OpenGL 基础 计算机科学与技术系.

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1 OpenGL 基础 计算机科学与技术系

2 OpenGL简介 OpenGL(Open Graphics Library,开放图形库)，是一个三维的计算机图形和模型库，是一种专业的图形软件接口 SGI公司1992发布的1.0版，目前为4.2版本 OpenGL是与硬件无关的软件接口，跨平台

3 OpenGL应用平台 在Windows 98/2000/XP/7/8、Unix、MacOS、OS/2之间进行移植
Android系统平台OpenGL ES(OpenGL for Embedded System)，是 OpenGL 三维图形 API 的子集，针对手机、PDA和游戏主机等嵌入式设备而设计子集 Web平台的WebGL，是一种3D绘图标准，标准允许把JavaScript和OpenGL ES 2.0结合在一起，通过增加OpenGL ES 2.0的一个JavaScript绑定，为HTML5 Canvas提供硬件3D加速渲染。

4 OpenGL简介 OpenGL可用的编程语言： OpenGL使用简便，效率高 不是编程语言，而是一种API
C/C++ Java C#.NET Python OpenGL使用简便，效率高 不是编程语言，而是一种API OpenGL提供了一组功能强大但又非常基本的函数，有700多个函数

5 OpenGL函数库 OpenGL函数库相关的API：核心库(gl)、实用库(glu)、辅助库(aux)、实用工具库(glut)、窗口库(glx、agl、wgl)和扩展函数库 gl是核心，glu是对gl的部分封装。glx、agl、wgl 是针对不同窗口系统的函数。glut是为跨平台的OpenGL程序的工具包，比aux功能强大。扩展函数库是硬件厂商为实现硬件更新利用OpenGL的扩展机制开发的函数。

6 相关的库文件 函数库 头文件 链接库文件 动态库文件 GL(核心库) gl.h Opengl32.lib Opengl32.dll
GLU(工具库) glu.h Glu32.lib Glu32.dll GLUT(工具库) glut.h Glut32.lib Glut32.dll AUX(辅助库) glaux.h Glaux.lib Glaux.dll

7 Glut实用工具库 Glut( The OpenGL Utility Toolkit) 是OpenGL的跨平台工具库，使OpenGL应用程序结构能够真正独立于窗口系统 目的是隐藏不同窗口系统API带来的复杂性 包括了gl、glu的函数 图元函数:有2D多边形，3D实体等 观察函数：OpenGL提供以虚拟的摄像机，观察图元 控制函数：启动OpenGL的特性，如消隐，纹理 查询函数：允许特定系统的性能以及OpenGL状态变量的取值 输入与窗口函数：用于交互设计

8 如何创建一个OpenGL程序 使用OpenGL准备文件( glut32.dll glut.dll glut32.lib glut.h glut.lib

9 如何创建一个OpenGL程序-环境配置 Windows XP系统（32位） Visual C++6.0
glut32.dll 和glut.dll放到System32里面 Visual C++6.0 glut32.lib 和glut.lib里边放到你所用IDE中专门放静态链接库的文件夹下，如 C:\Program Files\Microsoft Visual Studio \VC98 \Lib glut.h 放到你所用IDE中专门放头文件的文件夹下 ，如： C:\Program Files\Microsoft Visual Studio \VC98 \include\GL

10 如何创建一个OpenGL程序-环境配置 Windows 7系统（64位） VS2008或VS2013以上
- glut32.dll 和glut.dll SysWoW64(Windows 7) VS2008或VS2013以上 - glut32.lib 和glut.lib里边放到你所用IDE中专门放静态链接库的文件夹下，如 (VS2008) C:\Program File(x86)\Microsoft Visual Studio 9.0\VC\lib (VS2013) C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio 12.0\VC\lib glut.h 放到你所用IDE中专门放头文件的文件夹下 ，如 (VS2008) C:\Program File(x86)\Microsoft Visual Studio 9.0\VC\include\GL Studio 12.0\VC\include\GL

11 OpenGL编程 例：画一个黄色线框三角形 (4,-4) (-4,-4) (0,4)

12 如何创建一个Win32 Console Application 的OpenGL程序
新建一个工程（VC++6.0）

13 如何创建一个OpenGL程序

14 如何创建一个OpenGL程序（VS2013）

15 如何创建一个OpenGL程序

16 OpenGL程序结构 void display() { . . . }
#include <GL/glut.h> // glut.h includes gl.h and glu.h An OpenGL utility library built on top of gl void display() { } void init() { } int main( int argc, char **argv) { }

17 int main( int argc, char **argv) {
glutInit( &argc, argv); // Initialize GLUT function callings // Set window position, from the left and top corner of the screen, in numbers of pixels glutInitWindowPosition( 200, 100); // Set window size (width, height) in number of pixels glutInitWindowSize( 500, 500); // Specify a window creation event glutCreateWindow( "Triangles"); // Specify the drawing function that is called when the window glutDisplayFunc( display); // is created or re-drew init(); // Invoke this function for initialization glutMainLoop(); // Enter the event processing loop return 0; // Indicate normal termination }

18 Glut程序的回调函数（Callbacks）
回调函数就是一个通过函数指针调用的函数 glutMainLoop(); Event insertion: Window creation, moving, maximizing, closing, etc. 事件队列 截获一个事件 处理事件 19

19 OpenGL回调函数(callback)
glutDisplayFunc(display) 每当Glut确定一个窗口的内容需要显示时，通过这个函数注册的回调函数就会被执行。 void glutReshapeFunc(void (*func)(int width, int height)); 指定当窗口的大小改变时调用的函数 void glutKeyboardFunc(void (*func)(unsigned char key, int x, int y)); 注册当前窗口的键盘回调函数 void glutMouseFunc(void (*func)(int button, int state, int x, int y)); 注册当前窗口的鼠标回调函数

20 绘制过程 void draw_triangle(){ glBegin(GL_LINE_LOOP);
glVertex2f(0.0, 4.0); glVertex2f(4.0, -4.0); glVertex2f(-4.0, -4.0); glEnd(); } void display() { glClear( GL_COLOR_BUFFER_BIT); // Clear the frame buffer glLoadIdentity(); glColor3f(1.0, 1.0, 0.2); draw_triangle(); glFlush(); // Force to display the new drawings immediately

21 OpenGL 基本图元 三类基本图元：点、直线段和多边形 每种图元都有自己的特性，如绿色线段

22 OpenGL基本命令格式

23 OpenGL 基本图元 点 glPointSize(2.0); glBegin(GL_POINTS);
glColor3f(1.0, 1.0, 1.0); glVertex2f(-0.5, -0.5); glColor3f(1.0, 0.0, 0.0); glVertex2f(-0.5, 0.5); glColor3f(0.0, 0.0, 1.0); glVertex2f(0.5, 0.5); glColor3f(0.0, 1.0, 0.0); glVertex2f(0.5, -0.5); glEnd();

24 直线 glColor3f(0.0, 1.0, 0.0); glBegin(GL_LINES);
glVertex2f(-0.5, -0.5); glVertex2f(-0.5, 0.5); glVertex2f(0.5, 0.5); glVertex2f(0.5, -0.5); glEnd(); glColor3f(0.0, 1.0, 0.0); glBegin(GL_LINE_STRIP); glVertex2f(-0.5, -0.5); glVertex2f(-0.5, 0.5); glVertex2f(0.5, 0.5); glVertex2f(0.5, -0.5); glEnd(); glColor3f(0.0, 1.0, 0.0); glBegin(GL_LINE_LOOP); glVertex2f(-0.5, -0.5); glVertex2f(-0.5, 0.5); glVertex2f(0.5, 0.5); glVertex2f(0.5, -0.5); glEnd();

25 多边形 glBegin()和glEnd()之间 glBegin(GL_POLYGON) glBegin(GL_TRIANGLE) glBegin(GL_TRIANGLE_STRIP) glBegin(GL_TRIANGLE_FAN) glBegin(GL_QUADS) glBegin(GL_QUAD_STRIP)

26 初始化场景 void init() { glMatrixMode(GL_PROJECTION); //将当前矩阵指定为投影矩阵
glLoadIdentity(); //把矩阵设为单位矩阵 //创建一个正交平行的视景体（观察体） glOrtho(-10.0, 10.0, -10.0, 10.0, -1.0, 10); //设置完成后开始画图,需要切换到模型视图矩阵，才能正确画图 glMatrixMode(GL_MODELVIEW); // Set the clear color to black glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 0.0); //black }

27 场景重绘 void reshape(int w, int h) {
glViewport(0, 0, (GLsizei)w, (GLsizei)h); glMatrixMode(GL_PROJECTION); glLoadIdentity(); if (w <= h) glOrtho(-10.0, 10.0, -10.0*(GLfloat)h / (GLfloat)w, 10.0*(GLfloat)h / (GLfloat)w, -1.0, 10.0); else glOrtho(-10.0*(GLfloat)w / (GLfloat)h, 10.0*(GLfloat)w / (GLfloat)h, -10.0, 10.0, -1.0, 10.0); glMatrixMode(GL_MODELVIEW); }

28 坐标系与变换 使用两个坐标系：世界（用户）坐标系和屏幕坐标系 世界坐标系，建模使用的，单位任意 屏幕坐标系，显示模型，单位为像素
绘制时，OpenGL将世界坐标转换到屏幕坐标系 OpenGL需要的坐标变换有两个矩阵确定 1.模型视图矩阵（GL_MODELVIEW） 2.投影矩阵（GL_PROJECTION）

29 执行顺序 首先, glutMainLoop() 从队列中获取一个 <window creation>事件, 生成窗口，并调用 display()函数. 当窗口中标识  按钮被点击时，将一个 <stop>事件插入到队列中. 当这事件被处理之后，程序中止执行。 Clicking  button glutInit(); Event Queue Functions that specify a new window 开始 main() init(); glutDisplayFunc(display); glutMainLoop() 结束 display()

30 运行结果

31 Glew扩展库 Glew(The OpenGL Extension Wrangler Library )是一个跨平台的C++扩展库，基于OpenGL图形接口。 GLEW能自动识别平台所支持的全部OpenGL高级扩展函数，即使用gl, glu, glext, wgl, glx的全部函数 Glew支持目前流行的各种操作系统，包括 Windows, Linux, Mac OS X, FreeBSD, Irix, and Solaris 资源： 项目主页：  文档地址：  下载地址：

32 GLFW Glut太老了，最后一个版本还是90年代的。freeglut完全兼容glut，算是glut的代替品，功能齐全，但是bug太多。稳定性也不好，GLFW应运而生 GLFW 用C语言写的，一个支持多平台的开源库，支持 X 窗口系统，如Windows, OS X ，Linux and FreeBSD. 资源：

33 建立一个VC MFC框架的OpenGL程序
1. 创建一个基于单文档新工程

34 建立一个VC MFC框架的OpenGL程序

35 OpenGL绘制图形的机制 GDI是通过设备句柄（Device Context，DC）来绘图，而OpenGL则需要绘制环境（Rendering Context，RC） 每一个GDI命令需要传给它一个DC OpenGL使用当前绘制环境(RC)。一旦在一个线程中指定了一个当前RC，在此线程中其后所有的OpenGL命令都使用相同的当前RC 这将分为三个步骤：设置窗口像素格式；产生RC；设置为当前RC 在GDI程序中，DC在需要时才产生，并且是画完立刻释放掉。但产生一个RC需要很多处理器时间。因此，要想获得高性能流畅的图像和图形，最好只产生RC一次，并始终用它，直到程序结束。

36 设置绘制环境 2.添加OpenGL库 3.添加OpenGL头文件 菜单中选择Project  Setting  Link
 Object/Library Module 加入：opengl32.lib glu32.lib glaux.lib 3.添加OpenGL头文件 在文件Stdafx.h中，添加如下： #include <gl/gl.h> #include <gl/glu.h> #include <gl/glaux.h>

37 设置绘制环境 4. 改写OnPreCreate函数并给视图类添加成员函数和成员变量
BOOL COpenGLDemoView::PreCreateWindow(CREATESTRUCT& cs) {     // TODO: Modify the Window class or styles here by modifying     //  the CREATESTRUCT cs           return CView::PreCreateWindow(cs); }　　  cs.style |= (WS_CLIPCHILDREN | WS_CLIPSIBLINGS); WS_CLIPCHILDREN: 用于重绘时裁剪子窗口所覆盖的区域 WS_CLIPSIBLINGS: 创建子窗口使用的Windows风格，用于重绘时剪裁其他子窗口所覆盖的区域

38 设置绘制环境 5. 产生一个RC （1）定义窗口的像素格式 像素格式决定窗口着所显示的图形在内存中是如何表示的。
在XXXView.CPP文件中，添加成员函数 BOOL CMFCOpenGLView::SetWindowPixelFormat(HDC hDC) {//定义窗口的像素格式 PIXELFORMATDESCRIPTOR pixelDesc=      {} } 在XXXView.h文件中，添加保护成员变量 int m_GLPixelIndex;

39 （2）产生绘制环境(RC)并使之成为当前绘制环境
设置绘制环境 （2）产生绘制环境(RC)并使之成为当前绘制环境 在XXXView.CPP文件中，添加成员函数 BOOL CMFCOpenGLView::CreateViewGLContext(HDC hDC) {     return TRUE; }  在XXXView.h文件中，添加保护成员变量 HGLRC m_hGLContext；//HGLRC是一个指向rendering context的句柄

40 （3）启动绘制环境，在XXXView.CPP文件中， 添加消息处理函数OnCreate( )
int COpenGLDemoView::OnCreate(LPCREATESTRUCT lpCreateStruct)  {     if (CView::OnCreate(lpCreateStruct) == -1)         return -1;          // TODO: Add your specialized creation code here     //设置像素格式 //启动绘制环境     return 0; }　　  （4）释放环境，添加消息处理函数OnDestroy( ) void COpenGLDemoView::OnDestroy()  {     CView::OnDestroy();         }　　 

41 设置绘制环境 （5）编辑CMFCOpenGLView的构造函数 CMFCOpenGLView::CMFCOpenGLView() {
// TODO: add construction code here this->m_GLPixelIndex = 0; this->m_hGLContext = NULL; }

42 绘制图形 在XXXView.CPP文件中，添加消息处理函数OnSize( )
void COpenGLDemoView::OnSize(UINT nType, int cx, int cy)  {     CView::OnSize(nType, cx, cy);     glViewport(0,0,width,height);     glMatrixMode(GL_PROJECTION);     glLoadIdentity();     gluOrtho2D(0.0,500.0*aspect,0.0,500.0);     glMatrixMode(GL_MODELVIEW);     glLoadIdentity(); }　　 nitializeOpenGL（）

43 绘制图形 在XXXView.CPP文件中，添加消息处理函数OnPaint( )
void COpenGLDemoView::OnPaint()  {     CPaintDC dc(this); // device context for painting            glLoadIdentity();     glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);     glBegin(GL_POLYGON);         glColor4f(1.0f,0.0f,0.0f,1.0f);         glVertex2f(100.0f,50.0f);         glColor4f(0.0f,1.0f,0.0f,1.0f);         glVertex2f(450.0f,400.0f);         glColor4f(0.0f,0.0f,1.0f,1.0f);         glVertex2f(450.0f,50.0f);     glEnd();     glFlush(); } RenderScene

44 定义像素格式和 可用的RC WM_CREATE 获取一个DC句柄 创建一个OpenGL可用的RC 消息循环 WM_PAINT 绘制图形 WM_DESTROY 消除OpenGL可用的RC 删除DC句柄

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