《Computer Graphics with OpenGL》计算机图形学读书笔记 02—

   这里是《Computer Graphics with OpenGL》英文原版第四版的读书笔记，预计每一章写一篇读书笔记。本篇为第二章，简要介绍计算机图形学的相关软件。图形学相关软件可分为两类——专业类、综合类。其中，专业类为非编程人员准备，可提供如美术、CAD绘图等功能。综合类为编程人员使用，可以通过代码直接控制绘图过程。

坐标表示

将放置好的物体显示在屏幕上要经历一系列复杂的步骤，进行若干次的坐标变换。主要步骤如下：

模型坐标空间：在其中设定好各个零部件内部的位置信息
世界坐标空间：将模型放置在世界中
观察坐标空间：将观察者（摄像机）位置设为原点，观察方向为正方向的坐标系中的顶点位置
标准坐标空间：将三维坐标转化为二维坐标，并归一化至0~1或-1~1，使其不受不同分辨率、纵横比的显示设备所影响
屏幕坐标空间：根据具体的屏幕设置将其转化为对应的像素位置信息

图形函数

一个图形包中有许多不同的功能，可以将其分类如下：

基础的图形输出：点、直线、曲线、球、圆柱等等的绘制
属性：用于控制如何绘制基础图形，如颜色、线型、填充方式等
几何变换：大小、位置、旋转
（可选）模型变换：通常会提供针对复杂模型的构建功能，即使用树形结构将模型的各个零部件进行连接
显示变换：将图形显示到输出设备上，如更改场景视图、投射方式、相机位置、光照等
输入函数：控制输入
控制操作：如清空屏幕、初始化参数等

软件标准

为了保证在某一硬件设备上使用图形包所完成的工作在其他硬件上的可移植性，需要制定具体的标准。目前存在过的标准如下：

Graphical Kernal System（GKS）：第一个图形软件标准，主要为二维
Programmer’s Hierarchical Interactive Graphic System（PHIGS）：GKS的扩展
PHIGS+：增加了三维渲染
Graphics Library（GL）：主要为快速的实时渲染所设计
OpenGL：三维为主，当z=0时可表示二维，是当前最流行的图形软件包

其它图形包

这里简单列举，不做具体介绍：
Open Inventor、Virtual-Reality Modeling Language（VRML）、Java 2D、Java 3D、RenderMan Interface

OpenGL介绍

基础语法

基本库：gl开头，接下来的单词第一个字母大写，如glBegin，glClear，glCopyPixels，glPolygonMode等
符号常量：GL开头，接下划线和大写字母，如GL_2D，GL_RGB，GL_CCW，GL_POLYGON，GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE等
特殊数据类型：GL开头，接小写单词，如GLbyte，GLshort，GLint，GLfloat，GLdouble，GLboolean等
```
   一些函数的参数会使用指向数组的指针来完成调用。
```

头文件

通常可以使用
#include<GL/glut.h>或#include<GLUT/glut.h>
直接代替以下的复杂头文件：

    #include<windows.h>#include<GL/gl.h>#include<GL/glu.h>

使用GLUT进行Windows窗口展示

初始化GLUT：glutInit(&argc, argv);
创建窗口并赋名：glutCreateWindow(“An Example OpenGL Program”);——参数为该窗口的标题栏名称
创建图片：glutDisplayFunc(lineSegment);——这里的参数是一个在其他位置定义好的函数，通过调用绘制函数中所提供的操作
完成创建过程：glutMainLoop();——必须放在代码的最后，进入GLUT事件处理循环，让所有的与“事件”有关的函数调用无限循环，同时等待输入
设置窗口位置：glutInitWindowPosition(50, 100);——以屏幕的左上角为原点，以像素为单位
设置窗口大小：glutInitWindowSize(400, 300);——窗口的长度、宽度，单位为像素
设置显示模式：glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGB);——这里的两个参数为默认参数

一个完整的OpenGL程序

选择背景颜色：glClearColor(1.0, 1.0, 1.0, 0.0);——分别代表RGBA的值，这里为白色，该函数并没有把显示窗口放到屏幕上，而是使用该颜色值清空了缓存区，要想从缓存中将该函数的值读取到屏幕中，需要调用函数glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);——该函数的参数是代表颜色缓存中的比特值的常量
设置颜色：glColor3f(0.0, 0.4, 0.2);——其中“3”和“f”都是可选参数，所设置的颜色对下面的代码都管用，后出现的glColor3f颜色会覆盖前面的glColor3f对再接下来的代码产生作用
使用二维场景所需的操作：glMatrixMode(GL_PROJECTION); gluOrtho2D(0.0, 200.0, 0.0, 150.0);——窗口大小即位置为（从左下角开始）x轴0-200，y轴0-150，该范围外的图像不会显示
绘制图像的过程：
glBegin(GL_LINES);
…glVertex2i(180, 15);——左下角为原点
…glVertex2i(10, 145);
glEnd();
使所有OpenGL函数开始运行：glFlush();——强制刷新缓冲，保证绘图命令将被执行，而不是存储在缓冲区中等待其他的OpenGL命令

下面是一个完整的OpenGL例子：

#include <GL/glut.h>      //or othersvoid init(void)
{glClearColor(1.0, 1.0, 1.0, 0.0);    //Set diplay-window color to whiteglMatrixMode(GL_PROJECTION);    //Set projection parametersgluOrtho2D(0.0, 200.0, 0.0, 150.0);
}void lineSegment(void)
{glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);    //Clear display windowglColor3f(0.0, 0.4, 0.2);    //Set line segment color to greenglBegin(GL_LINES);glVertex2i(180, 15);    //Specify line-segment geometryglVertex2i(10, 145);glEnd();glFlush();    //Process all OpenGL routines as quickly as possible
}void main(int argc, char** argv)
{glutInit(&argc, argv);    //Initialize GLUTglutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGB);    //Set display modeglutInitWindowPosition(50, 100);    //Set top-left display-window positionglutINitWindowSize(400, 300);    //Set display-window width and heightglutCreateWindow("An Example OpenGL Program")    //Create display windowinit();    //Execute initialization procedureglutDisplayFunc(lineSegment);    //Send graphics to display windowglutMainLoop();    //Display everything and wait
}

OpenGL中的错误处理

推荐在每个程序中都加入一个通用的错误报告函数，如：

#include <stdio.h>GLenum erorCheck()
{glenum code;const GLubyte *string;code = glGetError();if(code != GL_NO_ERROR){string = gluErrorString(code);fprintf(stderr, "OpenGL error: %s\n", string);}return code;
}

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