实用的界面控件。
  • ofxcv - opencv 的另一套可选的 of 插件（of 自带一个 ofopencv 插件）；
  • ofxlibrocket - 对  库的封装，这个库允许你使用 html 和 css 来布局 c++ 窗口；
  • ofxtruetypefontuc - 对 oftruetypefont 类的扩展，使其支持 unicode 字符（例如汉字）；
  • ofxpcl - 对 pcl（一个专门用于处理点云的库） 的封装；
  • ofxtimeline - 一个用来绘制可编辑的 timeline 控件的插件；
  • ofxmidi - midi 音乐的插件；
  • ofxspeech - 语音识别插件；
  • ofxvideorecorder - 录制视频插件；
  • ofximagesequence - 一个用于像播放视频一样播放图像序列的插件；
  • ofxgifencoder - 生成 gif 动画的插件；
  • ofxvolumetrics - 简单的体绘制插件；
  • ofxdelaunay -
  • ofxfft - 对两个用于进行傅里叶变换的库 fftw 和 kissfft 的封装；
  • ofxnodejs - 桥接 node.js 的插件；
  • ofxlua - 桥接 lua 的插件；
  • ofxbox2d - 对流行的 2d 物理模拟库  的封装；
  • ofxbullet - 对另一个物理模拟库 bullet physics 的封装；
  • ofxlearn - 通用的机器学习插件，支持分类、回归、聚类等任务；
  • ofxjson - 对 json 库 jsoncpp 的封装；
  • ofxhttpserver - 一个基于  的 http 服务器插件；
  • ofxaddontemplate - 一个空的目录框架，可以借鉴它自己编写插件（这都有……--bb）。

使用这些插件的方法很简单：

  1. 访问这个插件的 github 项目主页；
  2. 复制它的代码仓库地址；
  3. 进入你的 of 根目录下的 addons 目录，git clone 这个项目；
  4. 如果这个项目自带 example ，可以直接 make && make run 编译和执行它看看结果。

相关链接

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