之前我们已经将OpenGL的环境搭好了，那么，今天我们就来用一个小例子来玩一下OpenGL，顺便感受一下OpenGL的神奇。
案例是这样的：用OpenGL绘制一个正方形，然后用键盘的上下左右按钮控制方块移动，当方块接触边框时停止移动。
方块移动.gif
准备工作
首先我们要导包和定义一些工具类，如下
/*
`#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;
接下来，通过坐标设置一个正方形，
//blockSize 边长
GLfloat blockSize = 0.1f;
//正方形的4个点坐标
GLfloat vVerts[] = {
-blockSize,-blockSize,0.0f,
blockSize,-blockSize,0.0f,
blockSize,blockSize,0.0f,
-blockSize,blockSize,0.0f
};
- 其中blockSize是正方形的边长，因为在屏幕中从中心点到边框的比例区间是[0,1],所以边框的长度可以在0到1之间随意设置，各位可以自行设置；
- 可以注意到正方形是12个元素的数组，为什么呢？这是因为正方形并不是出在二维界面中，而是在三维界面中，所以描述一个点需要用x,y,z三个左边。
开始
代码的入口在main方法里，在main方法中，我们对图形进行绘制及操作。
int main(int argc,char *argv[])
{
//设置当前工作目录，针对MAC OS X
/*
`GLTools`函数`glSetWorkingDrectory`用来设置当前工作目录。实际上在Windows中是不必要的，因为工作目录默认就是与程序可执行执行程序相同的目录。但是在Mac OS X中，这个程序将当前工作文件夹改为应用程序捆绑包中的`/Resource`文件夹。`GLUT`的优先设定自动进行了这个中设置，但是这样中方法更加安全。
*/
gltSetWorkingDirectory(argv[0]);
//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(600, 800);
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);
//注册特殊函数
glutSpecialFunc(SpecialKeys);
/*
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;
}
其实在main方法中我们着重做了4件事。
- setupRC()，设置我们的渲染环境，这是做为绘画进行一些准备工作，设置背景色，初始化shaderManager等等。
2.注册函数，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。这就相当于iOS的block以及代理，在特定的时间会調起这些函数。
- 注册重塑函数:glutReshapeFunc(changeSize);,这个函数会在两个时间点进行触发：
1.程序运行时；
2.窗口大小改变时。 - 注册显示函数:glutDisplayFunc(RenderScene);这是整个项目的核心内容，在这个函数里，我们会进行图形的绘制。
- 注册特殊函数:glutSpecialFunc(SpecialKeys);这个函数中，我们点击特殊按钮，来改变图形位置，让图形移动。
- glutMainLoop()，这个方法就是为程序提供一个runloop，保证程序处在一个循环中。
流程图如下：
流程图.png
具体操作
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
// };
//修改为GL_TRIANGLE_FAN ，4个顶点
triangleBatch.Begin(GL_TRIANGLE_FAN, 4);
triangleBatch.CopyVertexData3f(vVerts);
triangleBatch.End();
}
- triangleBatch.Begin(GL_TRIANGLE_FAN, 4)方法就是将四边形的顶点按固定顺序进行连接。
- triangleBatch.CopyVertexData3f(vVerts);将顶点数组的数据拷贝到固定着色器中。
- ttriangleBatch.End();记得要使用End方法。
changeSize()
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);
}
这一段代码就是设置视口，w,h就是glutInitWindowSize(600, 800);中的数据。
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[] = {1.0,0.0,0.0,1.0f};
//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();
}
- glClear()，在绘制之前要清理缓存，否则之前context里的内容会对接下来的绘制，造成影响
- GLT_SHADER_IDENTITY，单元着色器，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。
- triangleBatch.Draw()，绘制。
-
glutSwapBuffers()
1.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。
2.将后台缓冲区进行渲染，然后结束后交换给前台
重写void SpecialKeys(int key, int x, int y)
void SpecialKeys(int key, int x, int y){
GLfloat stepSize = 0.025f;
GLfloat blockX = vVerts[0];
GLfloat blockY = vVerts[10];
printf("v[0] = %f\n",blockX);
printf("v[10] = %f\n",blockY);
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 > (1.0 - 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);
// Recalculate vertex positions
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]);
triangleBatch.CopyVertexData3f(vVerts);
glutPostRedisplay();
}
- GLfloat stepSize = 0.025f;即，点击每一次按钮，移动0.025f个距离
- 触碰到边界（4个边界）需要进行处理
- triangleBatch.CopyVertexData3f(vVerts);将顶点数组的数据拷贝到固定着色器中。
- glutPostRedisplay();再次绘制。
RUN!!!，就看到了我们想要的效果。
完了吗？大家思考一个问题，现在的项目中，我们移动按钮时，是对正方形的每一个顶点进行加减，那假如我们有一个圆，或者一个多边形，天啦撸~那要累死，那么有更好的办法吗？
矩阵，我们用矩阵去记录移动的位置，然后用矩阵去和图形相乘，达到改变的效果。
重写void SpecialKeys(int key, int x, int y)
GLfloat xPos = 0.0f;
GLfloat yPos = 0.0f;
我们定义两个变量来记录移动的位置
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
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();
}
改写SpecialKeys()方法，将改变的数值存入xPos和yPos中。
重写RenderScene(void)
void RenderScene(void)
{
//---------方法2--------
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT|GL_STENCIL_BUFFER_BIT);
GLfloat vRed[] = {1.0f,0.0f,0.0f,0.0f};
M3DMatrix44f mTransfromMatrix;
//平移
m3dTranslationMatrix44(mTransfromMatrix, xPos, yPos, 0.0f);
// //将旋转和移动的矩阵结果 合并到mFinalTransform （矩阵相乘）
// m3dMatrixMultiply44(mFinalTransform, mTransfromMatrix, mRotationMartix);
//将矩阵结果 提交给固定着色器（平面着色器）中绘制
shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT,mTransfromMatrix,vRed);
triangleBatch.Draw();
//执行交换缓存区
glutSwapBuffers();
}
- m3dTranslationMatrix44(mTransfromMatrix, xPos, yPos, 0.0f),将移动后的xPos, yPos存入mTransfromMatrix中，
-
shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT,mTransfromMatrix,vRed);通过平面着色器进行渲染。
- 参数1：GLT_SHADER_FLAT，平面着色器；参数2：允许变化的4*4矩阵；参数3：颜⾊。
- 平面着色器使用场景: 在绘制图形时, 可以应⽤变换(模型/投影变化)。
总结
- 平面着色器和单元着色器，如果绘制的图形是固定的，我们使用单元着色器就可以完成，而图形需要进行变换，例如平移、旋转、缩放，我们就需要对图形进行矩阵变换，再用平面着色器进行绘制。
- RenderScene调用时机：创建视图时会调用；视口大小改变时会进行调用；而点击特殊按钮时用到了glutPostRedisplay()方法，也会进行调用。
- glClear()每次绘制的时候，需要清除缓存。
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