红宝书示例 - 光栅字体与汉字

Chapter 07 Display Lists

• http://www.glprogramming.com/red/chapter07.html

Type Characters without font Raster Font & Chiness

完整代码进仓库这里：

• https://github.com/jimboyeah/The-OpenGL-Redbook-Samples-MinGW/blob/redbook-samples-1.1/demos/07-stroke.cpp
• https://github.com/jimboyeah/The-OpenGL-Redbook-Samples-MinGW/blob/redbook-samples-1.1/demos/08-font.cpp

学习目标：

• 理解显示列表如果在 OpenGL 立即模式下组织数据；
• 如何利用显示列表最优化性能；

显示列表可以用来保存一组 OpenGL 命令，在后续执行以提高性能。

基本使用流程，先在初始化过程定义显示列表，可以嵌套，然后在后续重绘渲染时执行：

static void init(void)
{
   theTorus = glGenLists (1);
   glNewList(theTorus, GL_COMPILE);
   // glVertex3f ...
   // glCallList(frame); call another
   glEndList();

   glShadeModel(GL_FLAT);
   glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 0.0);
}

/* Clear window and draw torus */
void display(void)
{
   glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
   glColor3f (1.0, 1.0, 1.0);
   glCallList(theTorus);
   glFlush();
}

经过显示列表的优化，比如原先需要执行三角函数和开平方根的旋转操作，优化后只需要存储最终的变换矩阵，可以像硬件一样快速执行 glMultMatrix*()。

并非所有 OpenGL 命令都支持显示列表，以下这部分是支持的：

| glColorPointer()       | glGet*()              | glSelectBuffer()    |
| glFlush()              | glReadPixels()        | glFeedbackBuffer()  |
| glNormalPointer()      | glEdgeFlagPointer()   | glIsEnabled()       |
| glDeleteLists()        | glIndexPointer()      | glTexCoordPointer() |
| glGenLists()           | glRenderMode()        | glFinish()          |
| glPixelStore()         | glEnableClientState() | glIsList()          |
| glDisableClientState() | glInterleavedArrays() | glVertexPointer()   |

可以删除已经定义的显示列表：

GLboolean glIsList(GLuint list);

示例：

• Example 7-1 : Creating a Display List: torus.c
• Example 7-2 : Using a Display List: list.c
• Example 7-5 : Multiple Display Lists to Define a Stroked Font: stroke.c

例 7-5 展示了 glCallLists 多次调用显示列表来打印字符，此示例没有使用字符，而是通过定点连线的方式显示字符，提供了一个文字显示方法的参考。通过预定义 6 x 11 点阵字符 A, E, P, R, S 数据，根据字符的复杂度定义不同的取样点，还定义了三个常量 PT、STROKE、END 表示字符中的采样点、断笔位置和符号结束点。

先是初始化显示列表，注意这里使用的偏移和字符关联起来了：

GLuint base;

glShadeModel (GL_FLAT);

base = glGenLists (128);
glListBase(base);
glNewList(base+'A', GL_COMPILE); drawLetter(Adata); glEndList();
glNewList(base+'E', GL_COMPILE); drawLetter(Edata); glEndList();
glNewList(base+'P', GL_COMPILE); drawLetter(Pdata); glEndList();
glNewList(base+'R', GL_COMPILE); drawLetter(Rdata); glEndList();
glNewList(base+'S', GL_COMPILE); drawLetter(Sdata); glEndList();
glNewList(base+' ', GL_COMPILE); glTranslatef(8.0, 0.0, 0.0); glEndList();

API 原型：

void glListBase(GLuint base);
void glCallLists(GLsizei n, GLenum type, const GLvoid *lists);

然后，再使用多次执行显示列表的方式将字符打印出来，调用显示列表时，将字符串传入，OpenGL 会逐一字节执行，而且，每个字节的值是作为显示列表的号码使用的，也即调用了前面用字符关联起来的显示列表：

glCallLists(len, GL_BYTE, (GLbyte *)s);

注意 drawLetter 这个方法，它负责将预定义的字符数据按连线方式 GL_LINE_STRIP 绘图，glVertex2fv 接收坐标数据的指针：

void drawLetter(CP *l)
{
    glBegin(GL_LINE_STRIP);
    for (;;) {
    switch (l->type) {
        case PT:
        glVertex2fv(&l->x);
        break;
        case STROKE:
        glVertex2fv(&l->x);
        glEnd();
        glBegin(GL_LINE_STRIP);
        break;
        case END:
        glVertex2fv(&l->x);
        glEnd();
        glTranslatef(8.0, 0.0, 0.0);
        return;
    }
    l++;
    }
}

例如，可以这样定义一个感叹号：

CP EMdata[] = {
    {3, 10, PT}, {3, 3, STROKE}, {3, 1, PT}, {3, 0, END}
};

Chapter 8 Drawing Pixels, Bitmaps, Fonts, and Images

学习目标：

• 定位与绘制图像数据；
• 从 frame buffer 读取位图及图像到处理器，或从内存到 frame buffer；
• 在不同的 frame buffer 间拷贝像素色彩数据；
• 在写入 frame buffer 时缩放图像；
• 在 frame buffer 间处理图像时，控制像素格式以及进行其它变换；

绘制图像前通常需要指定光栅位置：

void glRasterPos{234}{sifd}(TYPE x, TYPE y, TYPE z, TYPE w);
void glRasterPos{234}{sifd}v(TYPE *coords);

void glBitmap(  GLsizei width,
    GLsizei height,
    GLfloat xorig,
    GLfloat yorig,
    GLfloat xmove,
    GLfloat ymove,
    const GLubyte * bitmap);

图像绘制除了指定宽高像素外，还要指定：

• xorig, yorig 图像原点坐标，位图以左下角为 0 点坐标，右上角为正；
• xmove, ymove 在绘图完成后，对当前光栅位置的增量；
• bitmap 指定像素数据地址；

例如，以下表示绘制一个 10 x 12 像素的图像，然后将光栅位置右移 11.0：

glBitmap (10, 12, 0.0, 0.0, 11.0, 0.0, rasters);

在光栅定位前，可以位图设置颜色，glRasterPos 之前设置的颜色在本次绘图生成，之后设置的颜色在下回绘图时才有效。

如果光栅位置超出显示区域，则不会渲染，并且光栅位置保持无效状态，通过以下 API 确认光栅位置有效性：

glGetFloatv(GL_CURRENT_RASTER_POSITION, pointer_x_y_z_w);
glGetBooleanv(GL_CURRENT_RASTER_POSITION_VALID);

glBitmap 这个方法绘制的像素只是一个 bit 位，以下光栅 bit 数据定义，可以通过相应的 bit 位看到，置位的部分对应了一个 倒 F 字符：

GLubyte rasters[24] = {
   0xc0, 0x00, 0xc0, 0x00, 0xc0, 0x00, 0xc0, 0x00, 0xc0, 0x00,
   0xff, 0x00, 0xff, 0x00, 0xc0, 0x00, 0xc0, 0x00, 0xc0, 0x00,
   0xff, 0x00, 0xff, 0x00};

1100 0000 0000 0000 
1100 0000 0000 0000 
1100 0000 0000 0000 
1100 0000 0000 0000 
1100 0000 0000 0000 

1100 0000 0000 0000 
1100 0000 0000 0000 
1100 0000 0000 0000 
1100 0000 0000 0000 
1100 0000 0000 0000 

1111 1111 0000 0000 
1111 1111 0000 0000 
1100 0000 0000 0000 
1100 0000 0000 0000 
1100 0000 0000 0000 

1100 0000 0000 0000 
1100 0000 0000 0000 
1100 0000 0000 0000 
1100 0000 0000 0000 
1100 0000 0000 0000 

1111 1111 0000 0000 
1111 1111 0000 0000 

虽然，数据中每一行有两个字节，但是给 glBitmap 指定的宽度是 10 像素宽度，只使用了其中的 10-bit，剩下的被丢弃了。

在 Chapter 07 中，通过 glCallLists() 巧妙实现了字符的打印，这就是 Raster Font 光栅字体的应用。对于西方文字通常在 256 个字符以内，这个方法很好使，参考 font.c 示例定义了 26 个字母的光栅字体，8 x 13 像素。

对于更长到 4 个字节的字符集，glCallLists() 也可以在参数中指定以下类型来实现，由于汉字的复杂度使用得光栅字体的像素也需要更多，：

| GL_BYTE | GL_UNSIGNED_BYTE |
| GL_SHORT | GL_UNSIGNED_SHORT |
| GL_INT | GL_UNSIGNED_INT |
| GL_FLOAT | GL_2_BYTES |
| GL_3_BYTES | GL_4_BYTES |

例如，第一个字母 A 和中国两字对应的光栅如下，同样的点阵，汉字明显不够用，想要好点的效果，12 bit 宽度是必需的：

0000 0000  0001 1000 1111 1111
1100 0011  0001 1000 1000 0001
1100 0011  0001 1000 1111 1111
1100 0011  0001 1000 1011 1001
1100 0011  0001 1000 1101 1011
1111 1111  1111 1111 1001 1001
1100 0011  1001 1001 1001 1001
1100 0011  1001 1001 1011 1101
1100 0011  1001 1001 1001 1001
1100 0011  1111 1111 1001 1001
0110 0110  0001 1000 1011 1101
0011 1100  0001 1000 1000 0001
0001 1000  0001 1000 1111 1111

示例：

• Example 8-1 : Drawing a Bitmapped Character: drawf.c
• Example 8-2 : Drawing a Complete Font: font.c
• Example 8-3 : Use of glDrawPixels(): image.c
• Example 8-4 : Drawing, Copying, and Zooming Pixel Data: image.c

Type Characters without font