PyOpenGL-安装与测试

1，目的

本文只是为了初步了解一下Python的OpenGL使用方法（整合前辈的技术Blog），至于绘图方面的博大精深，我们尚不知一二，有待于作者以后深入学习和实践，不在本文的讲述范围。不过，计算机绘图方面的技术深度和商业使用，是值得深入学习研究的。但是，是否是Python所长，就看以后的技术演化了。

2，安装

• 执行Linux命令安装

pip install PyOpenGL PyOpenGL_accelerate

• Windows下，Pycharm安装
  ** PyOpenGL
  ** PyOpenGL_accelerate

3，初级Demo

下面的代码，可以直接执行，详细的函数介绍，请查看：
用PyOpenGL叩开3D的心扉——OpenGL全解析（3）
http://eyehere.net/2011/learn-opengl-3d-by-pyopengl-3/

先上图：

再看代码：

from OpenGL.GL import *
from OpenGL.GLU import *
from OpenGL.GLUT import *

def drawFunc():
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT)
    # glRotatef(1, 0, 1, 0)
    glutWireTeapot(0.5)
    glFlush()

glutInit()
glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGBA)
glutInitWindowSize(400, 400)
glutCreateWindow("First")
glutDisplayFunc(drawFunc)
# glutIdleFunc(drawFunc)
glutMainLoop()

最后，代码介绍：

初始化窗口

11~17行基本也是固定的，

glutInit()是用glut来初始化OpenGL的，所有的问题都交给这个函数吧，基本不用管，虽说可以接受参数的，基本无用。

glutInitDisplayMode(MODE)非常重要，这里告诉系统我们需要一个怎样显示模式。至于其参数GLUT_RGBA就是使用(red,
green, blue)的颜色系统。有没有写错？这里有个A啊，不应该是(red, green, blue,
alpha)么？大概是历史原因，GLUT_RGBA和GLUT_RGB是其实是等价的（坑爹啊），要想实现Alpha还得用其他的参数。而GLUT_SINGLE意味着所有的绘图操作都直接在显示的窗口执行，相对的，我们还有一个双缓冲的窗口，对于动画来说非常合适。看看用Python和Pygame写游戏-从入门到精通（3）有些说明。

glutInitWindowSize(400,
400)这个函数很容易理解，设置出现的窗口的大小。实际上还有个glutInitWindowPosition()也很常用，用来设置窗口出现的位置。

glutCreateWindow(“First”)，一旦调用了，就出现一个窗口了，参数就是窗口的标题。

glutDisplayFunc(func)是glut非常讨人喜欢的一个功能，它注册了一个函数，用来绘制OpenGL窗口，这个函数里就写着很多OpenGL的绘图操作等命令，也就是我们主要要学习的东西。

glutMainLoop()，主循环，一旦调用了，我们的OpenGL就一直运行下去了。和很多程序中的主循环一样，不停的运行，画出即时的图像，处理输入等。

绘图

看看drawFunc里的几句话，这里是实际绘图的函数。

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT)是把先前的画面给清除，这基本是定律，每次重绘之前都要把原来的画面擦除，否则叠加起来什么都看不出了。glClear一看就知道是OpenGL原生的命令，而参数就是指明要清除的buffer。大家一定会有疑问，我们清除，不就是清除屏幕上的画面么，为什么还要指定？OpenGL的博大精深这里就体现出来了，buffer不仅仅有我们看到的那个GL_COLOR_BUFFER_BIT，OpenGL中还有其他的buffer类型，我们会在后面的章节讲到。

glutWireTeapot(0.5)是glut提供的绘制犹他茶壶的工具函数，茶壶还是相当复杂的一个几何体，用这个函数一下子就画出来了，不过基本也就演示用用。这里是用的线模型，因为没有说光照和材质，如果glutSolidTeapot()画出来就成纸片儿了。

glFlush()似乎不用多说，画了那么多，自然要刷新一下显示。不过，这里的刷新不仅仅是屏幕上的更新，实际上，它是处理OpenGL的渲染流水线，让所有排队中的命令得到执行。OpenGL的渲染流水线是一个很重要的概念，不过这里暂时还不打算多说明，否则对初学者来说，未免有些麻烦了。但是这并不意味着可以无视这些基础，知道怎么做只能让你优秀，知道为什么这么做才能让你卓越。

小惊喜

现在你可以把注释的两个语句打开了，执行以下看到什么？旋转的茶壶！不得不说帅多了~

glutIdleFunc(Func)又是一个激动人心的函数，可以让OpenGL在闲暇之余，调用一下注册的函数，这是是产生动画的绝好方法。

glRotatef(1, 0, 1,
0)是一个我们以后会详细讲的函数，简单来说四个参数第一个是角度，后三个是一个向量，意义就是绕着这个向量旋转，这里是绕着Y轴旋转1°。这一度一度的累加，最后使得茶壶围绕Y轴不停的旋转。从这里我们也能看出来，我们指定了一个旋转的角度后，重新绘制并不会复位，而是在上一次旋转的结果上继续旋转。这是一个非常重要的概念，OpenGL是一个状态机，一旦你指定了某种状态，知道再指定位置，它会保持那种状态。不仅仅是旋转，包括以后的光照贴图等等，都遵循这样的规律。

好了，我们有了第一个PyOpenGL程序了，虽然离我们详细中的五光十色的立体世界还有些差距，不过毕竟画了点东西出来了（要知道，犹他茶壶在3D技术发展之初，是里程碑一般的作品）。慢慢的，我们会充实自己的知识，绘制出更靓丽的画面。

4，入门Demo

下面的代码可以直接执行，详细的代码请查看：
用PyOpenGL叩开3D的心扉——OpenGL全解析（5）
http://eyehere.net/2013/learn-opengl-3d-by-pyopengl-5/

先上图：

再看代码：

from OpenGL.GL import *
from OpenGL.GLU import *
from OpenGL.GLUT import *
from numpy import *
import sys

global W, H, R
(W, H, R) = (500, 500, 10.0)


def init():
    glClearColor(1.0, 1.0, 1.0, 1.0)


def drawfunc():
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT)
    glColor3f(0.0, 0.0, 0.0)
    glBegin(GL_POINTS)
    for x in arange(-R, R, 0.04):
        print '%.1f%%r' % ((R + x) / (R + R) * 100),
        for y in arange(-R, R, 0.04):
            r = cos(x) + sin(y)
            glColor3f(cos(y * r), cos(x * y * r), sin(x * r))
            glVertex2f(x, y)
    print '100%!!'
    glEnd()
    glFlush()


def reshape(w, h):
    if h <= 0: h = 1;
    glViewport(0, 0, w, h)
    glMatrixMode(GL_PROJECTION)
    glLoadIdentity()
    if w <= h:
        gluOrtho2D(-R, R, -R * h / w, R * h / w)
    else:
        gluOrtho2D(-R * w / h, R * w / h, -R, R)
    glMatrixMode(GL_MODELVIEW)
    glLoadIdentity()


def keyboard(key, x, y):
    if key == chr(27) or key == "q":  # Esc is 27
        sys.exit()

def main():
    glutInit(sys.argv)
    glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGB)
    glutInitWindowPosition(20, 20)
    glutInitWindowSize(W, H)
    glutCreateWindow("Artist Drawer")
    glutReshapeFunc(reshape)
    glutDisplayFunc(drawfunc)
    glutKeyboardFunc(keyboard)
    init()
    glutMainLoop()

main()

最后，代码介绍：

glViewport：指定了视口程序显示的范围，也就是OpenGL绘制的范围，这里使用(0, 0, w,
h)便是说明整个窗口，一般情况下总是如此，但是我们也是可以指定小于这个范围的ViewPort的。事实上我隐瞒了很多细节，这个函数必须和下面要讲的gluOrtho2D函数一起用才能出现正确的结果。
gluOrtho2D：这个函数派生于OpenGL的glOrtho，它创建了一个正交的视景体（View
Volume），我们所看到的物体，都处在这个体中，四个参数分别代表了(left, right, bottom,
top)，也就是竖直的左右边界和水平的下上边界；而近远则是默认的（-1，
1），glOrtho有六个参数可以设定。这个体越大，我们看到的东西就越小；反之看到的东西就越大。我知道这样很难理解，打个比方就是一个六边形的鱼缸，这个函数定出了一个鱼缸的大小，我们所看的东西呢，都在这个鱼缸里面。
上面说glViewport要和gluOrtho2D一起用才能正确显示是个什么意思呢？gluOrtho2D只管创建一个视体，而glViewport只管绘图的范围，如果视体是个正方体，而窗口是个长方体，直接绘制的结果会是什么呢？很明显，整个视体里的东西都被拉长了，而一般我们viewport都是指明了窗口大小，自然只能修改视体来适应各种不同的比例了。
修改代码，拉伸窗口，查看最终的结果会是怎样的。

glMatrixMode：这个函数非常难以理解，但是又极其重要！这关系到了OpenGL中的“矩阵”的概念。矩阵……你是说黑客帝国么？好像很有趣诶~~
嗯嗯没错，矩阵是个伟大的东西，通过它，3D世界的所有维度都蜷曲到内存中的一维数据里去了。这是一个有点儿抽象的概念但其实也没什么特别的，OpenGL里有如下几种矩阵：

GL_MODELVIEW：模型观察矩阵，表示物体的位置变化和观察点的改变；
GL_PROJECTION：投影矩阵，描述如何将一个物体投影到平面上； GL_TEXTURE：纹理矩阵，描述纹理坐标的动态变化 …
我不想搬出一堆数字和大括号来说明矩阵的基本运算和应用（好吧其实真实原因是我也不会：），也不会告诉你最后的ModelView矩阵是View矩阵与Model矩阵的乘积，更不会告诉你有glRotate和glTranslate之流的函数来改变矩阵！暂时这么理解就好了，矩阵就是我们走路的方向，我们现在朝南走，看到的南边的风景，然后说“向右拐”，现在看到西边的风景了，再说“向后转”，现在看到东边的风景了。就是通过这样可以累积的变换，我们把我们最初的一些数据变成了更复杂的东西表达了出来，转了几圈后也许有点糊涂了，用glLoadIdentity将当前指定的矩阵还原为最初的状态。

5，参考页面

PyOpenGL安装
http://pyopengl.sourceforge.net/
用PyOpenGL叩开3D的心扉——OpenGL全解析（3）
http://eyehere.net/2011/learn-opengl-3d-by-pyopengl-3/
用PyOpenGL叩开3D的心扉——OpenGL全解析（5）
http://eyehere.net/2013/learn-opengl-3d-by-pyopengl-5/