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OpenGL简介简介n是在是在SGI等多家世界闻名的计算机公司的倡导等多家世界闻名的计算机公司的倡导下，以下，以SGI的的GL三维图形库为基础制定的一个三维图形库为基础制定的一个通用共享的通用共享的开放式三维图形标准开放式三维图形标准。n是图形硬件的一个软件接口。是图形硬件的一个软件接口。OpenGL学习资源nOpenGL红皮书红皮书即即OpenGL编程指南编程指南nOpenGL蓝皮书蓝皮书即即OpenGL参考手册参考手册nOpenGL超级宝典超级宝典nOpenGL高级编程与可视化系统开发高级编程与可视化系统开发（高（高级编程篇）级编程篇）nhttp:/ C+紧密接口，便于实紧密接口，便于实现有关计算和图形算法，可保证算法的正确性现有关计算和图形算法，可保证算法的正确性和可靠性。和可靠性。n OpenGL使用简便，效率高。使用简便，效率高。OpenGL功能（一）n建模建模OpenGL图形库除了提供基本的图形库除了提供基本的点、线、多边点、线、多边形形的绘制函数外，还提供了复杂的的绘制函数外，还提供了复杂的三维物体三维物体（球、锥、多面体、茶壶等）以及复杂（球、锥、多面体、茶壶等）以及复杂曲线和曲线和曲面曲面（例如（例如Bezier、Nurbs等曲线或曲面）绘等曲线或曲面）绘制函数。制函数。OpenGL功能（二）n变换变换OpenGL图形库的变换包括图形库的变换包括基本变换基本变换和和投影变投影变换换。基本变换有平移、旋转、缩放、镜像四种。基本变换有平移、旋转、缩放、镜像四种变换，投影变换有平行投影（又称正交投影）变换，投影变换有平行投影（又称正交投影）和透视投影两种变换。和透视投影两种变换。OpenGL功能（三）n颜色模式设置颜色模式设置OpenGL颜色模式有两种，即颜色模式有两种，即RGBA模式模式和和颜颜色索引色索引（Color Index）。）。OpenGL功能（四）n光照和材质设置光照和材质设置OpenGL光有辐射光（光有辐射光（Emitted Light）、环）、环境光（境光（Ambient Light）、漫反射光（）、漫反射光（Diffuse Light）和镜面光（）和镜面光（Specular Light）。材质）。材质是用光反射率来表示。场景（是用光反射率来表示。场景（Scene）中物体）中物体最终反映到人眼的颜色是最终反映到人眼的颜色是光的红绿蓝分量与材光的红绿蓝分量与材质红绿蓝分量的反射率相乘后形成的颜色质红绿蓝分量的反射率相乘后形成的颜色。OpenGL功能（五）n纹理映射（纹理映射（Texture Mapping）利用利用OpenGL纹理映射功能可以十分逼真地表纹理映射功能可以十分逼真地表达物体表面细节。达物体表面细节。OpenGL功能（六）n位图显示和图象增强位图显示和图象增强图象功能除了基本的拷贝和像素读写外，还提图象功能除了基本的拷贝和像素读写外，还提供供融合融合（Blending）、）、反走样反走样（Antialiasing）和）和雾雾（fog）的特殊图象效果）的特殊图象效果处理。以上三条可使被仿真物更具真实感，增处理。以上三条可使被仿真物更具真实感，增强图形显示的效果。强图形显示的效果。OpenGL功能（七）n双缓存动画（双缓存动画（Double Buffering）双缓存即前台缓存和后台缓存，简而言之，后双缓存即前台缓存和后台缓存，简而言之，后台缓存计算场景、生成画面，前台缓存显示后台缓存计算场景、生成画面，前台缓存显示后台缓存已画好的画面。台缓存已画好的画面。n此外，利用此外，利用OpenGL还能实现深度暗示还能实现深度暗示（Depth Cue）、运动模糊（）、运动模糊（Motion Blur）等特殊效果。从而实现了消隐算法。等特殊效果。从而实现了消隐算法。走进OpenGL编程n术语术语u渲染：计算机根据模型创建图像。渲染：计算机根据模型创建图像。u模型：由几何图元（点、直线、多边形）构成的模型：由几何图元（点、直线、多边形）构成的物体。物体。nOpenGL主要作用主要作用u将二维或三维的对象绘入一个帧缓冲区中。对象将二维或三维的对象绘入一个帧缓冲区中。对象被描述为一系列的顶点（用来定义几何图元）或像被描述为一系列的顶点（用来定义几何图元）或像素（用来定义图像）。素（用来定义图像）。O p e n G L对数据进行几对数据进行几个步骤的处理从而将其转换成像素，这些像素将在个步骤的处理从而将其转换成像素，这些像素将在帧缓冲区中形成最终需要的图形。帧缓冲区中形成最终需要的图形。OpenGL函数库（一）nOpenGL图形库（图形库（gl.h）提供最基本的函数，函数前缀是提供最基本的函数，函数前缀是gl。nOpenGL实用库（实用库（glu.h）包含多个完成诸如设置视点矩阵和投影矩阵、包含多个完成诸如设置视点矩阵和投影矩阵、执行多边形网格化以及渲染曲面等任务的函数。执行多边形网格化以及渲染曲面等任务的函数。OpenGL函数库（二）nOpenGL实用工具包（实用工具包（glut.h）这是一个独立于窗口系统的工具包，用于绕开这是一个独立于窗口系统的工具包，用于绕开窗口系统窗口系统API的复杂性，简化打开窗口、检测的复杂性，简化打开窗口、检测输入等任务。输入等任务。提供了一些用于创建复杂三维物体（如球体、提供了一些用于创建复杂三维物体（如球体、圆环和茶壶）的函数。圆环和茶壶）的函数。前缀是前缀是glut。OpenGL函数库（三）nOpenGL辅助库（辅助库（glaux.h）提供一些特殊的函数，包括简单的窗口管理、提供一些特殊的函数，包括简单的窗口管理、输入事件处理、某些复杂三维物体绘制等函数。输入事件处理、某些复杂三维物体绘制等函数。前缀是前缀是aux。n现在我们更多的采用现在我们更多的采用glut库，不再使用库，不再使用glaux库。库。OpenGL函数库（四）n加载加载glut库库u把过把过glut32.lib拷贝到拷贝到VC的安装目录下的的安装目录下的lib文文件夹中：如件夹中：如D:Program FilesMicrosoft Visual StudioVC98Libu把把glut.h拷贝到拷贝到VC的安装目录下的的安装目录下的IncludeGL文件夹中：文件夹中：如：如：D:Program FilesMicrosoft Visual StudioVC98IncludeGLu把把glut32.dll拷贝到拷贝到C:WINDOWSsystem32用OpenGL编写程序的基本模板n包含文件包含文件#include/用到系统中的函数用到系统中的函数#include /基本函数基本函数#include /最常用函数最常用函数#include /窗口操作窗口操作n注意：注意：glut.h确保了确保了gl.h和和glu.h被正确地包含进来，因被正确地包含进来，因此同时包含这此同时包含这3个头文件是多余的。另外，个头文件是多余的。另外，glut.h在包含在包含gl.h和和glu.h之前，确保任何与操作系统相关的内部宏都之前，确保任何与操作系统相关的内部宏都被正确的定义。为使被正确的定义。为使Glut程序是可移植的，应程序是可移植的，应包含头文包含头文件件glut.h，但不显式地包含头文件，但不显式地包含头文件gl.h和和glu.h。用OpenGL编写程序的基本模板 /主函数主函数 int main(int argc,char*argv)glutInit(&argc,argv);glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE|GLUT_RGB|GLUT_DEPTH);/设置显示模式（颜色、缓冲区等）设置显示模式（颜色、缓冲区等）glutCreateWindow(“A Simple Example”);/创建窗口创建窗口 SetupRC();/初始化渲染环境初始化渲染环境glutDisplayFunc(RenderScene);/调用场景渲染函数调用场景渲染函数 glutReshapeFunc(ChangeSize);/窗口发生变化窗口发生变化glutMainLoop();/程序开始事件处理程序开始事件处理用OpenGL编写程序的基本模板/初始化渲染环境初始化渲染环境 void SetupRC()/设置背景颜色（黑色）设置背景颜色（黑色）glClearColor(0.0f,0.0f,0.0f,1.0f);/载入纹理，设置光照、材质等载入纹理，设置光照、材质等 用OpenGL编写程序的基本模板/场景渲染函数场景渲染函数void RenderScene(void)glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);/清除清除缓冲区缓冲区 glLoadIdentity();/重置当前模型观察矩阵重置当前模型观察矩阵 /绘制绘制 glutSwapbuffers();/交换缓存区交换缓存区用OpenGL编写程序的基本模板/视口发生变化视口发生变化void ChangeSize(int w,int h)if(h=0)h=1;glViewport(0,0,w,h);glMatrixMode(GL_PROJECTION);glLoadIdentity();/透视投影透视投影 gluPerspective(75.0f,(float)w/(float)h,0.1f,100.0f);glMatrixMode(GL_MODELVIEW);用OpenGL编写程序的基本模板n模板演示基本操作（视口变换）nVoid glViewport(GLint x,GLint y,GLsizei width,GLsizei height);在窗口中指定一个用于显示图像的像素矩形。在窗口中指定一个用于显示图像的像素矩形。参数（参数（x,y）是视口左下角的坐标，而参数）是视口左下角的坐标，而参数width和和height为视口的大小。默认情况下，为视口的大小。默认情况下，视口的初始值为视口的初始值为(0,0,winWidth,winHeight),其其中中winWidth和和winHeight是窗口的大小。是窗口的大小。基本操作（投影变换）n作用：投影变化旨在定义视景体，视景体决定了物体将作用：投影变化旨在定义视景体，视景体决定了物体将被如何投影到屏幕上，即使用透视投影还是正交投影；被如何投影到屏幕上，即使用透视投影还是正交投影；另外还决定了哪些物体或者物体的哪些部分将被裁减掉。另外还决定了哪些物体或者物体的哪些部分将被裁减掉。n调用投影变换之前，要调用以下两个函数：调用投影变换之前，要调用以下两个函数：glMatrixMode(GL_PROJECTION);glLoadIdentity();将影响投影矩阵而不是模型视点矩阵，同时消除以前的将影响投影矩阵而不是模型视点矩阵，同时消除以前的投影变换。每个投影变换函数都完整的描述了一种特定投影变换每个投影变换函数都完整的描述了一种特定的变换，因此通常不混合使用两种投影变换的变换，因此通常不混合使用两种投影变换（一）透视投影nvoid gluPerspective(GLdouble fovy,GLdouble aspect,GLdouble near,GLdouble far);参数参数fovy是在是在yz平面内的视野角度，其取值范围为平面内的视野角度，其取值范围为0.0，180.0；参数；参数aspect是视景体顶面的宽高比（是视景体顶面的宽高比（w/h）；参数）；参数near和和far是视点和两个裁减面之间的距离，必须大于是视点和两个裁减面之间的距离，必须大于0。（二）正交投影（二正交投影n与透视投影不同，正交投影使用的视景体两端与透视投影不同，正交投影使用的视景体两端大小相同，因此离相机的距离不会影响物体在大小相同，因此离相机的距离不会影响物体在图像中的大小。图像中的大小。nvoid glOrtho(GLdouble left,GLdouble right,GLdouble bottom,GLdouble top,GLdouble near,GLdouble far);(三三)根据视景体进行剪裁根据视景体进行剪裁n使用模型视点矩阵和投影矩阵对场景中的物体使用模型视点矩阵和投影矩阵对场景中的物体的顶点进行变换后，任何位于视景体之外的图的顶点进行变换后，任何位于视景体之外的图元都将被裁减掉。使用的元都将被裁减掉。使用的6个裁减面是视景体个裁减面是视景体的的4个侧面和个侧面和2个端面。我们也可以指定额外的个端面。我们也可以指定额外的裁减面，并将其放在任何地方。裁减面，并将其放在任何地方。n示例：绘制一组图形，使用网格或填充方式，并实现图形的旋转（键盘控制）。几何图元的绘制n在在OpenGL中，所有几何体最终都被描述为一个中，所有几何体最终都被描述为一个有序的顶点集合。指定顶点的函数：有序的顶点集合。指定顶点的函数：Void glVertex234sifdv(TYPE coords);u通过选择合适版本，可以用多至通过选择合适版本，可以用多至4个坐标（个坐标（xy,z,w）少）少到两个坐标到两个坐标(x,y)来指定顶点。使用没有明确指定来指定顶点。使用没有明确指定z或或w的版本时，的版本时，OpenGL假定假定z为为0，w为为1。u对该函数的调用，只能在对该函数的调用，只能在glBegin()和和glEnd()之间进之间进行。行。几何图元的绘制n在在glBegin()和和glEnd()之间指定每组顶点，即之间指定每组顶点，即可创建点、直线、多边形。根据传递给可创建点、直线、多边形。根据传递给glBegin()的参数决定了根据这些顶点创建哪种几何图的参数决定了根据这些顶点创建哪种几何图元。元。nvoid glBegin(GLenum mode);uMode可以为可以为GL_POINTS、GL_LINES、GL_TRIANGLES、GL_QUADS、GL_POLYGON 等。等。几何图元的绘制nglBegin(GL_TRIANGLES);/三角形三角形 glVertex3f(0.0f,1.0f,0.0f);glVertex3f(-1.0f,-1.0f,0.0f);glVertex3f(1.0f,-1.0f,0.0f);glEnd();nglBegin(GL_QUADS);/四边形四边形 glVertex3f(-1.0f,1.0f,0.0f);glVertex3f(1.0f,1.0f,0.0f);glVertex3f(1.0f,-1.0f,00f);glVertex3f(-1.0f,-1.0f,0.0f);glEnd();基本操作（视点变换）n视点变换相当于设置相机（眼睛）的位置和方向。视点变换相当于设置相机（眼睛）的位置和方向。默认情况下，相机位于默认情况下，相机位于原点原点，镜头，镜头指向指向z轴负方轴负方向向。n视点变换方法：视点变换方法：u使用模型变换函数，即使用模型变换函数，即glTranslate*()和和glRotate*();u使用实用库函数使用实用库函数gluLookAt()定义一条视线，该函数封定义一条视线，该函数封装了一系列的旋转和平移函数；装了一系列的旋转和平移函数；u创建自己的实用函数。创建自己的实用函数。基本操作（模型变换）n三个模型变换函数：三个模型变换函数：glTranslatef(TYPE x,TYPE y,TYPE z);glRotatef(TYPE angle,TYPE x,TYPE y,TYPE z);glScalef(TYPE x,TYPE y,TYPE z);这些函数通过移动、旋转和缩放来变换物体这些函数通过移动、旋转和缩放来变换物体（或坐标系）。（或坐标系）。（一）平移n glTranslatefd(TYPE x,TYPE y,TYPE z);u将物体（或坐标系）平移将物体（或坐标系）平移x,y,z指定的距离。指定的距离。（二）旋转nVoid glRotatefd(TYPE angle,TYPE x,TYPE y,TYPE z)u将物体（或坐标系）绕原点到点（将物体（或坐标系）绕原点到点（x,y,z）直线）直线逆时逆时针针旋转旋转angle度。度。（三）缩放nVoid glScalefd(TYPE x,TYPE y,TYPE z);u物体上每一点的坐标都分别乘以参数物体上每一点的坐标都分别乘以参数x,y,z。根据因。根据因子子x,y,z对坐标轴进行缩放或反射，并相应地对坐标轴进行缩放或反射，并相应地缩放或缩放或反射反射物体。物体。颜色设置（一）（一）RGBA模式模式n在在RGBA模式下，使用函数模式下，使用函数glColor*()来设置来设置当前颜色：当前颜色glColor34b s i f d ub us ui(TYPE r,TYPE g,TYPE b,TYPE a);n例：例：uglColor3f(1.0f,0.0f,0.0f);uglColor3ub(255,0,0);键盘控制n在主函数里面添加在主函数里面添加glutSpecialFunc(SpecialKeys);void SpecialKeys(int key,int x,int y)if(key=GLUT_KEY_UP)xRot-=5.0f;if(key=GLUT_KEY_DOWN)xRot+=5.0f;if(key=GLUT_KEY_LEFT)yRot-=5.0f;if(key=GLUT_KEY_RIGHT)yRot+=5.0f;if(key 356.0f)xRot=0.0f;if(key 356.0f)yRot=0.0f;if(key -1.0f)yRot=355.0f;glutPostRedisplay();/Refresh the Window