现代OpenGL系列教程(零)---在Qt/Quick中使用OpenGL

本是古典何须时尚 2022-05-11 13:30 917阅读 0赞

### **【写在前面】** ###

首先，想要说明的是，本系列学习教程是根据我自己学习的经历而写，并非完全科普性的，零基础的教程，而且其水平也很受我本身的水平影响，so 如果有不足之处，还请多多指教~~

其次，本系列使用 Qt/Quick 来编写所有的opengl程序，所以和原生的opengl有一些区别，当然也不要担心，我会另开一个使用glfw的教程来完成同样的opengl程序。

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### **【正文开始】** ###

在Qt中使用OpenGL，我所知的有三种方法：

1. 继承QOpenGLWidget(老版本Qt为QGLWidget)，然后重新实现：

\+void initializeGL() 此函数在第一次调用paintGL()或resizeGL()之前调用一次，主要用于初始化opengl环境，以及设置任何需要的OpenGL资源和状态。

\+viod resizeGL(int w, int h) 当该部件大小发生改变时调用此函数，主要用于重新设置纵横比(用于投影矩阵)。

\+void paintGL() 重新绘制该部件时调用此函数，主要用于实际的绘制。

2. 继承QOpenGLWindow，同QOpenGLWidget，差别是继承自QWindow，并且提供比widget更好的性能。

3. 本系列所使用的方法，继承QQuickItem，并connect必要的信号，这种方法好处是可以很轻松的和其他的Qml组件搭配使用，接下来我将详细讲解其步骤。

首先，我们需要一个继承QQuickItem的类，我将它命名为OpenGLItem：

#ifndef OPENGLWINDOW_H
    #define OPENGLWINDOW_H
    #include "render.h"
    #include <QTime>
    #include <QQuickItem>
    #include <QBasicTimer>
    
    class MyRender : public Render
    {
    public:
        MyRender() { }
        ~MyRender() { }
    
        void render()
        {
            glClearColor(0.2, 0.3, 0.3, 1.0);
            glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
        }
    };
    
    class OpenGLItem : public QQuickItem
    {
        Q_OBJECT
    
    public:
        OpenGLItem();
        ~OpenGLItem();
    
    public slots:
        void sync();
        void cleanup();
    
    protected:
        void timerEvent(QTimerEvent *event);
    
    private:
        QBasicTimer m_timer;
        Render *m_render;
    };
    
    #endif // OPENGLWINDOW_H

先看OpenGLItem，MyRender待会再进行讲解，关键的两个槽函数 ：void sync(), void cleanup() 实现如下：

void OpenGLItem::sync()
    {
        if (!m_render)
        {
            m_render = new MyRender();
            m_render->initializeGL();   //可以放在Render的构造函数中
            m_render->resizeGL(window()->width(), window()->height());
            connect(window(), &QQuickWindow::beforeRendering, this, [this]()
            {
                //window()->resetOpenGLState();
                m_render->render();
            }, Qt::DirectConnection);
            connect(window(), &QQuickWindow::afterRendering, this, [this]()
            {
                //渲染后调用，计算fps
            }, Qt::DirectConnection);
            connect(window(), &QQuickWindow::widthChanged, this, [this]()
            {
                m_render->resizeGL(window()->width(), window()->height());
            });
            connect(window(), &QQuickWindow::heightChanged, this, [this]()
            {
                m_render->resizeGL(window()->width(), window()->height());
            });
        }
    }
    
    void OpenGLItem::cleanup()
    {
        if (m_render)
        {
            delete m_render;
            m_render = nullptr;
        }
    }

可以看到，sync()函数主要是进行一些初始化工作，并连接相应的信号，其中beforeRendering是在真正渲染之前发出的，要理解Qt Quick整个渲染过程，我先上一张图片：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTEyODMyMjY_size_27_color_FFFFFF_t_70][]

所以我们要把渲染工作放到beforeRendering()和afterRender()之间，我这里直接在beforeRendering()发出之后立即开始绘制：m\_render->render()，这里有一个地方必须要注意，那就是要确保connect的连接类型为：Qt::DirectConnection。

而afterRender()应该是计算fps(帧率)的地方，这里不会用到，当窗口大小发生改变时，就必须重置opengl的视口，计算纵横比等等，这些应该在Render::resizeGL(int w, int h)中进行，所以这里只需要连接信号并调用：m\_render->resizeGL()。

cleanup()做一些清理工作，这里仅仅是释放并置空m\_render。

那么，sync()和cleanup()在何时调用呢？来看OpenGLItem的构造函数：

OpenGLItem::OpenGLItem()
        : m_render(0)
    {
        m_timer.start(12, this);
        connect(this, &QQuickItem::windowChanged, this, [this](QQuickWindow *window)
        {
            if (window)
            {
                connect(window, &QQuickWindow::beforeSynchronizing, this, &OpenGLItem::sync,
                        Qt::DirectConnection);
                connect(window, &QQuickWindow::sceneGraphInvalidated, this, &OpenGLItem::cleanup,
                        Qt::DirectConnection);
    
                window->setClearBeforeRendering(false);
            }
            else return;
        });
    }

我们看到，在beforeSynchronizing()信号发出时调用sync()，此信号在场景图与QML状态同步之前发出，可以理解为：绘制准备的信号，所以sync()也确实是做绘制准备的工作，而sceneGraphInvalidated()是连接到cleanup()的，这个信号意味着所使用的图形呈现上下文已经失效，所有与该上下文相关的用户资源都应该被释放，并且，两个connect的类型还是：Qt::DirectConnection。

还有一点要注意的就是最后一行：window->setClearBeforeRendering(false); setClearBeforeRendering()设置QML场景图形渲染是否在开始渲染之前清除颜色缓冲区，禁用它可以保证呈现我们自己的OpenGL内容。

这些工作是在QQuickItem发出windowChanged()信号后进行的，windowChanged()在Item的窗口发生改变时发出。

还有一个timerEvent()，它提醒窗口进行重绘，间隔为12毫秒：

void OpenGLItem::timerEvent(QTimerEvent *event)
    {
        Q_UNUSED(event);
        window()->update();
    }

接下来是Render类，写的很简单，但是已经可以看出OpenGL的绘制步骤了：

#ifndef RENDER_H
    #define RENDER_H
    #include <QOpenGLFunctions>
    
    class Render : protected QOpenGLFunctions
    {
    
    public:
        Render() { }
        virtual ~Render() { }
    
    public:
        virtual void initializeGL();
        virtual void initializeShader();
    
        virtual void resizeGL(int w, int h);
        virtual void render();    //与paintGL相似，但我更喜欢叫render
    };
    
    #endif // RENDER_H

#include "render.h"
    
    void Render::initializeGL()
    {
        initializeOpenGLFunctions();
        initializeShader();
    }
    
    void Render::initializeShader()
    {
    
    }
    
    void Render::resizeGL(int w, int h)
    {
        glViewport(0, 0, w, h);
    }
    
    void Render::render()
    {
    
    }

关于这些函数的命名我还是按照QOpenGLWidget里面的来的，当然大致的工作也可以从函数名可以看出，不过这一篇只讲怎么在Qt Quick中使用opengl，所以这些函数都只做了最基本的工作。

然后自己的render类只需要继承Render，重写这几个虚函数就行了，就像我上面的MyRender。

最后还是老样子，注册到qml中就可以愉快的使用了：

#include "openglItem.h"
    #include <QGuiApplication>
    #include <QQmlApplicationEngine>
    
    int main(int argc, char *argv[])
    {
        QCoreApplication::setAttribute(Qt::AA_EnableHighDpiScaling);
    
        QGuiApplication app(argc, argv);
    #ifdef Q_OS_ANDROID
        app.setAttribute(Qt::AA_UseOpenGLES);
    #else
        app.setAttribute(Qt::AA_UseDesktopOpenGL);
    #endif
        qmlRegisterType<OpenGLItem>("an.OpenGLItem", 1, 0, "OpenGLItem");
        QQmlApplicationEngine engine;
        engine.load(QUrl(QStringLiteral("qrc:/main.qml")));
        if (engine.rootObjects().isEmpty())
            return -1;
    
        return app.exec();
    }

main.qml：

import QtQuick 2.9
    import QtQuick.Window 2.2
    import an.OpenGLItem 1.0
    
    Window
    {
        visible: true
        width: Qt.platform.os == "android" ? Screen.desktopAvailableWidth  : 640
        height: Qt.platform.os == "android" ? Screen.desktopAvailableHeight : 480
    
        title: qsTr("MPS Opengl Qt/Quick 教程(0)!")
    
        OpenGLItem
        {
            id: openGLItem
            visible: true
            anchors.fill: parent
        }
    }

最后来看一下效果图(只是一个灰绿色的空窗口而已)：

![70][]

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### **【结语】** ###

啊终于讲完了这最开始的一篇，主要还是窗口相关的东西，接下来将会把注意力转移到render中，毕竟那才是真正的核心，但就像我开头所说，很多基础的东西都不会仔细讲，但我一般会给出在哪可以学习这些东西。

整个系列教程的源码在我的Github上可以找到，地址是：[https://github.com/mengps/OpenGL-Totural-Qt-Quick][https_github.com_mengps_OpenGL-Totural-Qt-Quick]，会不定时进行更新~~

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[70]: /images/20220505/c7195a76936c4a38890f47778fe1ae78.png
[https_github.com_mengps_OpenGL-Totural-Qt-Quick]: https://github.com/mengps/OpenGL-Totural-Qt-Quick