NO.4 - OpenGL小案例

作者: z夜流星 | 来源:发表于2020-07-05 23:56 被阅读0次

1、所需要工具类

着色器管理类
GLTools
freeglut静态库

着色器管理类：

创建并管理着色器
提供一组存储着色器
进行基本的渲染操作

GLTools函数：
GLTool.h头⽂文件包含了大部分GLTool中类似C语⾔言的独⽴立函数

freeglut静态库：
在Mac 系统下，#include<glut/glut.h>在Windows 和 Linux上，我们使⽤用freeglut的静态库版本并且需要添加⼀一个宏.

2、重要函数

2.1、 changeSize

void changeSize(int w,int h)
{
   glViewport(0, 0, w, h);
}

需要在main中通过glutReshaperFunc(函数名) 注册为重塑函数

glViewport中有4个参数，分别是x, y, w, h
其中x，y表示窗口中视图的左下角坐标，通常都是为0
w，h表示窗口的宽和高，通常用像素位表示

触发条件：

新建窗口
窗口尺寸发生变化

处理业务：

设置OpenGL视口

2.2、RenderScene

void RenderScene(void)
{
  
}

RenderScene函数是将传入的顶点数据、颜色等通过批次容器类提交到着色器中进行绘制渲染。需要在main函数中通过glutDisplayFunc(函数名) 注册为显示函数

触发条件：

系统自动调用
开发者手动调用函数

处理业务：

清除缓存区（颜色，深度，模版缓存区等）
使用存储着色器
绘制图形

2.3、setupRC

void setupRC()
{
  
}

setupRC函数主要用于配置图形绘制所需的顶点数据、颜色等

触发条件：

Mian函数中手动调用

处理业务：

设置窗口背景颜色
初始化存储着色器shaderManager
设置图形顶点数据
利用GLBatch批次类，将数据传递到着色器

2.4、main

int main(int argc,char *argv[])
{

}

main函数是程序入口函数，在main中需要做一些绘制前的准备工作，比如初始化缓存窗口、设置窗口大小等

触发条件：

程序入口

处理业务：

绘制图形的准备工作，例如初始化缓冲区，窗口大小设置，注册自定义函数等
设置数据
启动类似iOS runloop的运行循环

具体流程图如下：

mian函数

代码如下

int main(int argc,char *argv[])
{

  //初始化GLUT库,这个函数只是传说命令参数并且初始化glut库
  glutInit(&argc, argv);
  
  //初始化双缓冲窗口
  glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE|GLUT_RGBA|GLUT_DEPTH|GLUT_STENCIL);
  
  //GLUT窗口大小、窗口标题
  glutInitWindowSize(800, 600);
  glutCreateWindow("Triangle");
  
  //注册重塑函数
  glutReshapeFunc(changeSize);
  //注册显示函数
  glutDisplayFunc(RenderScene);

  //初始化一个GLEW库,确保OpenGL API对程序完全可用。
  GLenum status = glewInit();
  //在试图做任何渲染之前，要检查确定驱动程序的初始化过程中没有任何问题
  if (GLEW_OK != status) {
      
      printf("GLEW Error:%s\n",glewGetErrorString(status));
      return 1;
      
  }
  
  //设置我们的渲染环境
  setupRC();
  glutMainLoop();

  return  0;
  
}

3、绘制三角形

代码如下


#include "GLShaderManager.h"
/*
 `#include<GLShaderManager.h>` 移入了GLTool 着色器管理器（shader Mananger）类。没有着色器，我们就不能在OpenGL（核心框架）进行着色。着色器管理器不仅允许我们创建并管理着色器，还提供一组“存储着色器”，他们能够进行一些初步䄦基本的渲染操作。
 */

#include "GLTools.h"
/*
 `#include<GLTools.h>`  GLTool.h头文件包含了大部分GLTool中类似C语言的独立函数
*/

 
#include <GLUT/GLUT.h>
/*
 在Mac 系统下，`#include<glut/glut.h>`
 在Windows 和 Linux上，我们使用freeglut的静态库版本并且需要添加一个宏
*/

//定义一个，着色管理器
GLShaderManager shaderManager;

//简单的批次容器，是GLTools的一个简单的容器类。
GLBatch triangleBatch;

/*
 在窗口大小改变时，接收新的宽度&高度。
 */
void changeSize(int w,int h)
{
    /*
      x,y 参数代表窗口中视图的左下角坐标，而宽度、高度是像素为表示，通常x,y 都是为0
     */
    glViewport(0, 0, w, h);
    
}

void RenderScene(void)
{

    //1.清除一个或者一组特定的缓存区
    /*
     缓冲区是一块存在图像信息的储存空间，红色、绿色、蓝色和alpha分量通常一起分量通常一起作为颜色缓存区或像素缓存区引用。
     OpenGL 中不止一种缓冲区（颜色缓存区、深度缓存区和模板缓存区）
      清除缓存区对数值进行预置
     参数：指定将要清除的缓存的
     GL_COLOR_BUFFER_BIT :指示当前激活的用来进行颜色写入缓冲区
     GL_DEPTH_BUFFER_BIT :指示深度缓存区
     GL_STENCIL_BUFFER_BIT:指示模板缓冲区
     */
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT|GL_STENCIL_BUFFER_BIT);
    
    //2.设置一组浮点数来表示红色
    GLfloat vRed[] = {1.0,1.00,0.0,0.5f};
    
    //传递到存储着色器，即GLT_SHADER_IDENTITY着色器，这个着色器只是使用指定颜色以默认笛卡尔坐标第在屏幕上渲染几何图形
    shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_IDENTITY,vRed);
    
    //提交着色器
    triangleBatch.Draw();
    
    //在开始的设置openGL 窗口的时候，我们指定要一个双缓冲区的渲染环境。这就意味着将在后台缓冲区进行渲染，渲染结束后交换给前台。这种方式可以防止观察者看到可能伴随着动画帧与动画帧之间的闪烁的渲染过程。缓冲区交换平台将以平台特定的方式进行。
    //将后台缓冲区进行渲染，然后结束后交换给前台
    glutSwapBuffers();
    
}

void setupRC()
{
    //设置清屏颜色（背景颜色）
    glClearColor(0.98f, 0.40f, 0.7f, 1);
    
    
    //没有着色器，在OpenGL 核心框架中是无法进行任何渲染的。初始化一个渲染管理器。
    //在前面的课程，我们会采用固管线渲染，后面会学着用OpenGL着色语言来写着色器
    shaderManager.InitializeStockShaders();
    
    
    //指定顶点
    //在OpenGL中，三角形是一种基本的3D图元绘图原素。
    GLfloat vVerts[] = {
        -0.5f,0.0f,0.0f,
        0.5f,0.0f,0.0f,
        0.0f,0.5f,0.0f
    };
    
    triangleBatch.Begin(GL_TRIANGLES, 3);
    triangleBatch.CopyVertexData3f(vVerts);
    triangleBatch.End();
    
}

int main(int argc,char *argv[])
{

    //初始化GLUT库,这个函数只是传说命令参数并且初始化glut库
    glutInit(&argc, argv);
    
    /*
     初始化双缓冲窗口，其中标志GLUT_DOUBLE、GLUT_RGBA、GLUT_DEPTH、GLUT_STENCIL分别指
     双缓冲窗口、RGBA颜色模式、深度测试、模板缓冲区
     
     --GLUT_DOUBLE`：双缓存窗口，是指绘图命令实际上是离屏缓存区执行的，然后迅速转换成窗口视图，这种方式，经常用来生成动画效果；
     --GLUT_DEPTH`：标志将一个深度缓存区分配为显示的一部分，因此我们能够执行深度测试；
     --GLUT_STENCIL`：确保我们也会有一个可用的模板缓存区。
     深度、模板测试后面会细致讲到
     */
    glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE|GLUT_RGBA|GLUT_DEPTH|GLUT_STENCIL);
    
    //GLUT窗口大小、窗口标题
    glutInitWindowSize(800, 600);
    glutCreateWindow("Triangle");
    
    /*
     GLUT 内部运行一个本地消息循环，拦截适当的消息。然后调用我们不同时间注册的回调函数。我们一共注册2个回调函数：
     1）为窗口改变大小而设置的一个回调函数
     2）包含OpenGL 渲染的回调函数
     */
    //注册重塑函数
    glutReshapeFunc(changeSize);
    //注册显示函数
    glutDisplayFunc(RenderScene);

    /*
     初始化一个GLEW库,确保OpenGL API对程序完全可用。
     在试图做任何渲染之前，要检查确定驱动程序的初始化过程中没有任何问题
     */
    GLenum status = glewInit();
    if (GLEW_OK != status) {
        
        printf("GLEW Error:%s\n",glewGetErrorString(status));
        return 1;
        
    }
    
    //设置我们的渲染环境
    setupRC();
    glutMainLoop();
 
    return  0;
    
}

运行结果

三角形

4、绘制四边形

三角形绘制中，我们已经了解了图形绘制的一个基本流程，那么正方形的绘制就是水到渠成的，只需要在三角形代码的基础上做以下修改：

定义顶点到原心距离，即正方形边长 = blockSize * 2

GLfloat blockSize = 0.1f;

修改顶点数组

//正方形四个点的坐标
GLfloat vVerts[] = {
    -blockSize, -blockSize, 0.0f,
    blockSize, -blockSize, 0.0f,
    blockSize, blockSize, 0.0f,
    -blockSize, blockSize, 0.0f,
};

修改setupRC函数中图元的连接方式

//将 GL_TRIANGLES 修改为 GL_TRIANGLE_FAN ,4个顶点
    triangleBatch.Begin(GL_TRIANGLE_FAN, 4);

正方形

这样正方形就绘制完成了。

5.图形控制效果

主要处理图形根据键盘键位移动和屏幕边界问题
这里介绍一个函数

void SpecialKeys(int  key, int x, int y)
{
}

SpecialKeys函数是当用户使用特殊键位则会调用该函数。需要在main函数中通过glutSpecialFunc(函数名) 注册为特殊键位响应函数

移动实现方式

1.坐标更新方式

顶点根据相对顶点逐个更新顶点坐标，在SpecialKeys函数中完成键位移动时坐标的更新，并手动调用渲染。

a .首先需要定义一个步长
b.定义一个相对顶点的x和y值
假设正方形如下图所示，以D为相对顶点

正方形

c.根据键位方向，分别更新x 和 y
d.边缘碰撞处理
如果没有这个步骤，图形移动到边缘时，就会移动到屏幕不可见的区域

具体代码实现：

//key 枚举值，x、y是位置
void SpecialKeys(int key, int x, int y){
    //步长
    GLfloat stepSize = 0.025f;
    
    //相对点的坐标
    GLfloat blockX = vVerts[0];
    GLfloat blockY = vVerts[10];
    
    printf("v[0] = %f\n",blockX);
    printf("v[10] = %f\n",blockY);
    
    //根据移动方向，更新相对坐标
    if (key == GLUT_KEY_UP) {
        blockY += stepSize;
    }
    if (key == GLUT_KEY_DOWN) {
        blockY -= stepSize;
    }
    if (key == GLUT_KEY_LEFT) {
        blockX -= stepSize;
    }
    if (key == GLUT_KEY_RIGHT) {
        blockX += stepSize;
    }
    
    //触碰到边界（4个边界）的处理
    
    //当正方形移动超过最左边的时候
    if (blockX < -1.0f) {
        blockX = -1.0f;
    }
    //当正方形移动到最右边时
    //1.0 - blockSize * 2 = 总边长 - 正方形的边长 = 最左边点的位置
    if (blockX > (1.0f - blockSize * 2)) {
        blockX = 1.0f - blockSize * 2;
    }
    //当正方形移动到最下面时
    //-1.0 - blockSize * 2 = Y（负轴边界） - 正方形边长 = 最下面点的位置
    if (blockY < -1.0f + blockSize * 2) {
        blockY = -1.0f + blockSize * 2;
    }
    //当正方形移动到最上面时
    if (blockY > 1.0f) {
        blockY = 1.0f;
    }
    
    printf("blockX = %f\n",blockX);
    printf("blockY = %f\n",blockY);
    
    //重新计算正方形的位置
    //一个顶点有三个数 x、y、z
    vVerts[0] = blockX;
    vVerts[1] = blockY - blockSize * 2;
    printf("(%f,%f)\n",vVerts[0],vVerts[1]);
    
    vVerts[3] = blockX + blockSize * 2;
    vVerts[4] = blockY - blockSize * 2;
    printf("(%f,%f)\n",vVerts[3],vVerts[4]);
    
    vVerts[6] = blockX + blockSize * 2;
    vVerts[7] = blockY;
    printf("(%f,%f)\n",vVerts[6],vVerts[7]);
    
    vVerts[9] = blockX;
    vVerts[10] = blockY;
    printf("(%f,%f)\n",vVerts[9],vVerts[10]);
    
    //更新顶点数据
    triangleBatch.CopyVertexData3f(vVerts);
    
    //重新渲染提交 --> RenderScene
    glutPostRedisplay();
    
}

2.矩阵方式

主要是根据x轴、y轴移动的距离，生成一个平移矩阵，通过图形*平移矩阵 = 移动后的图形，得到最终效果

主要修改两个函数：RenderScene、SpecialKeys

定义步长及两个全局变量（相对于x轴和y轴的平移距离）

//记录移动图形时，在x轴上平移的距离
GLfloat xPos = 0.0f;
//记录移动图形时，在y轴上平移的距离
GLfloat yPos = 0.0f;

GLfloat stepSize = 0.025f;

根据移动方向，计算移动距离
边缘碰撞处理
其移动距离计算的理解如图所示
可以将初始化的平移距离理解为正方形的中心，即原点，在图形移动时，其中心点也发生了移动，所以我们要计算的边缘的移动距离就是两个中心店之间的平移距离
手动触发重新渲染

//使用矩阵方式（一起搞定），不需要修改每个顶点，只需要记录移动步长，碰撞检测
void SpecialKeys(int key, int x, int y){
    
   
    
    GLfloat stepSize = 0.025f;
    
    if (key == GLUT_KEY_UP) {
        
        yPos += stepSize;
    }
    
    if (key == GLUT_KEY_DOWN) {
        yPos -= stepSize;
    }
    
    if (key == GLUT_KEY_LEFT) {
        xPos -= stepSize;
    }
    
    if (key == GLUT_KEY_RIGHT) {
        xPos += stepSize;
    }
    
    //碰撞检测 xPos是平移距离，即移动量
    if (xPos < (-1.0f + blockSize)) {
        
        xPos = -1.0f + blockSize;
    }
    
    if (xPos > (1.0f - blockSize)) {
        xPos = 1.0f - blockSize;
    }
    
    if (yPos < (-1.0f + blockSize)) {
        yPos = -1.0f + blockSize;
    }
    
    if (yPos > (1.0f - blockSize)) {
        yPos = 1.0f - blockSize;
    }
    
    glutPostRedisplay();
    
}

清理特定缓存区
根据平移距离计算平移矩阵
将矩阵结果交给存储着色器（平面着色器）中绘制
在位置更新方式中，使用的是单元着色器，而矩阵方式中，涉及的矩阵是4*4的，单元着色器不够用，所以使用平面着色器

//开始渲染
void RenderScene(void)

{
    //1.清除一个或者一组特定的缓存区
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT | GL_STENCIL_BUFFER_BIT);
    
    //1.设置颜色RGBA
    GLfloat vRed[] = {1.0f, 0.5f, 0.0f, 1.0f};
    
    
    //定义矩阵
    M3DMatrix44f mTransformMatrix;
    
    //平移矩阵
    m3dTranslationMatrix44(mTransformMatrix, xPos, yPos, 0.0f);
    
    //当单元着色器不够用时，使用平面着色器
    //参数1：存储着色器类型
    //参数2：使用什么矩阵变换
    //参数3：颜色
    shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT, mTransformMatrix, vRed);
    
    //提交着色器
    triangleBatch.Draw();
    glutSwapBuffers();
}

简为控制

NO.4 - OpenGL小案例

1、所需要工具类

2、重要函数

2.1、 changeSize

2.2、RenderScene

2.3、setupRC

2.4、main

3、绘制三角形

4、绘制四边形

5.图形控制效果

移动实现方式

1.坐标更新方式

2.矩阵方式

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