OpenGL学习笔记_简介_环境配置_创建一个窗口实例

╰半夏微凉° 2023-06-15 11:17 150阅读 0赞

# 一. 基本概念 #

## **OpenGL** ##

本身并不是一个API，它仅仅是一个由Khronos组织制定并维护的规范(Specification)。OpenGL规范并没有规定实现的细节，具体的OpenGL库允许使用不同的实现，实际的OpenGL库的开发者通常是显卡的生产商。

## **图形渲染管线** ##

OpenGL中的顶点、像素等数据需要通过不同阶段的处理，才能产生最后的可视图像，就像是工厂里的生产线，称为图形渲染管线。

## **状态机** ##

OpenGL自身是一个巨大的状态机(State Machine)：一系列的变量描述OpenGL此刻应当如何运行。OpenGL的状态通常被称为OpenGL上下文(Context)。我们通常使用如下途径去更改OpenGL状态：设置选项，操作缓冲。最后，我们使用当前OpenGL上下文来渲染。

假设当我们想告诉OpenGL去画线段而不是三角形的时候，我们通过改变一些上下文变量来改变OpenGL状态，从而告诉OpenGL如何去绘图。一旦我们改变了OpenGL的状态为绘制线段，下一个绘制命令就会画出线段而不是三角形。

当使用OpenGL的时候，我们会遇到一些状态设置函数(State-changing Function)，这类函数将会改变上下文。以及状态使用函数(State-using Function)，这类函数会根据当前OpenGL的状态执行一些操作。只要你记住OpenGL本质上是个大状态机，就能更容易理解它的大部分特性。

## **对象** ##

OpenGL库是用C语言写的，同时也支持多种语言的派生，但其内核仍是一个C库。由于C的一些语言结构不易被翻译到其它的高级语言，因此OpenGL开发的时候引入了一些抽象层。“对象(Object)”就是其中一个。

在OpenGL中一个对象是指一些选项的集合，它代表OpenGL状态的一个子集。比如，我们可以用一个对象来代表绘图窗口的设置，之后我们就可以设置它的大小、支持的颜色位数等等。可以把对象看做一个C风格的结构体(Struct)。

// OpenGL的状态
    struct OpenGL_Context {
        ...
        object* object_Window_Target;
        ...    
    };

// 创建对象
    unsigned int objectId = 0;
    glGenObject(1, &objectId);
    
    // 绑定对象至上下文
    glBindObject(GL_WINDOW_TARGET, objectId);
    
    // 设置当前绑定到 GL_WINDOW_TARGET 的对象的一些选项
    glSetObjectOption(GL_WINDOW_TARGET, GL_OPTION_WINDOW_WIDTH, 800);
    glSetObjectOption(GL_WINDOW_TARGET, GL_OPTION_WINDOW_HEIGHT, 600);
    
    // 将上下文对象设回默认
    glBindObject(GL_WINDOW_TARGET, 0);

这一小段代码展现了你以后使用OpenGL时常见的工作流。我们首先创建一个对象，然后用一个id保存它的引用（实际数据被储存在后台）。然后我们将对象绑定至上下文的目标位置（例子中窗口对象目标的位置被定义成GL\_WINDOW\_TARGET）。接下来我们设置窗口的选项。最后我们将目标位置的对象id设回0，解绑这个对象。设置的选项将被保存在objectId所引用的对象中，一旦我们重新绑定这个对象到GL\_WINDOW\_TARGET位置，这些选项就会重新生效。

使用对象的一个好处是在程序中，我们不止可以定义一个对象，并设置它们的选项，每个对象都可以是不同的设置。在我们执行一个使用OpenGL状态的操作的时候，只需要绑定含有需要的设置的对象即可。比如说我们有一些作为3D模型数据（一栋房子或一个人物）的容器对象，在我们想绘制其中任何一个模型的时候，只需绑定一个包含对应模型数据的对象就可以了（当然，我们需要先创建并设置对象的选项）。拥有数个这样的对象允许我们指定多个模型，在想画其中任何一个的时候，直接将对应的对象绑定上去，便不需要再重复设置选项了。

## **几个常用库** ##

创建在OpenGL之上，提供了OpenGL本身没有的功能：

1）**libGL\***：原生库，随OpenGL一起发布

2）**GLU\***：实用库,随OpenGL一起发布

3）**GLUT**：（OpenGL Utility Toolkit）实用工具库，老(OpenGL 1.0的基本函数功能标准，90年代)，不建议使用，跨平台，提供基本的窗口功能（窗口操作函数，窗口初始化、窗口大小、窗口位置等函数；回调函数：响应刷新消息、键盘消息、鼠标消息、定时器函数等）；创建复杂的三维物体；菜单函数；程序运行函数。gult对应的开源实现是freegult。

freeglut glut\*：glut的开源实现，完全兼容glut，算glut的代替品，但是bug较多，所以下面的glfw应运而生

4）**GLUI**：C++界面库，它提供了buttons, checkboxes, radio buttons, 等常用控件，以及OPENGL支持。GLUI界面系统依赖于GLUT来处理窗口、和鼠标管理等，而绘制部分采用OPENGL绘制

5）**GLFW**：( 轻量级Light Weight、开源、跨平台的library，新技术)是一个专门针对OpenGL的C语言库，它提供了一些渲染物体所需的最低限度的接口。支持OpenGL及OpenGL ES；它允许用户创建OpenGL上下文，定义窗口参数以及处理用户输入等；除了跨平台必要做的事情都没有做；开发目的是用于替代glut的

6）**GL3W\***：核心文件加载库，获取OpenGL核心配置文件规范所提供功能的最简方法

7）**GLEE**：(GL Easy Extension library)，OpenGL的一个免费跨平台扩展加载库。它提供了对OpenGL功能的无缝支持，支持版本3.0和近400个扩展。

8）**GLEW**： （OpenGL Extension Wrangler Library）跨平台的C++扩展库，（OpenGL2.0之后的一个工具函数）它的出现是为了方便的管理平台与OpenGL版本不匹配，以及方便的解决不同显卡特有的硬件接口支持（glew跨平台）简化平台代码繁琐的调用；只要包含一个glew.h头文件，你就能使用gl,glu,glext,wgl,glx的全 部函数。（目前最通用的库，，github上面一直在维护更新）

9）**GLAD**：（目前最新的库）是glew的升级版。用哪个都行。就是glew比较老，glad比较新。基于官方规格的多语言GL、GLES、EGL、GLX、WGL装载机/生成器。一般结合GLFW使用（GLAD是用来管理OpenGL的函数指针的\---gladLoadGLLoader((GLADloadproc)glfwGetProcAddress)）。

![20191122110442333.png][]

**OpenGL Performer**库

由SGI开发并可以在IRIX、Linux和Microsoft Windows的一些版本上使用，构建于OpenGL，可以创建实时可视化仿真程序。

当开发者需要使用最新的OpenGL扩展时，他们往往需要使用GLEW或者是GLEE库提供的功能，可以在程序的运行期判断当前硬件是否支持相关的扩展，防止程序崩溃甚至造成硬件损坏。

**OpenGL ES** (OpenGL for Embedded Systems)

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。在OpenGL ES的世界里，没有四边形、多边形，无论多复杂的图形都是由点、线和三角形组成的，也去除了glBegin/glEnd等方法。

# 二. 创建一个实例窗口代码 #

## 配置环境 ##

VS配置OpenGL开发环境 GLFW库和GLAD库的配置：[https://blog.csdn.net/qq\_37338983/article/details/78997179][https_blog.csdn.net_qq_37338983_article_details_78997179]

## 参考文档 ##

[https://learnopengl-cn.github.io/01%20Getting%20started/03%20Hello%20Window/][https_learnopengl-cn.github.io_01_20Getting_20started_03_20Hello_20Window]

## 代码实例 ##

#include <stdio.h>
    #include <iostream>
    #include <glad/glad.h> 
    #include <GLFW\glfw3.h>
    
    //定义一个回调函数(Callback Function)，
    void framebuffer_size_callback(GLFWwindow* window, int width, int height);
    
    //处理所有的输入，查询GLFW是否按下或者释放了此帧的相关键，并做出相应的反应
    void processInput(GLFWwindow *window);
    
    int main(){
    
    	//初始化、配置GLFW
    	glfwInit();
    	glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3);
    	glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 3);
    
    	//告诉GLFW我们使用的是核心模式(Core-profile)。
    	//意味着我们只能使用OpenGL功能的一个子集（没有我们已不再需要的向后兼容特性）
    	glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);
    
    	//创建一个窗口对象，这个窗口对象存放了所有和窗口相关的数据，
    	//而且会被GLFW的其他函数频繁地用到。
    	GLFWwindow *window = glfwCreateWindow(800,600,"a GLFW window",NULL,NULL);
    	if (window == NULL)
    	{
    		std::cout << "Failed to create GLFW window" << std::endl;
    		glfwTerminate();
    		return -1;
    	}
    
    	//通知GLFW将我们窗口的上下文设置为当前线程的主上下文
    	glfwMakeContextCurrent(window);
    
    	//给GLAD传入了用来加载系统相关的OpenGL函数指针地址的函数。
    	//GLFW给我们的是glfwGetProcAddress，它根据我们编译的系统定义了正确的函数。
    	if (!gladLoadGLLoader((GLADloadproc)glfwGetProcAddress))
    	{
    		std::cout << "Failed to initialize GLAD" << std::endl;
    		return -1;
    	}
    	
    	//对窗口注册一个回调函数(Callback Function)，
    	//它会在每次窗口大小被调整的时候被调用。
    	glfwSetFramebufferSizeCallback(window, framebuffer_size_callback);
    
    	//渲染循环(Render Loop)，它能在我们让GLFW退出前一直保持运行。
    		//glfwWindowShouldClose函数，在我们每次循环的开始前，检查一次GLFW是否被要求退出，
    		//如果是的话该函数返回true然后渲染循环便结束了，之后为我们就可以关闭应用程序了。
    	while (!glfwWindowShouldClose(window))
    	{
    		//处理所有的输入
    		processInput(window);
    
    		// 渲染指令
    		// TO-DO：...
    
    		//一个状态设置函数，用来设置清空屏幕所用的颜色
    		glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f);
    		//一个状态使用的函数，它使用了当前的状态，清除成指定的颜色。
    		glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
    
    		//glfwSwapBuffers函数会交换颜色缓冲（它是一个储存着GLFW窗口每一个像素颜色值的大缓冲），
    		//它在这一迭代中被用来绘制，并且将会作为输出，显示在屏幕上。
    		glfwSwapBuffers(window);
    
    		//glfwPollEvents函数，检查有没有触发什么事件（比如键盘输入、鼠标移动等）、更新窗口状态，
    		//并调用对应的回调函数（可以通过回调方法手动设置）。
    		glfwPollEvents();
    	}
    
    	std::cout<< "hello world"<<std::endl;	
    
    	//释放/删除之前的分配的所有资源
    	glfwTerminate();
    
    	return 0;
    }
    
    void framebuffer_size_callback(GLFWwindow* window, int width, int height)
    {
    	glViewport(0, 0, width, height);
    }
    
    void processInput(GLFWwindow *window)
    {
    	if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_ESCAPE) == GLFW_PRESS)
    		glfwSetWindowShouldClose(window, true);
    	//TO-DO:添加其他按键处理代码
    }

## 效果 ##

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3NoeWpoeXAxMQ_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

# 三. 参考 #

opengl主要功能介绍 - 全文：[http://www.elecfans.com/emb/603138\_a.html][http_www.elecfans.com_emb_603138_a.html]

LearnOpenGL CN：[https://learnopengl-cn.github.io/01%20Getting%20started/01%20OpenGL/][https_learnopengl-cn.github.io_01_20Getting_20started_01_20OpenGL]

OpenGL，glut，glew，glfw，mesa等：[https://blog.csdn.net/taozhi20084525/article/details/42804879][https_blog.csdn.net_taozhi20084525_article_details_42804879]

OpenGL 关于旧版glut和新版本glfw和glad的环境配置**：**[https://blog.csdn.net/weixin\_42513339/article/details/82860004][https_blog.csdn.net_weixin_42513339_article_details_82860004]

VS配置OpenGL开发环境：GLFW库和GLAD库的配置：[https://blog.csdn.net/qq\_37338983/article/details/78997179][https_blog.csdn.net_qq_37338983_article_details_78997179]

[20191122110442333.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/20191122110442333.png
[https_blog.csdn.net_qq_37338983_article_details_78997179]: https://blog.csdn.net/qq_37338983/article/details/78997179
[https_learnopengl-cn.github.io_01_20Getting_20started_03_20Hello_20Window]: https://learnopengl-cn.github.io/01%20Getting%20started/03%20Hello%20Window/
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[https_learnopengl-cn.github.io_01_20Getting_20started_01_20OpenGL]: https://learnopengl-cn.github.io/01%20Getting%20started/01%20OpenGL/
[https_blog.csdn.net_taozhi20084525_article_details_42804879]: https://blog.csdn.net/taozhi20084525/article/details/42804879
[https_blog.csdn.net_weixin_42513339_article_details_82860004]: https://blog.csdn.net/weixin_42513339/article/details/82860004