OpenGL实验一

OpenGL简介：
（英语：Open Graphics Library，译名：开放图形库或者“开放式图形库”）是用于渲染2D、3D矢量图形的跨语言、跨平台的应用程序编程接口（API）。这个接口由近350个不同的函数调用组成，用来绘制从简单的图形比特到复杂的三维景象。而另一种程序接口系统是仅用于Microsoft Windows上的Direct3D。OpenGL常用于CAD、虚拟现实、科学可视化程序和电子游戏开发。

开发环境：win10 ，VS-2015

一、预先准备

1.1 安装VS2015

1.2 创建工程目录并复制GLIB至工程目录下

GLIB内文件如下：

二、创建工程

2.1 创建命令行程序

打开vs，点击：文件->新建->项目
打开对话框选择：模板->VC+±>Win32->Win32控制台应用程序
点击确定，进入命令行程序向导

2.2 Win32应用程序向导

点击下一步，打开应用程序设置
应用程序类型：选择“控制台应用程序”
附加选项：全部不选
点击“完成”，生成项目

2.3 指定OpenGL头文件路径

2.4 加入OpenGL静态库、动态库

2.5 包含头文件：在main.cpp中，添加并改写main函数：

2.6 点击：VS->生成->重新生成解决方案，若编译成功，说明编译连接配置是正确的

2.7 调试运行点击F5运行程序调试成功

三、绘制二维图形

3.1 改写main.cpp

// exp_1.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//
#include "stdafx.h"
#include<windows.h>
#define GLUT_DISABLE_ATEXIT_HACK
#include "GL/glut.h"
void myDisplay();
void myInit();
int main(int argc,char **argv)
{glutInit(&argc, argv);   //Initialize GLUT function callings//Set window size (width,height)in number of pixelsglutInitWindowSize(400, 400);//Set window position,form the left and top of the screenglutInitWindowPosition(200, 100);//in numbers of pixels//Specify a window creation eventglutCreateWindow("Green Triangle");//Specify the drawing function that is called when the window is created or re-drewglutDisplayFunc(myDisplay);   myInit();  //Invoke this function for initializationglutMainLoop();  //Enter the event processing loopreturn 0; //Indicate normal termination
}
void myDisplay() {glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); //Clear the frame bufferglColor3f(0.0, 1.0, 0.0);  //Set current color to greenglBegin(GL_POLYGON);   //Draw the triangleglVertex2f(-0.7, -0.7);glVertex2f(0.7, -0.7);glVertex2f(0, 0.7);glEnd();glFlush();   //Force to display the new drawings immediately
}
void myInit() {glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 0.0);  //Set the clear color to black//Specify the boundaries of the view windowglMatrixMode(GL_PROJECTION);glLoadIdentity();//恢复初始坐标gluOrtho2D(-1.0, 1.0, -1.0, 1.0);  //指定世界窗口glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
}

3.2 编译运行

四、绘制3D图形

4.1 改写main.cpp

#include "stdafx.h"
#include <windows.h>   //Header File For Windows
#include <GL\GL.h>     //Header File For The OpenGL32 Library
#include <GL\GLU.h>     //Header File For The GLu32 Library
#include <GL\GLAUX.H>   //Header File For the Glaux Library
#define GLUT_DISABLE_ATEXIT_HACK
#include "GL\GLUT.H"
GLfloat rtri;   //Angle For The Triangle (NEW)
GLfloat rquad;  //Angle for the Quad (NEW)
void InitGL(int width, int height);
GLvoid DrawGLScene(GLvoid);
void myReshape(int w, int h);
void myKeyboard(int key, int x, int y);
void myMovedMouse(int x, int y);
int main(int argc, char **argv) {glutInit(&argc, argv);   //Intialize GLUT function callingsglutInitWindowSize(800, 600); //Set widow size (width,height)in number of pixels//Set window positio, from the left and top of the screen,glutInitWindowPosition(200, 100);  //in numbers of pixels//Specify a window creation eventglutCreateWindow("3D Graph");//Specify the drawing function that is called when the windowglutDisplayFunc(DrawGLScene);glutReshapeFunc(myReshape);glutMotionFunc(myMovedMouse);glutSpecialFunc(myKeyboard); //新增键盘响应InitGL(800, 600);   //Invoke this function for initializationglutMainLoop();     // Enter the event processing loopreturn 0;           //Indicate normal termination
}
void InitGL(int width, int height) {myReshape(width, height);glShadeModel(GL_SMOOTH);   //Enable Smooth ShadingglClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.5f); //BlackBackgroundglClearDepth(1.0f);//Depth Buffer SetupglEnable(GL_DEPTH_TEST); //Enables Depth TestingglDepthFunc(GL_LEQUAL);  //The Type of Depth Testing To DoglHint(GL_PERSPECTIVE_CORRECTION_HINT, GL_NICEST);  //Really Nice Perspective Calculations
}
void myReshape(int width, int height) {if (height == 0)//Prevent A Divide By Zero By{height = 1;//Making Height Equal One}glViewport(0, 0, width, height);    //Reset the Cuurent ViewportglMatrixMode(GL_PROJECTION); //Select the Projection MatrixglLoadIdentity();            //Resetthe Projection Matrix//Calculate the Aspect Ratio of the windowgluPerspective(45.0f, (GLfloat)width / (GLfloat)height, 0.1f, 100.0f);glMatrixMode(GL_MODELVIEW);        //Select The Modelview MatrixglLoadIdentity();                  //Reset the Modelview Matrix
}
GLvoid DrawGLScene(GLvoid)
//Here's where we do all the drawing
{glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT);    //Clear Screen And Depth BufferglLoadIdentity(); //Reset The cuurent Modelview MatrixglTranslatef(-1.5f, 0.0f, -6.0f); //Move Left 1.5 Units And Into The Screen 6.0glRotatef(rtri, 0.0f, 1.0f, 0.0f); //Rotate The Triangle On the Y axis(NEW)glBegin(GL_TRIANGLES);          //Start Drawing A TriangleglColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);    //RedglVertex3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);   //Top of Triangle (Front)glColor3f(0.0f, 1.0, 0.0f);     //GreenglVertex3f(-1.0f, -1.0f, 1.0f); //Left of Triangle (Front)glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);    //BlueglVertex3f(1.0f, -1.0f, 1.0f);  //Right of Triangle (Front)glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);    //RedglVertex3f(0.0f, 1.0f,0.0f);   //Top of Triangle (Right)glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);    //BlueglVertex3f(1.0f, -1.0f, 1.0f); //Left of Triangle (Right)glColor3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);    //GreenglVertex3f(1.0f, -1.0f, -1.0f);  //Right of Triangle (Right)glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);  //RedglVertex3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);   //Top of Triangle  (Back)glColor3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);    //GreenglVertex3f(1.0f, -1.0f, -1.0f);//Left of Triangle(Back)glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);    //BlueglVertex3f(-1.0f, -1.0f, -1.0f); //Left of Triangle (Back)glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);    //RedglVertex3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);   //Top of Triangle  (Left)glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);    //BlueglVertex3f(-1.0f, -1.0f, -1.0f);//Left of Triangle (Left)glColor3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);    //GreenglVertex3f(-1.0f, -1.0f, 1.0f); //Right of Triangle(Left)glEnd();//Done Drawing the PyramidglLoadIdentity();  //Reset the Current Modelview MatrixglTranslatef(1.5f, 0.0f, -7.0f); //Move Right 1.5 Units And Intothe screen 7.0glRotatef(rquad, 1.0f, 1.0f, 1.0f); //Rotate The Quad On the X axis(NEW)glBegin(GL_QUADS);//Draw A QuadglColor3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);   // Set The Color to GreenglVertex3f(1.0f, 1.0f, -1.0f); //Top Right of The Quad (Top)glVertex3f(-1.0f, 1.0f, -1.0f);//Top Left of The Quad (Top)glVertex3f(-1.0f, 1.0f, 1.0f); //Bottom Left of the Quad(Top)glVertex3f(1.0f, 1.0f, 1.0f);  //Bottom Right of the Quad(Top)glColor3f(1.0f, 0.5f, 0.0f);   //Set The Color to OrangeglVertex3f(1.0f, -1.0f, 1.0f); //Top Right of the Quad(Bottom)glVertex3f(-1.0f, -1.0f, 1.0f);//Top Left of the Quad (Bottom)glVertex3f(-1.0f, -1.0f, -1.0f);//Bottom Left of the Quad(Bottom)glVertex3f(1.0f, -1.0f, -1.0f);//Bottom Right of the QuadglColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);   //Set the Color to RedglVertex3f(1.0f, 1.0f, 1.0f);  //Top Right of the Quad (Front)glVertex3f(-1.0f, 1.0f, 1.0f); //Top Left of the Quad (Front)glVertex3f(-1.0f, -1.0f, 1.0f);//Bottom Left of the Quad(Front)glVertex3f(1.0f, -1.0f, 1.0f); //Bottom Right of the Quad(Front)glColor3f(1.0f, 1.0f, 0.0f);   //Set the Color to Yellow glVertex3f(1.0f, -1.0f, -1.0f);//Top Right of the Quad(back)glVertex3f(-1.0f, -1.0f, -1.0f);//Top Left of the Quad(back)glVertex3f(-1.0f, 1.0f, -1.0f);//Bottom Left of the Quad (back)glVertex3f(1.0f, 1.0f, -1.0f); //Bottom Right of the Quad (back)glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);//Set the Color to BlueglVertex3f(-1.0f, 1.0f, 1.0f);//Top Right of the Quad(Left)glVertex3f(-1.0f, 1.0f, -1.0f);//Top Left of the Quad(Left)glVertex3f(-1.0f, -1.0f, -1.0f);//Bottom Left of the Quad (Left)glVertex3f(-1.0f, -1.0f, 1.0f);//Bottom Right of the Quad (Left)glColor3f(1.0f, 0.0f, 1.0f);   //Set the Color to VioletglVertex3f(1.0f, 1.0f, -1.0f); //Top right of the Quad(Right)glVertex3f(1.0f, 1.0f, 1.0f); //Top Left of the Quad(Right)glVertex3f(1.0f, -1.0f, 1.0f); //Bottom Left of the Quad(Right)glVertex3f(1.0f, -1.0f, -1.0f); //Bottom Right of the Quad(Right)glEnd();//Done Drawing the quadglFlush();  //Force to display the new drawings immediately
}
void myKeyboard(int key, int x, int y) {switch (key) {case GLUT_KEY_LEFT:case GLUT_KEY_UP:rtri -= 0.5f;   //Decrese the Roatation Variable For The Triangle (New)rquad += 0.5f;  //Increse The Rotation Variable For The QuadDrawGLScene();break;case GLUT_KEY_RIGHT:case GLUT_KEY_DOWN:rtri += 0.5f;   //Increse the Roatation Variable For The Triangle (New)rquad -= 0.85f;  //Decrese The Rotation Variable For The QuadDrawGLScene();break;}
}
void myMovedMouse(int x, int y) {
}

4.2 运行成功的截图

4.3 控制3D物体旋转平移

上述代码中的myKeyboard便实现了通过键盘而操纵图像旋转，注意在主函数中，用glutSpecialFunc()才能调用。

void myKeyboard(int key, int x, int y) {switch (key) {case GLUT_KEY_LEFT:case GLUT_KEY_UP:rtri -= 0.5f;   //Decrese the Roatation Variable For The Triangle (New)rquad += 0.5f;  //Increse The Rotation Variable For The QuadDrawGLScene();break;case GLUT_KEY_RIGHT:case GLUT_KEY_DOWN:rtri += 0.5f;   //Increse the Roatation Variable For The Triangle (New)rquad -= 0.85f;  //Decrese The Rotation Variable For The QuadDrawGLScene();break;}
}

五、心得体会

本次实验中需要在写代码时仔细比对各个参数，不可粗心大意，比如针对颜色，glColor3f函数中的3个参数取不同的值就会导致不同的效果。头文件的导入也需要注意，再比如"stdafx.h"文件必须放在其他库文件之前。
观察代码结构可以发现，绘制图形的思路大致如下：

绘制窗口
初始化GL函数
编写重新载入图像的函数
绘制图形的函数
键盘or鼠标操纵图形的函数

相关函数列举：

上述源程序中的主函数：
glutInit() 初始化函数
glutInitWindowSize() 设置窗口大小
glutInitWindowPosition() 设置窗口位置
glutCreateWindow() 创建窗口
glutDisplayFunc(DrawGLScene) 指定显示函数
glutReshapeFunc(myReshape) 改变显示区域
glutMotionFunc(myMovedMouse) 这个函数是处理当鼠标键摁下时，鼠标拖动的事件。当鼠标拖动时，将每一帧都调用一次这个函数。
glutSpecialFunc(myKeyboard) 这个函数是用来处理一些特殊键(如：F1,F2,etc)摁下的事件。本实验中主要是方向键。
glutMainLoop() 进行过程循环
myReshape函数
glViewport(width,height) 表示这个视口矩形的宽度和高度，根据窗口的实时变化重绘窗口。
glMatrixMode() 选择投影矩阵这个函数其实就是对接下来要做什么进行一下声明，也就是在要做下一步之前告诉计算机我要对“什么”进行操作了，这个“什么”在glMatrixMode的“()”里的选项(参数)有3种模式: GL_PROJECTION 投影, GL_MODELVIEW 模型视图, GL_TEXTURE 纹理。
如果参数是GL_PROJECTION，这个是投影的意思，就是要对投影相关进行操作，也就是把物体投影到一个平面上，就像我们照相一样，把3维物体投到2维的平面上。这样，接下来的语句可以是跟透视相关的函数，比如glFrustum()或gluPerspective()；
在操作投影矩阵以前，需要调用函数：glMatrixMode(GL_PROJECTION); //将当前矩阵指定为投影矩阵
然后把矩阵设为单位矩阵：glLoadIdentity();再度调用glFrustum()或gluPerspective(),它们生成的矩阵会与当前的矩阵相乘,生成透视的效果；
参考资料：https://blog.csdn.net/jiangdf/article/details/8460012
glLoadIdentity() 恢复初始坐标系
该命令是一个无参的无值函数，其功能是用一个4×4的单位矩阵来替换当前矩阵，实际上就是对当前矩阵进行初始化。也就是说，无论以前进行了多少次矩阵变换，在该命令执行后，当前矩阵均恢复成一个单位矩阵，即相当于没有进行任何矩阵变换状态。
注意：由于某些原因可能使得当前矩阵中的元素有一些不确定的值，这将导致程序对图形对象进行几何变形时得到一个非预期的结果。因此有必要将当前矩阵初始成一个单位矩阵，即对图形对象不做任何变换。这就是为什么在调用过glMatrixMode()命令后，总是要调用该命令的原因。由于glMatrixMode()命令本身也是一种矩阵变换，它将当前矩阵变成命令参数所规定的形式，若不用单位矩阵来替换它，在此矩阵下绘制出的图形将是难以预计的。
关于这个函数的详细解释请看以下博文：
https://blog.csdn.net/shuaihj/article/details/7228265
（个人感觉这一篇讲得很清楚~）
glViewport() 在默认情况下，视口被设置为占据窗口的整个像素矩形，窗口大小和视口大小相同。如果选择一个更小的绘图区域，可以用glviewport函数实现这一变换，在窗口中定义一个像素矩形，将图像映射到这个矩形中。
gluPerspective(GLdouble fovy,GLdouble aspect,GLdouble zNear,GLdouble zFar)
fovy,这个最难理解,我的理解是,眼睛睁开的角度,即,视角的大小,如果设置为0,相当你闭上眼睛了,所以什么也看不到,如果为180,那么可以认为你的视界很广阔
aspect,这个好理解,就是实际窗口的纵横比,即x/y
zNear,这个呢,表示你近处,的裁面,
zFar表示远处的裁面

参考资料：https://blog.csdn.net/dcrmg/article/details/53106457
InitGL中的函数
glShadeModel() 设置着色模式，即控制绘制自定两点间其他点颜色的过渡模式，参数一般为GL_SMOOTH（默认）如果两点颜色不同，GL_SMOOTH会出现过渡效果。采用恒定着色时（即GL_FLAT），使用图元中某个顶点的颜色来渲染整个图元。
在使用光滑着色时（即GL_SMOOTH），独立的处理图元中各个顶点的颜色。对于线段图元，线段上各点的颜色将根据两个顶点的颜色通过差值得到。对于多边形图元，多边形内部区域的颜色将根据所有顶点的颜色差值得到。
参考原文链接：https://blog.csdn.net/deniece1/article/details/102133394
glClearColor() 搭配glClearDepth使用
参数：GL_COLOR_BUFFER_BIT,颜色缓冲
GL_DEPTH_BUFFER_BIT,深度缓冲
GL_STENCIL_BUFFER_BIT，模板缓冲
值的预制主要通过glclearcolor,glcleardepth,glclearstencil来完成，它提前设置好值，OpenGL是一个状态机，它就相当于设置好了context的一个状态值。
参考：https://blog.csdn.net/qq_36383623/article/details/85115585
因此我运行的程序窗口的背景是黑色的~
glEnable() 用于启用各种功能。功能由参数决定。
程序中的参数GL_DEPTH_TEST 启用深度测试，根据坐标的远近自动隐藏被遮住的图形（材料）
glDepthFunc() 指定目标像素与当前像素在z方向上值大小比较的函数。
GL_LEQUAL,如果输入的深度值小于或等于参考值，则通过
glHint() 应用：glHint(GL_PERSPECTIVE_CORRECTION_HINT, GL_NICEST); 如果OpenGL不能有效的支持透视修正参数差值，那么GL_DONT_CARE 和 GL_FASTEST可以执行颜色、纹理坐标的简单线性差值计算。
GL_PERSPECTIVE_CORRECTION_HINT：指定颜色和纹理坐标的差值质量。如果OpenGL不能有效的支持透视修正参数差值，那么GL_DONT_CARE 和 GL_FASTEST可以执行颜色、纹理坐标的简单线性差值计算。
GL_NICEST在光栅化期间可以生成更多的像素段。选择最高质量选项。
参考资料：https://blog.csdn.net/blues1021/article/details/48769797
DrawGLScene()
glTranslatef() 沿X轴正方向平移x个单位(x是有符号数) 沿Y轴正方向平移y个单位(y是有符号数)沿Z轴正方向平移z个单位(z是有符号数)
glRotatef() 先解释一下旋转方向，做(0,0,0)到(x,y,z)的向量，用右手握住这条向量，大拇指指向向量的正方向，四指环绕的方向就是旋转的方向；
函数功能：以点(0,0,0)到点(x,y,z)为轴，旋转angle角度；
glBegin() mode:创建元素的类型.
glBegin和glEnd函数限定了一组或多组图元的定点定义。
GL_TRIANGLES 把每个顶点作为一个独立的三角形，顶点3n-2，3n-1和3n定义了第n个三角形，绘制了N/3个三角形。
glColor3f() 需要注意的是，如果在glBegin()与glEnd()函数之间多次连续调用颜色函数，那么，只会显示出最后一次的颜色。它的参数应该有三个，类型是float型的。另外一点是它的参数值的范围是[0.0,1.0]"background-color: rgb(255, 255, 255); 。

本次实验圆满结束O(∩_∩)O哈哈~，欢迎分享交流。