OpenGL基础教程

文章目录

OpenGL基础教程
- 一、OpenGL的组成
- - 1、OpenGL库
  - 2、OpenGL实用库
  - 3、OpenGL辅助库
- 二、OpenGL的工作顺序
- 三、OpenGL的基本语法
- - 1、命名规则
  - 2、数据类型
- 三、OpenGL程序实例
- - 1、头文件包含
  - 2、窗口管理
- 四、OpenGL程序的基本结构
- - 1、初始化
  - 2、设置取景模式
  - - 1）平行投影：`glOrtho()`
    - 2）透视投影：gluPerspective()
    - 3）视口变换：`void glViewport();`
    - 4）`glOrtho()`和`glViewport()`的关系
  - 3、几何变换/光照处理
- 五、OpenGL程序实例——绘制图形

一、OpenGL的组成

1、OpenGL库

包括115个基本函数
函数以gl开头

例：glColor3f(), glTranslate3f().
完成图元的定义、几何变换、投影等功能

2、OpenGL实用库

实用函数43个
函数以glu开头
例：gluPerspective();
完成更高层的图形处理如曲线曲面的生成、图象操作等

3、OpenGL辅助库

包括函数31个
函数以aux开头
例：auxInitWindow();
主要用于窗口管理

二、OpenGL的工作顺序

构造几何要素（点，线，多边形，图象，位图）,创建对象的数学描述。
在三维空间上放置对象，选择有利的场景观察点。
计算对象的颜色，这些颜色可能直接定义，或由光照条件及纹理间接给出。
光栅化，把对象的数学描述和颜色信息转换到屏幕的象素。另外，也可能执行消隐，以及对象素的操作。

三、OpenGL的基本语法

1、命名规则

OpenGL函数都遵循一个命名约定，即采用以下格式：
<库前缀><根命今><可选的参数个数><可选的参数类型>
例如函数glColor3f(...), gl表示这个函数来自库gl.h,color表示该函数用于颜色设定，3f表示这个函数采用了三个浮点数参数。
void glVertex3fv(Glfloat *vertex)

前缀：
- gI,glu,aux,glut—该函数属于哪个函数库
后缀：
- 2,3,4 — 参数的维数
- b,s,I,f,d,ub,us,ui — 参数的数据类型
- v ---- 以数组方式传递参数
函数名中的单词首写字母大写

2、数据类型

三、OpenGL程序实例

1、头文件包含

利用OpenGL实现图形绘制，首先要引入OpenGL核心库以及其他需要使用的库的头文件。

GLUT保证了gl.h和glu.h被正确包含。

#include <gl/glut.h>
#include <windows.h>

2、窗口管理

初始化（glutlnit)
创建窗口（glutCreateWindow)
设定窗口的显示模式（glutlnitDisplayMode)
指定窗口的位置和大小（glutlnitWindowPosition和glutlnitWindowSize)
指定窗口的显示内容函数（glutDisplayFunc)
运行框架（glutMainLoop)

int main( int argc, char **argv)
{ glutInit( &argc, argv); // GLUT 初始化函数
// 设置窗口大小 (width, height)
glutInitWindowSize(400, 400);
// 设置窗口位置, 从左上角开始
glutInitWindowPosition(200, 100);
// 创建绘制窗口
glutCreateWindow( "Green Triangle");
// 设置绘制回调函数，把一个绘制函数的指针传给系统，
//系统会在需要重绘的时候自动来调用你提供的绘制函数
glutDisplayFunc(display);
init(); // 初始化
glutMainLoop(); // 进入GLUT的主消息循环，直到绘制窗口
// 被关闭时该行代码才执行完毕,进入下一行
return 0; // 程序退出
}

四、OpenGL程序的基本结构

1、初始化

第一部分是初始化部分：

主要是设置一些OpenGL的状态开关，如颜色模式（RGBA或ALPHA)的选择，是否作光照处理（若有的话，还需设置光源的特性）,深度检验，裁剪等等。
这些状态一般都用函数glEnable(), glDisable(???)来设置，???表示特定的状态。

2、设置取景模式

第二部分设置观察坐标系下的取景模式。主要用到两个函数：

1）平行投影：`glOrtho()`

void glOrtho(left,right,bottom,top,near,far)；设置投影方式为正交投影（平行投影）,其取景体积是一个各面均为矩形的六面体；

设置一个长宽高一定的投影矩阵，通俗点讲就是设置摄影机所能照射的范围。
在一个漆黑的舞台上，如果舞台上的物体超出了这个范围那就显示不出来，只有刚好在摄影机照射的范围内才能完全显示。
例如：工程图采用的是正交投影：

2）透视投影：gluPerspective()

void gluPerspective(fovy,aspect,zNear,zFar)
设置投影方式为透视投影，其取景体积是一个截头锥体，在这
个体积内的物体投影到锥的顶点。

例如：火车道，感觉很远处会交于一处（Vanishing point)

3）视口变换：`void glViewport();`

void glViewport(left,top,right,bottom);设置在屏幕上的窗口大小，四个参数描述屏幕窗口四个角上的坐标（以象素表示）;
glViewport在默认情况下，视口被设置为占据打开窗口的整个像素矩形，窗口大小和设置视口大小相同，所以为了选择一个更小的绘图区域，就可以用glViewport函数来实现这一变换，在窗口中定义一个像素矩形，最终将图像映射到这个矩形中。例如可以对窗口区域进行划分，在同一个窗口中显示分割屏幕的效果，以显示多个视图。

#include "stdafx.h"
#include <math.h>
#define GLUT_DISABLE_ATEXIT_HACK
#include "gl/glut.h“void myDisplay()
{glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);glColor3f(1.0, 0.0, 0.0);//画分割线，分成四个视见区  glViewport(0, 0, 400, 400);glBegin(GL_LINES);glVertex2f(-1.0, 0);glVertex2f(1.0, 0);glVertex2f(0.0, -1.0);glVertex2f(0.0, 1.0);glEnd(); //定义在左下角的区域  glColor3f(0.0, 1.0, 0.0);glViewport(0, 0, 200, 200);glBegin(GL_POLYGON);glVertex2f(-0.5, -0.5);glVertex2f(-0.5, 0.5);glVertex2f(0.5, 0.5);glVertex2f(0.5, -0.5);glEnd(); //定义在右上角的区域  glColor3f(0.0, 0.0, 1.0);glViewport(200, 200, 400, 400);glBegin(GL_POLYGON);glVertex2f(-0.5, -0.5);glVertex2f(-0.5, 0.5);glVertex2f(0.5, 0.5);glVertex2f(0.5, -0.5);glEnd();//定义在左上角的区域  glColor3f(1.0, 0.0, 0.0);glViewport(0, 200, 200, 400);  glBegin(GL_POLYGON);glVertex2f(-0.5, -0.5);glVertex2f(-0.5, 0.5);glVertex2f(0.5, 0.5);glVertex2f(0.5, -0.5);glEnd(); //定义在右下角  glColor3f(1.0, 1.0, 1.0);glViewport(200, 0, 400, 200);glBegin(GL_POLYGON);glVertex2f(-0.5, -0.5);glVertex2f(-0.5, 0.5);glVertex2f(0.5, 0.5);glVertex2f(0.5, -0.5);glEnd();glFlush();} int main(int argc, char *argv[])
{glutInit(&argc, argv);glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_SINGLE);glutInitWindowPosition(100, 100);glutInitWindowSize(400, 400);glutCreateWindow("OpenGL程序");glutDisplayFunc(&myDisplay);glutMainLoop();return 0;
}

4）`glOrtho()`和`glViewport()`的关系

假设有一个球体，半径为1，圆心在(0, 0, 0)，那么，我们设定glOrtho(-1.5, 1.5, -1.5, 1.5, -10, 10);就表示用一个宽高都是3的框把这个球体整个都装了进来。

如果设定glOrtho(0.0, 1.5, -1.5, 1.5, -10, 10);就表示用一个宽是1.5，高是3的框框把整个球体的右面装进来;

glOrtho函数只是负责使用什么样的视景体来截取图像，并不负责使用某种规则把图像呈现在屏幕上。
glViewport主要完成这样的功能。它负责把视景体截取的图像按照怎样的高和宽显示到屏幕上。

比如：如果我们使用glut库建立一个窗体:glutInitWindowSize(500, 500); 然后使用glutReshapeFunc(reshape);

reshape代码如下：
```
void reshape(int width, int height){glViewport(0, 0, (GLsizei)width, (GLsizei)height);glMatrixModel(GL_PROJECTION);glLoadIdentity();glOrtho(-1.5, 1.5, -1.5, 1.5, -10, 10);....
}
```
这样是可以看到一个正常的球体的。

3、几何变换/光照处理

第三部分是OpenGL的主要部分，使用OpenGL的库函数构造几何物体对象的数学描述，包括点线面的位置和拓扑关系，几何变换，光照处理等等。

五、OpenGL程序实例——绘制图形

清除当前窗口的内容，以免影响绘图的效果

void glClearColor (red, green, blue, alpha);
给定当前屏幕的背景设置颜色，red, green, blue, alpha为RGBA颜色值.

指定窗口背景色（ glClearColor）
颜色管理，使用RGB颜色模型。一种颜色用红、绿、蓝三种颜色成分混合而成，每种颜色成分使用0.0到1.0之间的任意有效浮点数来表示颜色值。

接下来的内容参考OpenGL入门教程