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一、 提要

在前面兩篇相關(guān)文章

《 Win32 OpenGL 編程（1）Win32下的OpenGL編程必須步驟 》

《 Win32 OpenGL編程(2) 尋找缺失的OpenGL函數(shù) 》

中，我們已經(jīng)建立了一個(gè)較為全面的 Win32 OpenGL 編程環(huán)境及一個(gè)簡(jiǎn)單的框架，并且，實(shí)際上掌握了 OpenGL 在 Windows 下與 Win32 窗口交互的方法，在此基礎(chǔ)上，總算是可以正式進(jìn)行一些 OpenGL 相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)，前面的那些也就算是熱身。本文的目的是將 OpenGL 中基本圖元（點(diǎn)，線，多邊形）的繪制大概的講解一遍，最后可以組合的使用這些技術(shù)用 OpenGL 完成較為復(fù)雜的 2D 圖形。

二、 基本圖元相關(guān)概念

首先講講相關(guān)的概念，在 OpenGL 中，即使是復(fù)雜的圖形，實(shí)際上也是由一些非常基本的圖元組成，即點(diǎn)，直線，多邊形，多邊形中用的較多的又是三角形和矩形。在數(shù)學(xué)中，兩點(diǎn)確定一條直線，三點(diǎn)確定一個(gè)三角形和一個(gè)面，同一個(gè)面上的四個(gè)點(diǎn)確定一個(gè)四邊形。。。。。。在 OpenGL 中也大致的利用此方式來(lái)確定直線和多邊形，也就是說(shuō)，當(dāng)你想畫一個(gè)直線或者一個(gè)多邊形的時(shí)候，只需要告訴 OpenGL 能確定此直線或者多邊形的點(diǎn)即可。用參考 2 中的描述是：“在 OpenGL 中，所有的幾何物體最終都描述成一組有序的頂點(diǎn)”。有此基本的概念后就可以看下面的例子了。

三、 OpenGL 的 Hello World 示例分析

這里的 Hello World 程序指的是一個(gè)利用 OpenGL 完成的矩形繪制程序，相對(duì)于在系列文章 1 中的 Win32 OpenGL 編程框架，簡(jiǎn)化了很多東西，只剩下最最基本的 OpenGL 元素，但也是一個(gè)完善的 OpenGL 示例了。此示例顯示的是一個(gè)白色的矩形，運(yùn)行效果如附圖 1 ，完整代碼見我博客代碼的 2009-10-12/SimpleRectangle 工程，具體下載及查看方法見本文最后的說(shuō)明。

此示例 OpenGL 相關(guān)的主要就是兩部分。

//OpenGL 初始化開始

void SceneInit ( int w , int h )

{

}

// 這里進(jìn)行所有的繪圖工作

void SceneShow ( GLvoid )

{

glClear ( GL_COLOR_BUFFER_BIT );

glBegin ( GL_QUADS );

glVertex3f (-0.5, -0.5, 0.0);

glVertex3f (0.5, -0.5, 0.0);

glVertex3f (0.5, 0.5, 0.0);

glVertex3f (-0.5, 0.5, 0.0);

glEnd ();

glFlush ();

}

我們下面從 OpenGL 的角度來(lái)分析此程序。作為 HelloWorld 級(jí)的程序，我簡(jiǎn)化了很多東西，首先 OpenGL 的初始化省略了，用的都是 OpenGL 的默認(rèn)值，具體有哪些，后面一步一步說(shuō)。以下是按步驟說(shuō)明每個(gè) OpenGL 函數(shù)。

1. glClear

OpenGL 參考手冊(cè) :

glClear takes a single argument that is the bitwise OR of several values indicating which buffer is to be cleared.

GL_COLOR_BUFFER_BIT Indicates the buffers currently enabled for color writing.

作用是清除顏色緩沖區(qū)。類似于我們使用一塊新申請(qǐng)的內(nèi)存時(shí)先用 memset/ZeroMemory 去清零一下，用這樣的 Clear 操作為我們需要使用的顏色緩沖區(qū) (Color Buffer) 清零一下。假如沒有這樣的操作，以前留在顯存 / 內(nèi)存 ( 不確定 ) 中的值會(huì)影響我們的操作，并且，這樣的問(wèn)題往往是非常難以調(diào)試和發(fā)現(xiàn)的，這一點(diǎn)大家可以嘗試一下。

2. glBegin ， glEnd

OpenGL 參考手冊(cè) :

glBegin, glEnd - delimit the vertices of a primitive or a group of like primitives

OpenGL 代碼的主體部分是：

glBegin ( GL_QUADS );

glVertex3f (-0.5, -0.5, 0.0);

glVertex3f (0.5, -0.5, 0.0);

glVertex3f (0.5, 0.5, 0.0);

glVertex3f (-0.5, 0.5, 0.0);

glEnd ();

glBegin 與 glEnd 很明顯是一對(duì)， 標(biāo)志著一組 OpenGL 操作的開始和結(jié)束。 并且在參數(shù)中告訴了 OpenGL 下面的操作是針對(duì)什么圖形進(jìn)行的，此例中 GL_QUADS 是表示四邊形。事實(shí)上還有很多其他的參數(shù)來(lái)表示各類圖形，在《 OpenGL Programming Guide 》的 此頁(yè) 中 Figure 2-7 : Geometric Primitive Types 一圖形象的說(shuō)明了各個(gè)參數(shù)的作用。

3. glVertex *

glVertex3f 就是在 基本圖元相關(guān)概念 一節(jié)提到的 OpenGL 中確定頂點(diǎn)的函數(shù)。簡(jiǎn)而言之，上面的 4 句 glVertex3f 確定了矩形的 4 個(gè)頂點(diǎn)。（注意順序）然后， OpenGL 就會(huì)自動(dòng)根據(jù) glBegin 指定的參數(shù)去完成相關(guān)的繪制任務(wù)了， 此例中 GL_QUADS 是表示四邊形，所以最后的效果是一個(gè)矩形，實(shí)際的其他參數(shù)讀者可以自己嘗試一下。

4. OpenGL 默認(rèn)坐標(biāo)系

我們?cè)倏匆幌? glVertex* 指定頂點(diǎn)的代碼：

glVertex3f (-0.5, -0.5, 0.0);

glVertex3f (0.5, -0.5, 0.0);

glVertex3f (0.5, 0.5, 0.0);

glVertex3f (-0.5, 0.5, 0.0);

為什么上述就指定了一個(gè)矩形的四個(gè)頂點(diǎn)呢？需要說(shuō)明的是，在 OpenGL 中默認(rèn)坐標(biāo)體系與 Windows 中常用的不同， Windows 中常用的坐標(biāo)體系（僅 2D ）是用戶區(qū)的左上角為坐標(biāo)原點(diǎn)，即 (0.0,0.0) 點(diǎn)，右為坐標(biāo)軸的 X 軸正方向，下為 Y 軸正方向， OpenGL 中的坐標(biāo)軸（ 3D ）默認(rèn)以客戶區(qū)中心點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)（ 0.0,0.0,0.0 ），右為坐標(biāo)軸的 X 軸正方向，上為 Y 軸正方向，垂直指出屏幕的方向?yàn)? Z 軸正方向。長(zhǎng)度定義是將客戶區(qū)范圍為按單位長(zhǎng)度定義，即整個(gè)客戶區(qū)恰好是 (-1,-1) （左下）到 (1,1) （右上）。附圖 2 是一個(gè)上述示例程序附上 OpenGL 的平面坐標(biāo)系的圖，也可以作為 OpenGL 默認(rèn)坐標(biāo)系的參考圖。

5. OpenGL 函數(shù)命名

這里順面介紹一下 OpenGL 函數(shù)的命名規(guī)范，因?yàn)? C 語(yǔ)言天生的弱點(diǎn)及豐富的數(shù)據(jù)類型，在 OpenGL 中凡是牽涉到與參數(shù)數(shù)量和數(shù)據(jù)類型相關(guān)的函數(shù)，一般的命名方式都是 xxxx[n][t] 。

xxxx 表示函數(shù)的意義， [t] 用于表示此函數(shù)對(duì)應(yīng)的類型。一般用單個(gè)的字母表示參數(shù)的類型， s 表示 16 位整數(shù)（ OpenGL 中將這個(gè)類型定義為 GLshort ）， i 表示 32 位整數(shù)（ OpenGL 中將這個(gè)類型定義為 GLint 和 GLsizei ）， f 表示 32 位浮點(diǎn)數(shù)（ OpenGL 中將這個(gè)類型定義為 GLfloat ）， d 表示 64 位浮點(diǎn)數(shù)（ OpenGL 中將這個(gè)類型定義為 GLdouble ）。此例中使用的是 32 位浮點(diǎn)數(shù)，所以是 f 。這是 C 語(yǔ)言沒有函數(shù)重載機(jī)制的天生弱點(diǎn)導(dǎo)致的扭曲應(yīng)對(duì)方案。（用 C++ 就不需要這么麻煩了）

然后是數(shù)字，因?yàn)橥瑯拥脑颍? C 語(yǔ)言中一個(gè)同樣意義的函數(shù)不能同時(shí)有不同個(gè)數(shù)的參數(shù)，所以 OpenGL 用一個(gè)數(shù)字來(lái)表示參數(shù)的個(gè)數(shù)，此例中是 3 ，表示以 3 個(gè)參數(shù)（即點(diǎn)的 X,Y,Z 坐標(biāo)）來(lái)表示頂點(diǎn)。（事實(shí)上還有 glVertex2* ， glVertex4* ）

比如此例中，用如下代碼效果是一樣的：

glVertex2f (-0.5, -0.5);

glVertex2f (0.5, -0.5);

glVertex2f (0.5, 0.5) ;

glVertex2f (-0.5, 0.5);

在 glVertex2f 中， Z 軸默認(rèn)為 0.

這里我依照參考 2 的用法，以 * 作為通配符來(lái)表示一組函數(shù)， * 既可以表示代表參數(shù)數(shù)量的數(shù)字也可以表示代表類型的字母。

6. glFlush

OpenGL 參考手冊(cè) :

glFlush - force execution of GL commands in finite time

說(shuō)白了就是強(qiáng)制執(zhí)行已經(jīng)指定的 OpenGL 命令，與 fflush 命名類似作用也類似。

7. 小結(jié)

以上的 5 個(gè) OpenGL 函數(shù)就構(gòu)成了一個(gè)基本的 OpenGL 程序（不包括模板中使用的那些），由 glClear 清空顏色緩沖區(qū)獲得干凈的環(huán)境，由 glBegin 指定開始一組頂點(diǎn)操作的開始，并確認(rèn)繪制圖形，由 glVertex* 指定頂點(diǎn)，由 glEnd 表示操作結(jié)束，由 glFlush 強(qiáng)制開始繪圖。運(yùn)行效果如附圖 1 。

四、 基本圖元

事實(shí)上，上一節(jié)已經(jīng)包含了所有的知識(shí)，各個(gè)圖元在 OpenGL 中繪制方式的不同僅僅在于 glBegin 的參數(shù)不同而已，這里將基本圖元簡(jiǎn)單介紹一下。

1. 點(diǎn)

點(diǎn)是最常用的圖元之一了，而且所有的圖像都可以看做是由點(diǎn)構(gòu)成的，事實(shí)上屏幕也就是由一個(gè)一個(gè)像素點(diǎn)構(gòu)成了圖像：）

畫點(diǎn)的方式是使用 GL_POINTS 為參數(shù)調(diào)用 glBegin 。那么，每一個(gè) glVertex* 指定頂點(diǎn)就會(huì)繪制成一個(gè)單獨(dú)的點(diǎn)。點(diǎn)的默認(rèn)大小為 1 個(gè)像素，可以通過(guò) glPointSize 函數(shù)來(lái)改變點(diǎn)的大小，在點(diǎn)比較大并且沒有開啟抗鋸齒時(shí)，是按照一個(gè)正方形來(lái)繪制的。比如上例中，僅僅將 GL_QUADS 換成 GL_POINTS ，將是繪制上述矩形的 4 個(gè)頂點(diǎn)，為了截圖效果顯著，調(diào)用 glPointSize 將點(diǎn)的大小改為 20 。如下代碼：

// 這里進(jìn)行所有的繪圖工作

void SceneShow ( GLvoid )

{

glClear ( GL_COLOR_BUFFER_BIT );

glPointSize (20);

glBegin ( GL_POINTS );

glVertex3f (-0.5, -0.5, 0.0);

glVertex3f (0.5, -0.5, 0.0);

glVertex3f (0.5, 0.5, 0.0);

glVertex3f (-0.5, 0.5, 0.0);

glEnd ();

glFlush ();

}

效果如附圖 3 所示。

光是點(diǎn)也可以做很多有趣的應(yīng)用， Windows 的屏保模擬星空即是其一，事實(shí)上，在原來(lái)學(xué)習(xí)簡(jiǎn)單的圖形編程時(shí)，我用多種語(yǔ)言嘗試了用點(diǎn)做一些有意思的東西。見簡(jiǎn)單圖形編程學(xué)習(xí)系列：

《 簡(jiǎn)單圖形編程的學(xué)習(xí)（ 2 ） --- 點(diǎn) (Qt 實(shí)現(xiàn) ) 》

《 簡(jiǎn)單圖形編程的學(xué)習(xí)（ 2 ） --- 點(diǎn) (Windows GDI 實(shí)現(xiàn) ) 》

《 簡(jiǎn)單圖形編程的學(xué)習(xí)（ 2 ） --- 點(diǎn) (small basic 實(shí)現(xiàn) ) 》

其中點(diǎn)與文字結(jié)合形成的那個(gè)星空文字效果我是印象深刻，我一直將其作為“簡(jiǎn)單的編程技術(shù) + 創(chuàng)意”也能很強(qiáng)大的例子。

2. 直線

直線也是很基礎(chǔ)的東西了，但是 OpenGL 中的直線與數(shù)學(xué)概念上有些區(qū)別，不知道外國(guó)的那些專家在命名時(shí)為啥亂了，其實(shí) OpenGL 中的直線與數(shù)學(xué)中的線段概念一致，有兩個(gè)端點(diǎn)確認(rèn)長(zhǎng)度。事實(shí)上，在 OpenGL 繪制中，指定的也就是線段的兩個(gè)端點(diǎn)。用 GL_LINES 調(diào)用 glBegin 時(shí)，表示繪制的是直線。默認(rèn)情況下寬度為一個(gè)像素，同樣， OpenGL 也提供了函數(shù) glLineWidth 用以改變直線的寬度。比如上例中，僅僅將 GL_QUADS 換成 GL_LINES 將是兩條平行的直線，并用 glLineWidth 將直線寬度改為 5 ，如下代碼：

// 這里進(jìn)行所有的繪圖工作

void SceneShow ( GLvoid )

{

glClear ( GL_COLOR_BUFFER_BIT );

glLineWidth (5);

glBegin ( GL_LINES );

glVertex3f (-0.5, -0.5, 0.0);

glVertex3f (0.5, -0.5, 0.0);

glVertex3f (0.5, 0.5, 0.0);

glVertex3f (-0.5, 0.5, 0.0);

glEnd ();

glFlush ();

}

運(yùn)行效果如附圖 4 所示。

直線的應(yīng)用也是非常廣泛的，還記得 Windows 的屏保中的變幻線嗎？千變?nèi)f變，無(wú)論多么絢爛的效果，其實(shí)也僅僅是一條條變化的線段而已。

3. 多邊形

其實(shí)可以將多邊形看成是從點(diǎn)到線到面的一種擴(kuò)展，這里的面自然也是有范圍的，那么就成了多邊形了，在繪制圖形中用的最多的是三角形，因?yàn)槿切慰隙ㄔ谕粋€(gè)面上，這樣可以簡(jiǎn)化很多計(jì)算的處理。 GL_TRIANGLES 調(diào)用 glBegin 表示開始繪制三角形。然后還有 GL_QUADS 表示四邊形（上例中的用法）， GL_POLYGON 表示多邊形（必須是凸的）。

4. 小結(jié)

其實(shí)除了上面講到的那些參數(shù)，還有一些額外的參數(shù)，比如 GL_LINE_STRIP,GL_TRIANGLES_STRIP 等，表示繪制的時(shí)候繪制一些列連續(xù)的圖形，這些參數(shù)用文字解釋起來(lái)不夠形象，還是推薦參考 《 OpenGL Programming Guide 》的 此頁(yè) 中 Figure 2-7 : Geometric Primitive Types 一圖，此圖形象的展示了各個(gè)參數(shù)時(shí)對(duì)點(diǎn)的解釋方式和順序。在此圖的下面，還有個(gè)表總結(jié)了一下各個(gè)參數(shù)的作用。

在一個(gè) glBegin 和 glEnd 對(duì)中可以連續(xù)的制定多個(gè)頂點(diǎn)，甚至超出你指定的圖形的數(shù)目，比如繪制三角形時(shí)可以指定 6 個(gè)點(diǎn)，那么此時(shí)，將會(huì)繪制兩個(gè)三角形而不是一個(gè)，這樣而當(dāng)指定 4 ， 5 個(gè)點(diǎn)時(shí)用 GL_TRIANGLES 參數(shù)時(shí)將會(huì)丟棄，用 GL_TRIANGLE_STRIP 參數(shù)時(shí)將會(huì)連續(xù)繪制兩個(gè)三角形，具體的解釋方法也是要看 glBegin 參數(shù)的，建議還是參考上述圖片。

五、 參考資料

1. 《 OpenGL Reference Manual 》， OpenGL 參考手冊(cè)

2. 《 OpenGL 編程指南》（《 OpenGL Programming Guide 》）， Dave Shreiner ， Mason Woo ， Jackie Neider ， Tom Davis 著，徐波譯，機(jī)械工業(yè)出版社

3. 《 Nehe OpenGL Tutorials 》， Nehe 著，在 http://nehe.gamedev.net/ 上可以找到教程及相關(guān)的代碼下載，（有 PDF 版本教程下載） Nehe 自己還做了一個(gè)面向?qū)ο蟮目蚣埽鳛檠菔境绦騺?lái)說(shuō)，這樣的框架非常合適。也有 中文版 ，各取所需吧。

4. 《 OpenGL 入門學(xué)習(xí)》 ， eastcowboy 著，這是我在網(wǎng)上找到的一個(gè)比較好的教程，較為完善，而且非常通俗。這是第一篇的地址： http://bbs.pfan.cn/post-184355.html

六、 系列其他文章

1. 《 Win32 OpenGL 編程（1）Win32下的OpenGL編程必須步驟 》

2. 《 Win32 OpenGL編程(2) 尋找缺失的OpenGL函數(shù) 》

七、 最后說(shuō)明

本文中所有代碼（如果有的話）都能用 Mercurial 在 Google Code 中下載。

文章以博文發(fā)表的日期分目錄存放，下載地址見：

http://code.google.com/p/jtianling/source/checkout?repo=blog-sample-code

或者直接使用 Mercurial 克隆下列庫(kù)：

https://blog-sample-code.jtianling.googlecode.com/hg/

Mercurial 使用方法見《 分布式的，新一代 版本控制系統(tǒng) Mercurial 的介紹及簡(jiǎn)要入門 》

八、 附圖

1. 圖 1 SimpleRectangle