學習書籍： OpenGL 超級寶典(中文第五版) 密碼:fu4w
書籍原始碼：OpenGL 超級寶典第五版原始碼 密碼:oyb4
環境搭建：OpenGL 學習 01 - Mac 搭建 OpenGL 環境
基本概念
著色器
OpenGL 著色器傳遞渲染資料方法：
- 屬性值：對頂點資料作改變的資料元素
- Uniform 值：系統定義的統一列舉值
- 紋理：圖片檔案等大型資料塊
屬性值型別：
- XYZ 頂點座標 ->
GLT_ATTRIBUTE_VERTEX - RGBA 顏色值 ->
GLT_ATTRIBUTE_COLOR - XYZ 表面法線 ->
GLT_ATTRIBUTE_NORMAL - 第一對 ST 紋理座標 ->
GLT_ATTRIBUTE_TEXTURE0 - 第二對 ST 紋理座標 ->
GLT_ATTRIBUTE_TEXTURE1
Uniform 值：
- 單位著色器 ->
GLT_SHADER_IDENTITY引數：基本色 - 平面著色器 ->
GLT_SHADER_FLAT引數：模型矩陣 + 基本色 - 上色著色器 ->
GLT_SHADER_SHADED引數：模型矩陣 - 預設光源著色器 ->
GLT_SHADER_DEFAULT_LIGHT引數：模型矩陣 + 投影矩陣 + 基本色 - 點光源著色器 ->
GLT_SHADER_POINT_LIGHT_DIFF引數：模型矩陣 + 投影矩陣 + 光源位置 + 基本色 - 紋理替換著色器 ->
GLT_SHADER_TEXTURE_REPLACE引數：模型矩陣 + 紋理單元 - 紋理調整著色器 ->
GLT_SHADER_TEXTURE_MODULATE引數：模型矩陣 + 基本色 + 紋理單元 - 紋理光源著色器 ->
GLT_SHADER_TEXTURE_POINT_LIGHT_DIFF引數：模型矩陣 + 投影矩陣 + 光源位置 + 基本色 + 紋理單元
// 定義著色器管理器
GLShaderManager shaderManager;
// 初始化著色器管理器
shaderManager.InitializeStockShaders();
// 使用著色器
shaderManager.UseStockShader(引數...);
複製程式碼座標系
正投影：在正投影中，所有在這個空間範圍內的所有東西都會被顯示在螢幕上，看不出遠近的區別
透視投影：透視投影會進行透視除法對距離觀察者很遠的物件進行縮短和收縮，也就是離視點越遠，在視點看來物體越小，能看出遠近的區別
圖元
OpenGL 系統定義的 7 種圖元型別：
- 點 ->
GL_POINTS：螢幕上單獨的點 - 線段 ->
GL_LINES：每對頂點定義一條線段 - 線條 ->
GL_LINE_STRIP：從起始點依次經過所有後續點的線條 - 閉合線條 ->
GL_LINE_LOOP：起始點和終點相連的線條 - 三角形 ->
GL_TRIANGLES：每 3 個頂點定義一個三角形 - 三角形條帶 ->
GL_TRIANGLE_STRIP：共用一個條帶上頂點的一組三角形 - 三角形扇 ->
GL_TRIANGLE_FAN：以圓點為中心呈扇形的共用相鄰頂點的一組三角形
// 批次初始化
GLBatch batch;
batch.Begin(圖元型別, 頂點數);
batch.CopyVertexData3f(頂點資料);
batch.End();
複製程式碼環繞
環繞即各個點連線的順序，在預設情況下，OpenGL 認為具有逆時針方向環繞的多邊形是正面，因為我們會需要為多邊形的正面和背面設定不同的物理特徵。
原始碼解析
改變點大小
// 預設情況下，點大小和其他圖形不同，並不會受到透視除法影響
void glPointSize(GLfloat size);
複製程式碼獲取支援的點大小範圍和步長(增量)
GLfloat sizes[2];
GLfloat step;
// 獲取支援的點大小範圍
glGetFloatv(GL_POINT_SIZE_RANGE, sizes);
// 獲取支援的點步長(增量)
glGetFloatv(GL_POINT_SIZE_GRANULARITY, &step);
複製程式碼改變線寬度
void glLineWidth(GLfloat width);
複製程式碼改變預設正面規則
/*
* GL_CW - 環繞順時針為正面，
* GL_CCW - 環繞逆時針為正面
*/
glFrontFace(GL_CW);
複製程式碼監聽普通按鍵點選事件
// 自定義普通按鍵點選監聽
void KeyPressFunc(unsigned char key, int x, int y) {
// 處理
}
// 註冊普通按鍵點選回撥
glutKeyboardFunc(KeyPressFunc);
複製程式碼綜合原始碼分析
#include <GLTools.h>
#include <GLMatrixStack.h>
#include <GLFrame.h>
#include <GLFrustum.h>
#include <GLBatch.h>
#include <GLGeometryTransform.h>
#include <math.h>
#include <glut/glut.h>
GLShaderManager shaderManager;
GLMatrixStack modelViewMatrix;
GLMatrixStack projectionMatrix;
GLFrame cameraFrame;
GLFrame objectFrame;
GLFrustum viewFrustum;
//各種圖元的批次
GLBatch pointBatch;
GLBatch lineBatch;
GLBatch lineStripBatch;
GLBatch lineLoopBatch;
GLBatch triangleBatch;
GLBatch triangleStripBatch;
GLBatch triangleFanBatch;
//變換管線
GLGeometryTransform transformPipeline;
GLfloat vGreen[] = { 0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f };
GLfloat vBlack[] = { 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f };
GLfloat vCoast[24][3] = {
{2.80, 1.20, 0.0 }, {2.0, 1.20, 0.0 },
{2.0, 1.08, 0.0 }, {2.0, 1.08, 0.0 },
{0.0, 0.80, 0.0 }, {-.32, 0.40, 0.0 },
{-.48, 0.2, 0.0 }, {-.40, 0.0, 0.0 },
{-.60, -.40, 0.0 }, {-.80, -.80, 0.0 },
{-.80, -1.4, 0.0 }, {-.40, -1.60, 0.0 },
{0.0, -1.20, 0.0 }, { .2, -.80, 0.0 },
{.48, -.40, 0.0 }, {.52, -.20, 0.0 },
{.48, .20, 0.0 }, {.80, .40, 0.0 },
{1.20, .80, 0.0 }, {1.60, .60, 0.0 },
{2.0, .60, 0.0 }, {2.2, .80, 0.0 },
{2.40, 1.0, 0.0 }, {2.80, 1.0, 0.0 }
};
int nStep = 0;
//初始化點批次
void SetupPointBatch() {
pointBatch.Begin(GL_POINTS, 24);
pointBatch.CopyVertexData3f(vCoast);
pointBatch.End();
}
//初始化線批次
void SetupLineBatch() {
lineBatch.Begin(GL_LINES, 24);
lineBatch.CopyVertexData3f(vCoast);
lineBatch.End();
}
//初始化線條批次
void SetupLineStripBatch() {
lineStripBatch.Begin(GL_LINE_STRIP, 24);
lineStripBatch.CopyVertexData3f(vCoast);
lineStripBatch.End();
}
//初始化閉合線條批次
void SetupLineLoopBatch() {
lineLoopBatch.Begin(GL_LINE_LOOP, 24);
lineLoopBatch.CopyVertexData3f(vCoast);
lineLoopBatch.End();
}
//初始化三角形批次
void SetupTriangleBatch() {
GLfloat vPyramid[12][3] = {
-2.0f, 0.0f, -2.0f,
2.0f, 0.0f, -2.0f,
0.0f, 4.0f, 0.0f,
2.0f, 0.0f, -2.0f,
2.0f, 0.0f, 2.0f,
0.0f, 4.0f, 0.0f,
2.0f, 0.0f, 2.0f,
-2.0f, 0.0f, 2.0f,
0.0f, 4.0f, 0.0f,
-2.0f, 0.0f, 2.0f,
-2.0f, 0.0f, -2.0f,
0.0f, 4.0f, 0.0f
};
triangleBatch.Begin(GL_TRIANGLES, 12);
triangleBatch.CopyVertexData3f(vPyramid);
triangleBatch.End();
}
//初始化三角形帶批次
void SetupTriangleStripBatch() {
// 用程式碼生成三角形帶的頂點位置
// x,y,z 座標的點
GLfloat vPoints[100][3];
int iCounter = 0;
GLfloat radius = 3.0f;
GLfloat height = 1.0f;
for(GLfloat angle = 0.0f; angle <= M3D_2PI; angle += 0.3f) {
GLfloat x = radius * sin(angle);
GLfloat y = radius * cos(angle);
vPoints[iCounter][0] = x;
vPoints[iCounter][1] = y;
vPoints[iCounter][2] = 0;
iCounter++;
vPoints[iCounter][0] = x;
vPoints[iCounter][1] = y;
vPoints[iCounter][2] = height;
iCounter++;
}
//使三角形帶閉合
vPoints[iCounter][0] = vPoints[0][0];
vPoints[iCounter][1] = vPoints[0][1];
vPoints[iCounter][2] = 0;
iCounter++;
vPoints[iCounter][0] = vPoints[1][0];
vPoints[iCounter][1] = vPoints[1][1];
vPoints[iCounter][2] = height;
iCounter++;
//三角形帶批次初始化
triangleStripBatch.Begin(GL_TRIANGLE_STRIP, iCounter);
triangleStripBatch.CopyVertexData3f(vPoints);
triangleStripBatch.End();
}
//初始化三角形扇批次
void SetupTriangleFanBatch() {
// 用程式碼生成三角形扇的頂點位置
// x,y,z 座標的點
GLfloat vPoints[100][3];
int nVerts = 0;
GLfloat r = 3.0f;
vPoints[nVerts][0] = 0.0f;
vPoints[nVerts][1] = 0.0f;
vPoints[nVerts][2] = 0.0f;
for (GLfloat angle = 0; angle < M3D_2PI; angle += M3D_2PI / 6.0f) {
nVerts++;
vPoints[nVerts][0] = float(cos(angle)) * r;
vPoints[nVerts][1] = float(sin(angle)) * r;
vPoints[nVerts][2] = -r;
}
//使三角形扇閉合
nVerts++;
vPoints[nVerts][0] = r;
vPoints[nVerts][1] = 0;
vPoints[nVerts][2] = 0.0f;
//三角形扇批次初始化
triangleFanBatch.Begin(GL_TRIANGLE_FAN, 8);
triangleFanBatch.CopyVertexData3f(vPoints);
triangleFanBatch.End();
}
//為程式作一次性的設定
void SetupRC() {
//設定視窗背景顏色
glClearColor(0.7f, 0.7f, 0.7f, 1.0f );
//初始化著色器管理器
shaderManager.InitializeStockShaders();
//開啟深度測試
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
//設定變換管線以使用兩個矩陣堆疊
transformPipeline.SetMatrixStacks(modelViewMatrix, projectionMatrix);
//移動攝像機的位置
cameraFrame.MoveForward(-15.0f);
//準備畫圖要用的批次
SetupPointBatch();
SetupLineBatch();
SetupLineStripBatch();
SetupLineLoopBatch();
SetupTriangleBatch();
SetupTriangleFanBatch();
SetupTriangleStripBatch();
}
//畫點
void DrawPointBatch(GLBatch* pBatch) {
//使用著色器
shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT, transformPipeline.GetModelViewProjectionMatrix(), vBlack);
//設定點大小
glPointSize(4.0f);
//畫點
pBatch->Draw();
//還原繪畫環境
glPointSize(1.0f);
}
//畫線
void DrawLineBatch(GLBatch* pBatch) {
//使用著色器
shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT, transformPipeline.GetModelViewProjectionMatrix(), vBlack);
//設定線粗
glLineWidth(2.0f);
//畫線
pBatch->Draw();
//還原繪畫環境
glLineWidth(1.0f);
}
//畫三角形
void DrawTriangleBatch(GLBatch* pBatch) {
//畫綠色面
shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT, transformPipeline.GetModelViewProjectionMatrix(), vGreen);
pBatch->Draw();
//開啟調節片段的深度值，使深度值產生偏移而不實際改變 3D 空間的物理位置
glPolygonOffset(-1.0f, -1.0f);
glEnable(GL_POLYGON_OFFSET_LINE);
//開啟線條的抗鋸齒
glEnable(GL_LINE_SMOOTH);
//開啟顏色混合
glEnable(GL_BLEND);
glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);
//多邊形模式切換為前後面的線模式
glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_LINE);
//畫邊界黑線
glLineWidth(2.5f);
shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT, transformPipeline.GetModelViewProjectionMatrix(), vBlack);
pBatch->Draw();
//還原繪畫環境
glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_FILL);
glDisable(GL_POLYGON_OFFSET_LINE);
glLineWidth(1.0f);
glDisable(GL_BLEND);
glDisable(GL_LINE_SMOOTH);
}
//渲染畫面
void RenderScene(void) {
//清除一個或一組特定的緩衝區
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT | GL_STENCIL_BUFFER_BIT);
//儲存當前的模型檢視矩陣 (單位矩陣)
modelViewMatrix.PushMatrix();
//MultMatrix: 用一個矩陣乘以矩陣堆疊的頂部矩陣，相乘得到的結果隨後將儲存在堆疊的頂部
//處理模型相對於攝像機的位置
M3DMatrix44f mCamera;
cameraFrame.GetCameraMatrix(mCamera);
modelViewMatrix.MultMatrix(mCamera);
//處理模型自身的旋轉
M3DMatrix44f mObjectFrame;
objectFrame.GetCameraMatrix(mObjectFrame);
modelViewMatrix.MultMatrix(mObjectFrame);
//畫圖
switch(nStep) {
case 0: DrawPointBatch(&pointBatch); break;
case 1: DrawLineBatch(&lineBatch); break;
case 2: DrawLineBatch(&lineStripBatch); break;
case 3: DrawLineBatch(&lineLoopBatch); break;
case 4: DrawTriangleBatch(&triangleBatch); break;
case 5: DrawTriangleBatch(&triangleStripBatch); break;
case 6: DrawTriangleBatch(&triangleFanBatch); break;
}
// 還原以前的模型檢視矩陣 (單位矩陣)
modelViewMatrix.PopMatrix();
//將在後臺緩衝區進行渲染，然後在結束時交換到前臺
glutSwapBuffers();
}
//特殊按鍵（功能鍵或者方向鍵）監聽
void SpecialKeys(int key, int x, int y) {
//上、下、左、右按鍵，3D 旋轉
/*
* RotateWorld(float fAngle, float x, float y, float z)
* fAngle: 旋轉弧度, x/y/z：以哪個座標軸旋轉
* m3dDegToRad：角度 -> 弧度
*/
switch (key) {
case GLUT_KEY_UP: objectFrame.RotateWorld(m3dDegToRad(-5.0f), 1.0f, 0.0f, 0.0f); break;
case GLUT_KEY_DOWN: objectFrame.RotateWorld(m3dDegToRad(5.0f), 1.0f, 0.0f, 0.0f); break;
case GLUT_KEY_LEFT: objectFrame.RotateWorld(m3dDegToRad(-5.0f), 0.0f, 1.0f, 0.0f); break;
case GLUT_KEY_RIGHT: objectFrame.RotateWorld(m3dDegToRad(5.0f), 0.0f, 1.0f, 0.0f); break;
default:
break;
}
//觸發渲染
glutPostRedisplay();
}
//普通按鍵監聽
void KeyPressFunc(unsigned char key, int x, int y) {
//空格鍵的 key = 32，計算空格鍵的按下次數，6次一迴圈
if (key == 32) {
nStep++;
if (nStep > 6) {
nStep = 0;
}
}
//切換視窗標題
switch(nStep) {
case 0: glutSetWindowTitle("GL_POINTS"); break;
case 1: glutSetWindowTitle("GL_LINES"); break;
case 2: glutSetWindowTitle("GL_LINE_STRIP"); break;
case 3: glutSetWindowTitle("GL_LINE_LOOP"); break;
case 4: glutSetWindowTitle("GL_TRIANGLES"); break;
case 5: glutSetWindowTitle("GL_TRIANGLE_STRIP"); break;
case 6: glutSetWindowTitle("GL_TRIANGLE_FAN"); break;
}
//觸發渲染
glutPostRedisplay();
}
//視窗大小改變時接受新的寬度和高度
void ChangeSize(int width, int height) {
// 防止下面除法的除數為0導致的閃退
if(height == 0) height = 1;
//設定檢視視窗位置
glViewport(0, 0, width, height);
// 建立投影矩陣，並將它載入到投影矩陣堆疊中
viewFrustum.SetPerspective(35.0f, float(width) / float(height), 1.0f, 500.0f);
projectionMatrix.LoadMatrix(viewFrustum.GetProjectionMatrix());
// 在模型檢視矩陣頂部載入單位矩陣
modelViewMatrix.LoadIdentity();
}
//程式入口
int main(int argc, char* argv[]) {
//設定當前工作目錄，針對MAC OS X
gltSetWorkingDirectory(argv[0]);
//初始化GLUT庫
glutInit(&argc, argv);
/*初始化渲染模式，其中標誌GLUT_DOUBLE、GLUT_RGBA、GLUT_DEPTH、GLUT_STENCIL分別指
雙緩衝視窗、RGBA顏色模式、深度測試、模板緩衝區*/
glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGBA | GLUT_DEPTH | GLUT_STENCIL);
//初始化視窗大小
glutInitWindowSize(800, 600);
//建立視窗
glutCreateWindow("GL_POINTS");
//註冊回撥函式
glutReshapeFunc(ChangeSize);
glutDisplayFunc(RenderScene);
glutSpecialFunc(SpecialKeys);
glutKeyboardFunc(KeyPressFunc);
//確保驅動程式的初始化中沒有出現任何問題。
GLenum err = glewInit();
if(GLEW_OK != err) {
fprintf(stderr, "glew error:%s\n", glewGetErrorString(err));
return 1;
}
//初始化設定
SetupRC();
//進入呼叫迴圈
glutMainLoop();
return 0;
}
複製程式碼
Demo 原始碼在這裡：github->openGLDemo->03-Primitives
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