分类： 嵌入式
2012-01-17 11:48:17
1、与C语言紧密结合。
OpenGL命令最初就是用C语言函数来进行描述的，对于学习过C语言的人来讲，OpenGL是容易理解和学习的。如果你曾经接触过TC的graphics.h，你会发现，使用OpenGL作图甚至比TC更加简单。
2、强大的可移植性。
微软的Direct3D虽然也是十分优秀的图形API，但它只用于Windows系统（现在还要加上一个XBOX游戏机）。而OpenGL不仅用于 Windows，还可以用于Unix/Linux等其它系统，它甚至在大型计算机、各种专业计算机（如：医疗用显示设备）上都有应用。并且，OpenGL 的基本命令都做到了硬件无关，甚至是平台无关。
3、高性能的图形渲染。
OpenGL是一个工业标准，它的技术紧跟时代，现今各个显卡厂家无一不对OpenGL提供强力支持，激烈的竞争中使得OpenGL性能一直领先。
总之，OpenGL是一个很NB的图形软件接口。至于究竟有多NB，去看看DOOM3和QUAKE4等专业游戏就知道了。
OpenGL官方网站（英文）
下面将对Windows下的OpenGL编程进行简单介绍。
学习OpenGL前的准备工作
第一步，选择一个编译环境
第二步，安装GLUT工具包
GLUT不是OpenGL所必须的，但它会给我们的学习带来一定的方便，推荐安装。
Windows环境下的GLUT下载地址：（大小约为150k）
/resources/libraries/glut/glutdlls37beta.zip
无法从以上地址下载的话请使用下面的连接:
Windows环境下安装GLUT的步骤：
1、将下载的压缩包解开，将得到5个文件
2、在“我的电脑”中搜索“gl.h”，并找到其所在文件夹（如果是VisualStudio2005，则应该是其安装目录下面的“VC\PlatformSDK\include\gl文件夹”）。把解压得到的glut.h放到这个文件夹。
3、把解压得到的glut.lib和glut32.lib放到静态函数库所在文件夹（如果是VisualStudio2005，则应该是其安装目录下面的“VC\lib”文件夹）。
4、把解压得到的glut.dll和glut32.dll放到操作系统目录下面的system32文件夹内。（典型的位置为：C:\Windows\System32）
第三步，建立一个OpenGL工程
这里以VisualStudio2005为例。
选择File->New->Project，然后选择Win32 Console Application，选择一个名字，然后按OK。
在谈出的对话框左边点Application Settings，找到Empty project并勾上，选择Finish。
然后向该工程添加一个代码文件，取名为“OpenGL.c”，注意用.c来作为文件结尾。
第一个OpenGL程序
一个简单的OpenGL程序如下：（注意，如果需要编译并运行，需要正确安装GLUT，安装方法如上所述）
#include
void myDisplay(void)
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glRectf(-0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.5f);
glFlush();
}
int main(int argc, char *argv[])
{
glutInit(&argc, argv);
glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_SINGLE);
glutInitWindowPosition(100, 100);
glutInitWindowSize(400, 400);
glutCreateWindow("第一个OpenGL程序");
glutDisplayFunc(&myDisplay);
glutMainLoop();
return 0;
}
该程序的作用是在一个黑色的窗口中央画一个白色的矩形。下面对各行语句进行说明。
首先，需要包含头文件#include
本来OpenGL程序一般还要包含
然后看main函数。
int main(int argc, char *argv[])，这个是带命令行参数的main函数，各位应该见过吧？没见过的同志们请多翻翻书，等弄明白了再往下看。
注意main函数中的各语句，除了最后的return之外，其余全部以glut开头。这种以glut开头的函数都是GLUT工具包所提供的函数，下面对用到的几个函数进行介绍。
1、glutInit，对GLUT进行初始化，这个函数必须在其它的GLUT使用之前调用一次。其格式比较死板，一般照抄这句glutInit(&argc, argv)就可以了。
2、 glutInitDisplayMode，设置显示方式，其中GLUT_RGB表示使用RGB颜色，与之对应的还有GLUT_INDEX（表示使用索引颜色）。GLUT_SINGLE表示使用单缓冲，与之对应的还有GLUT_DOUBLE（使用双缓冲）。更多信息，请自己Google。当然以后的教程也会有一些讲解。
3、glutInitWindowPosition，这个简单，设置窗口在屏幕中的位置。
4、glutInitWindowSize，这个也简单，设置窗口的大小。
5、glutCreateWindow，根据前面设置的信息创建窗口。参数将被作为窗口的标题。注意：窗口被创建后，并不立即显示到屏幕上。需要调用glutMainLoop才能看到窗口。
6、glutDisplayFunc，设置一个函数，当需要进行画图时，这个函数就会被调用。（这个说法不够准确，但准确的说法可能初学者不太好理解，暂时这样说吧）。
7、glutMainLoop，进行一个消息循环。（这个可能初学者也不太明白，现在只需要知道这个函数可以显示窗口，并且等待窗口关闭后才会返回，这就足够了。）
在glutDisplayFunc函数中，我们设置了“当需要画图时，请调用myDisplay函数”。于是myDisplay函数就用来画图。观察myDisplay中的三个函数调用，发现它们都以gl开头。这种以gl开头的函数都是OpenGL的标准函数，下面对用到的函数进行介绍。
1、glClear，清除。GL_COLOR_BUFFER_BIT表示清除颜色，glClear函数还可以清除其它的东西，但这里不作介绍。
2、glRectf，画一个矩形。四个参数分别表示了位于对角线上的两个点的横、纵坐标。
3、glFlush，保证前面的OpenGL命令立即执行（而不是让它们在缓冲区中等待）。其作用跟fflush(stdout)类似。
OpenGL入门学习[二]
本次课程所要讲的是绘制简单的几何图形，在实际绘制之前，让我们先熟悉一些概念。
一、点、直线和多边形
我们知道数学（具体的说，是几何学）中有点、直线和多边形的概念，但这些概念在计算机中会有所不同。
数学上的点，只有位置，没有大小。但在计算机中，无论计算精度如何提高，始终不能表示一个无穷小的点。另一方面，无论图形输出设备（例如，显示器）如何精确，始终不能输出一个无穷小的点。一般情况下，OpenGL中的点将被画成单个的像素（像素的概念，请自己搜索之~），虽然它可能足够小，但并不会是无穷小。同一像素上，OpenGL可以绘制许多坐标只有稍微不同的点，但该像素的具体颜色将取决于OpenGL的实现。当然，过度的注意细节就是钻牛角尖，我们大可不必花费过多的精力去研究“多个点如何画到同一像素上”。
同样的，数学上的直线没有宽度，但OpenGL的直线则是有宽度的。同时，OpenGL的直线必须是有限长度，而不是像数学概念那样是无限的。可以认为，OpenGL的“直线”概念与数学上的“线段”接近，它可以由两个端点来确定。
多边形是由多条线段首尾相连而形成的闭合区域。OpenGL规定，一个多边形必须是一个“凸多边形”（其定义为：多边形内任意两点所确定的线段都在多边形内，由此也可以推导出，凸多边形不能是空心的）。多边形可以由其边的端点（这里可称为顶点）来确定。（注意：如果使用的多边形不是凸多边形，则最后输出的效果是未定义的——OpenGL为了效率，放宽了检查，这可能导致显示错误。要避免这个错误，尽量使用三角形，因为三角形都是凸多边形）
可以想象，通过点、直线和多边形，就可以组合成各种几何图形。甚至于，你可以把一段弧看成是很多短的直线段相连，这些直线段足够短，以至于其长度小于一个像素的宽度。这样一来弧和圆也可以表示出来了。通过位于不同平面的相连的小多边形，我们还可以组成一个“曲面”。
二、在OpenGL中指定顶点
由以上的讨论可以知道，“点”是一切的基础。
如何指定一个点呢？OpenGL提供了一系列函数。它们都以glVertex开头，后面跟一个数字和1~2个字母。例如：
glVertex2d
glVertex2f
glVertex3f
glVertex3fv
等等。
数字表示参数的个数，2表示有两个参数，3表示三个，4表示四个（我知道有点罗嗦~）。
字母表示参数的类型，s表示16位整数（OpenGL中将这个类型定义为GLshort），
i表示32位整数（OpenGL中将这个类型定义为GLint和GLsizei），
f表示32位浮点数（OpenGL中将这个类型定义为GLfloat和GLclampf），
d表示64位浮点数（OpenGL中将这个类型定义为GLdouble和GLclampd）。
v表示传递的几个参数将使用指针的方式，见下面的例子。
这些函数除了参数的类型和个数不同以外，功能是相同的。例如，以下五个代码段的功能是等效的：
（一）glVertex2i(1, 3);
（二）glVertex2f(1.0f, 3.0f);
（三）glVertex3f(1.0f, 3.0f, 0.0f);
（四）glVertex4f(1.0f, 3.0f, 0.0f, 1.0f);
（五）GLfloat VertexArr3[] = {1.0f, 3.0f, 0.0f};
glVertex3fv(VertexArr3);
以后我们将用glVertex*来表示这一系列函数。
注意：OpenGL的很多函数都是采用这样的形式，一个相同的前缀再加上参数说明标记，这一点会随着学习的深入而有更多的体会。
三、开始绘制
假设现在我已经指定了若干顶点，那么OpenGL是如何知道我想拿这些顶点来干什么呢？是一个一个的画出来，还是连成线？或者构成一个多边形？或者做其它什么事情？
为了解决这一问题，OpenGL要求：指定顶点的命令必须包含在glBegin函数之后，glEnd函数之前（否则指定的顶点将被忽略）。并由glBegin来指明如何使用这些点。
例如我写：
glBegin(GL_POINTS);
glVertex2f(0.0f, 0.0f);
glVertex2f(0.5f, 0.0f);
glEnd();
则这两个点将分别被画出来。如果将GL_POINTS替换成GL_LINES，则两个点将被认为是直线的两个端点，OpenGL将会画出一条直线。
我们还可以指定更多的顶点，然后画出更复杂的图形。
另一方面，glBegin支持的方式除了GL_POINTS和GL_LINES，还有GL_LINE_STRIP，GL_LINE_LOOP，GL_TRIANGLES，GL_TRIANGLE_STRIP，GL_TRIANGLE_FAN等，每种方式的大致效果见下图：
声明：该图片来自，该图片是《OpenGL编程指南》一书的附图，由于该书的旧版（第一版，1994年）已经流传于网络，我希望没有触及到版权问题。
程序代码：
void myDisplay(void)
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glBegin( /* 在这里填上你所希望的模式 */ );
/* 在这里使用glVertex*系列函数 */
/* 指定你所希望的顶点位置 */
glEnd();
glFlush();
}
两个例子
例一、画一个圆
/*
正四边形，正五边形，正六边形，……，直到正n边形，当n越大时，这个图形就越接近圆
当n大到一定程度后，人眼将无法把它跟真正的圆相区别
这时我们已经成功的画出了一个“圆”
（注：画圆的方法很多，这里使用的是比较简单，但效率较低的一种）
试修改下面的const int n的值，观察当n=3,4,5,8,10,15,20,30,50等不同数值时输出的变化情况
将GL_POLYGON改为GL_LINE_LOOP、GL_POINTS等其它方式，观察输出的变化情况
*/
#include
const int n = 20;
const GLfloat R = 0.5f;
const GLfloat Pi = 3.1415926536f;
void myDisplay(void)
{
int i;
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glBegin(GL_POLYGON);
for(i=0; i
glEnd();
glFlush();
}
例二、画一个五角星
/*
设五角星的五个顶点分布位置关系如下：
A
E B
D C
首先，根据余弦定理列方程，计算五角星的中心到顶点的距离a
（假设五角星对应正五边形的边长为.0）
a = 1 / (2-2*cos(72*Pi/180));
然后，根据正弦和余弦的定义，计算B的x坐标bx和y坐标by，以及C的y坐标
（假设五角星的中心在坐标原点）
bx = a * cos(18 * Pi/180);
by = a * sin(18 * Pi/180);
cy = -a * cos(18 * Pi/180);
五个点的坐标就可以通过以上四个量和一些常数简单的表示出来
*/
#include
const GLfloat Pi = 3.1415926536f;
void myDisplay(void)
{
GLfloat a = 1 / (2-2*cos(72*Pi/180));
GLfloat bx = a * cos(18 * Pi/180);
GLfloat by = a * sin(18 * Pi/180);
GLfloat cy = -a * cos(18 * Pi/180);
GLfloat
PointA[2] = { 0, a },
PointB[2] = { bx, by },
PointC[2] = { 0.5, cy },
PointD[2] = { -0.5, cy },
PointE[2] = { -bx, by };
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
// 按照A->C->E->B->D->A的顺序，可以一笔将五角星画出
glBegin(GL_LINE_LOOP);
glVertex2fv(PointA);
glVertex2fv(PointC);
glVertex2fv(PointE);
glVertex2fv(PointB);
glVertex2fv(PointD);
glEnd();
glFlush();
}
例三、画出正弦函数的图形
/*
由于OpenGL默认坐标值只能从-1到1，（可以修改，但方法留到以后讲）
所以我们设置一个因子factor，把所有的坐标值等比例缩小，
这样就可以画出更多个正弦周期
试修改factor的值，观察变化情况
*/
#include
const GLfloat factor = 0.1f;
void myDisplay(void)
{
GLfloat x;
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glBegin(GL_LINES);
glVertex2f(-1.0f, 0.0f);
glVertex2f(1.0f, 0.0f); // 以上两个点可以画x轴
glVertex2f(0.0f, -1.0f);
glVertex2f(0.0f, 1.0f); // 以上两个点可以画y轴
glEnd();
glBegin(GL_LINE_STRIP);
for(x=-1.0f/factor; x<1.0f/factor; x+=0.01f)
{
glVertex2f(x*factor, sin(x)*factor);
}
glEnd();
glFlush();
}
小结
本课讲述了点、直线和多边形的概念，以及如何使用OpenGL来描述点，并使用点来描述几何图形。
大家可以发挥自己的想象，画出各种几何图形，当然，也可以用GL_LINE_STRIP把很多位置相近的点连接起来，构成函数图象。如果有兴趣，也可以去找一些图象比较美观的函数，自己动手，用OpenGL把它画出来。
===================== 第二课 完 =====================
=====================TO BE CONTINUED=====================
OpenGL入门学习[三]
在第二课中，我们学习了如何绘制几何图形，但大家如果多写几个程序，就会发现其实还是有些郁闷之处。例如：点太小，难以看清楚；直线也太细，不舒服；或者想画虚线，但不知道方法只能用许多短直线，甚至用点组合而成。
这些问题将在本课中被解决。
下面就点、直线、多边形分别讨论。
1、关于点
点的大小默认为1个像素，但也可以改变之。改变的命令为glPointSize，其函数原型如下：
void glPointSize(GLfloat size);
size必须大于0.0f，默认值为1.0f，单位为“像素”。
注意：对于具体的OpenGL实现，点的大小都有个限度的，如果设置的size超过最大值，则设置可能会有问题。
例子：
void myDisplay(void)
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glPointSize(5.0f);
glBegin(GL_POINTS);
glVertex2f(0.0f, 0.0f);
glVertex2f(0.5f, 0.5f);
glEnd();
glFlush();
}
2、关于直线
（1）直线可以指定宽度：
void glLineWidth(GLfloat width);
其用法跟glPointSize类似。
（2）画虚线。
首先，使用glEnable(GL_LINE_STIPPLE);来启动虚线模式（使用glDisable(GL_LINE_STIPPLE)可以关闭之）。
然后，使用glLineStipple来设置虚线的样式。
void glLineStipple(GLint factor, GLushort pattern);
pattern是由1和0组成的长度为16的序列，从最低位开始看，如果为1，则直线上接下来应该画的factor个点将被画为实的；如果为0，则直线上接下来应该画的factor个点将被画为虚的。
以下是一些例子：
声明：该图片来自，该图片是《OpenGL编程指南》一书的附图，由于该书的旧版（第一版，1994年）已经流传于网络，我希望没有触及到版权问题。
示例代码：
void myDisplay(void)
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glEnable(GL_LINE_STIPPLE);
glLineStipple(2, 0x0F0F);
glLineWidth(10.0f);
glBegin(GL_LINES);
glVertex2f(0.0f, 0.0f);
glVertex2f(0.5f, 0.5f);
glEnd();
glFlush();
}
3、关于多边形
多边形的内容较多，我们将讲述以下四个方面。
（1）多边形的两面以及绘制方式。
虽然我们目前还没有真正的使用三维坐标来画图，但是建立一些三维的概念还是必要的。
从三维的角度来看，一个多边形具有两个面。每一个面都可以设置不同的绘制方式：填充、只绘制边缘轮廓线、只绘制顶点，其中“填充”是默认的方式。可以为两个面分别设置不同的方式。
glPolygonMode(GL_FRONT, GL_FILL); // 设置正面为填充方式
glPolygonMode(GL_BACK, GL_LINE); // 设置反面为边缘绘制方式
glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_POINT); // 设置两面均为顶点绘制方式
（2）反转
一般约定为“顶点以逆时针顺序出现在屏幕上的面”为“正面”，另一个面即成为“反面”。生活中常见的物体表面，通常都可以用这样的“正面”和“反面”，“合理的”被表现出来（请找一个比较透明的矿泉水瓶子，在正对你的一面沿逆时针画一个圆，并标明画的方向，然后将背面转为正面，画一个类似的圆，体会一下“正面”和“反面”。你会发现正对你的方向，瓶的外侧是正面，而背对你的方向，瓶的内侧才是正面。正对你的内侧和背对你的外侧则是反面。这样一来，同样属于“瓶的外侧”这个表面，但某些地方算是正面，某些地方却算是反面了）。
但也有一些表面比较特殊。例如“麦比乌斯带”（请自己Google一下），可以全部使用“正面”或全部使用“背面”来表示。
可以通过glFrontFace函数来交换“正面”和“反面”的概念。
glFrontFace(GL_CCW); // 设置CCW方向为“正面”，CCW即CounterClockWise，逆时针
glFrontFace(GL_CW); // 设置CW方向为“正面”，CW即ClockWise，顺时针
下面是一个示例程序，请用它替换第一课中的myDisplay函数，并将glFrontFace(GL_CCW)修改为glFrontFace(GL_CW)，并观察结果的变化。
void myDisplay(void)
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glPolygonMode(GL_FRONT, GL_FILL); // 设置正面为填充模式
glPolygonMode(GL_BACK, GL_LINE); // 设置反面为线形模式
glFrontFace(GL_CCW); // 设置逆时针方向为正面
glBegin(GL_POLYGON); // 按逆时针绘制一个正方形，在左下方
glVertex2f(-0.5f, -0.5f);
glVertex2f(0.0f, -0.5f);
glVertex2f(0.0f, 0.0f);
glVertex2f(-0.5f, 0.0f);
glEnd();
glBegin(GL_POLYGON); // 按顺时针绘制一个正方形，在右上方
glVertex2f(0.0f, 0.0f);
glVertex2f(0.0f, 0.5f);
glVertex2f(0.5f, 0.5f);
glVertex2f(0.5f, 0.0f);
glEnd();
glFlush();
}
（3）剔除多边形表面
在三维空间中，一个多边形虽然有两个面，但我们无法看见背面的那些多边形，而一些多边形虽然是正面的，但被其他多边形所遮挡。如果将无法看见的多边形和可见的多边形同等对待，无疑会降低我们处理图形的效率。在这种时候，可以将不必要的面剔除。
首先，使用glEnable(GL_CULL_FACE);来启动剔除功能（使用glDisable(GL_CULL_FACE)可以关闭之）
然后，使用glCullFace来进行剔除。
glCullFace的参数可以是GL_FRONT，GL_BACK或者GL_FRONT_AND_BACK，分别表示剔除正面、剔除反面、剔除正反两面的多边形。
注意：剔除功能只影响多边形，而对点和直线无影响。例如，使用glCullFace(GL_FRONT_AND_BACK)后，所有的多边形都将被剔除，所以看见的就只有点和直线。
