Linux下的OpenGL编程

OpenGL是一个工业标准的三维计算机图形软件接口，它由SGI公司发布并广泛应用于Unix、OS/2、Windows/NT等多种平台，当然也包括Linux。在Windows/NT平台上，一般的开发工具如VC、BC、Fortran Powerstation等都支持直接的OpenGL应用的开发；在商用Unix平台上，Motif同样很好的支持OpenGL（毕竟OpenGL最初是工作站上的东西）；那么在Linux上呢？
　　　　本文不着力于OpenGL编程的方法和技巧，而是把重点放在如何在Linux平台上开发OpenGL程序。介绍支持OpenGL的几个工具包，并辅以详细的实例来阐述。
　　
　　1. Linux下OpenGL编程环境简介
　　
　　　　OpenGL不是自由软件，它的版权、商标（OpenGL这个名字）都归SGI公司所有。但在Linux下有OpenGL的取代产品：Mesa。Mesa提供和OpenGL几乎完全一致的接口，对利用OpenGL API编程的人来说，几乎感觉不到任何差异。Mesa是遵循GPL协议（部分遵循LGPL协议）的自由软件，而且，正是由于Mesa的自由性，它在对新硬件的支持度等方面都超过了OpenGL。Mesa可以从取得。得到Mesa后，依照说明即可生成编写程序所需要的动态、静态连接库和头文件。
　　　　了解OpenGL的读者都知道，OpenGL本身只提供三维图形接口，不具备绘制窗口、接受响应、处理消息等功能。这些功能必须由第三方的开发环境提供，如上面提及的VC等等。有人会想，既然在Motif下可以开发OpenGL程序，那么，使用Linux下的Lesstif也应该可以。是的，的确可以，但不幸的是，Linux下的Lesstif是一个很不成熟的产品，而且也不具有可移植性，所以应用Lesstif开发的人很少。下面我们简单介绍几个常用的工具包。
　　　　在Linux下开发OpenGL程序，最常用的工具是GLUT（The OpenGL Utility Toolkit）。它可以创建一个或多个OpenGL窗口，响应、处理用户的交互操作、简单的弹出式菜单以及一些内置的绘图和字体处理功能。GLUT和OpenGL一样，可以移植于多种平台。由于它良好的表现，现在它已经成为Mesa发布的标准套件之一。
　　　　另一个很好的开发工具包是FLTK（Fast Light Tool Kit），这是一个用C++编写的图形界面开发工具。和GTK++、KDE不同，它只关注于图形界面的设计，而尽量不牵涉其他的实际应用。这个特点使得它比其他许多开发工具简练和高效。而且，它同样也是一个具有良好移植性的开发工具。事实上，它现在正引来越来越多人的兴趣，许多商业软件（尤其是致力于开发嵌入式桌面系统的软件）都选用了它作为图形界面的开发工具。关于它的详细情况参见作者的另一篇文章《FLTK---一个优秀的图形界面开发工具包》。在FLTK里有一个组件：Fl_Gl_Window是专门的OpenGL窗口，利用它开发OpenGL程序相当方便。
　　　　最后要提的是GTK和KDE，它们是目前在Linux下用的最多的开发工具。GTK本身并不直接支持OpenGL（新的版本是否支持，尚不太清楚），但有人开发了支持OpenGL的Widget，叫做GLAREA，需要的读者可以到网上去查找或者与本文作者联系。KDE提供了对OpenGL的支持，但它的缺陷之一是KDE只运行于Linux系统，不具有可移植性。在这里，我将主要向大家介绍前面两个工具包。
　　
　　2. 用GLUT开发OpenGL程序
　　
　　2.1 如何获得
　　　　GLUT可以从Mesa中获得，读者也可以直接到它的主页去下载它：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。按照说明安装后在OpenGL的头文件GL目录下将会有GLUT的头文件glut.h，同时安装的还有库文件libglut.a或libglut.so。有了它们以后，就可以用GLUT来编程了。
　　
　　2.2 一个简单的例子
　　下面，我们先看一个简单的例子。这个例子画一个立体的球。
　　/* light.c
　　此程序利用GLUT绘制一个OpenGL窗口，并显示一个加以光照的球。
　　*/
　　/* 由于头文件glut.h中已经包含了头文件gl.h和glu.h，所以只需要include 此文件*/
　　# include
　　# include
　　
　　/* 初始化材料属性、光源属性、光照模型，打开深度缓冲区 */
　　void init ( void )
　　{
　　GLfloat mat_specular [ ] = { 1.0, 1.0, 1.0, 1.0 };
　　GLfloat mat_shininess [ ] = { 50.0 };
　　GLfloat light_position [ ] = { 1.0, 1.0, 1.0, 0.0 };
　　
　　glClearColor ( 0.0, 0.0, 0.0, 0.0 );
　　glShadeModel ( GL_SMOOTH );
　　
　　glMaterialfv ( GL_FRONT, GL_SPECULAR, mat_specular);
　　glMaterialfv ( GL_FRONT, GL_SHININESS, mat_shininess);
　　glLightfv ( GL_LIGHT0, GL_POSITION, light_position);
　　
　　glEnable (GL_LIGHTING);
　　glEnable (GL_LIGHT0);
　　glEnable (GL_DEPTH_TEST);
　　}
　　/*调用GLUT函数，绘制一个球*/
　　void display ( void )
　　{
　　glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
　　glutSolidSphere (1.0, 40, 50);
　　glFlush ();
　　}
　　/* 定义GLUT的reshape函数，w、h分别是当前窗口的宽和高*/
　　void reshape (int w, int h)
　　{
　　glViewport (0, 0, (GLsizei) w, (GLsizei) h);
　　glMatrixMode (GL_PROJECTION);
　　glLoadIdentity ( );
　　if (w  2 )
　　{
　　glBegin( GL_LINES );
　　glVertex2fv( contours[contour_cnt].p[0] );
　　glVertex2fv( contours[contour_cnt].p[point_cnt-1] );
　　contours[contour_cnt].p[point_cnt][0] = -1;
　　glEnd();
　　glFinish();
　　contour_cnt++;
　　contours[contour_cnt].point_cnt = 0;
　　}
　　}
　　
　　/* 处理鼠标响应的函数，根据按键的类型调用不同的函数：左键和中键。 */
　　void mouse_clicked( int button, int state, int x, int y )
　　{
　　/* 将OpenGL的像素坐标换为背景的网格坐标，背景网格为边长为10的小正方形 */
　　x -= x%10;
　　y -= y%10;
　　switch ( button ) {
　　case GLUT_LEFT_BUTTON: /* GLUT发现左键被点击 */
　　if ( state == GLUT_DOWN ) {
　　left_down( x, y );
　　}
　　break;
　　case GLUT_MIDDLE_BUTTON: /* 中键被点击 */
　　if ( state == GLUT_DOWN ) {
　　middle_down( x, y );
　　}
　　break;
　　}
　　}
　　/* OpenGL绘制函数，有两种模式 */
　　void display( void )
　　{
　　GLuint i,j;
　　GLuint point_cnt;
　　
　　glClear( GL_COLOR_BUFFER_BIT );
　　switch ( mode )
　　{
　　case DEFINE: /* 多边形定义阶段 */
　　/* 绘制网格，单个网格大小为10像素，网格数目取决于OpenGL窗口大小 */
　　glColor3f ( 0.6, 0.5, 0.5 );
　　glBegin ( GL_LINES );
　　for ( i = 0 ; i show();
　　// 进入消息循环
　　return Fl::run();
　　}
　　我们编译、连接并执行程序，就可以得到如图五所示的结果。从上面的例子我们可以看出使用FLTK编写OpenGL程序的一些优点，和GLUT它结构清晰，使用方便，而且它和GLUT是兼容的。除了glutInit（）、glutMainLoop（）等少数函数外，大部分GLUT函数可以在FLTK中使用。FLTK本身也提供了许多OpenGL函数，如绘制字符串的gl_draw（）等。
　　
　　4. 结束语
　　
　　　　熟悉掌握了Linux下OpenGL的开发环境距离开发OpenGL程序还有很大的距离，毕竟问题的难点是如何很好的使用OpenGL的API。本文为即将在Linux下开发OpenGL的读者作一些铺垫和准备工作，希望并相信对大家有所帮助。