NeHe的OpenGL教程笔记

大一寒假的时候对OpenGL产生了兴趣，但那会根本看不懂这个教程。大三寒假之前看了21课的代码，但是交了计算机图形学的大作业后就又搁置了。这次重新拾起，希望可以全部看完，并整理一下每节教程的内容。

第1课，介绍了一个OpenGL在Win32下面的框架。和普通的Win32程序不一样的是在一个循环中使用PeekMessage()，而不是GetMessage()，然后在没有消息时，调用DrawGLScene()进行绘制，所以说这个程序一直不停地绘制，这也是后面几个教程可以让绘制出来的物体转动的原因。我最早写的代码，是设置了一个定时器，所以刷新的时候会闪。

第2课，三角形（glBegin(GL_TRIANGLES)）和矩形（glBegin(GL_QUADS)）的绘制。

第3课，RGB颜色（glColor3f()）。

第4课，旋转。glRotatef()这个函数是静态旋转坐标轴，因为在没有消息的时候一直在绘制，每次绘制完毕之后又会改变旋转的角度，所以会转起来，如果按住键盘不放，旋转明显变慢，是因为有更多的时间在处理PeekMessage()。

第5课，三维图形的绘制。假设你前面有一个正方体，顶面观察角度是站起来往下看，地面的观察角度是蹲下来网上看，侧面的观察角度是转到侧面看。最奇葩的是后面，观察角度是站起来越过顶面，头冲下看，左右不变，上下颠倒。

第6课，纹理映射。这是游戏体积超大的原因，因为几乎全都是贴图，术语叫做纹理（texture）。从代码中来看，glGenTextures()是用整数给纹理编号，然后在绘制之前选定纹理。我猜测LoadGLTextures()中的glBindTexture()不要应该也是可以的。 这次贴图的时候6个面的观察角度又变了，后面的观察角度变成了通过侧面转到后面，底面我也描述不出来了。

第7课，光照。两种光源，环境光和漫反射光，具体效果在这个程序里不明显。由于光源在z轴正方向，所以木盒每个面的法线glNormal3f()应该向外。另外还新增了键盘控制，当PeekMessage()中取到了按键消息时，keys中相应的键会被设置为按下，但是为了控制按住不放的情况，在检测到第一次按下时会设置一个变量来记录，这样后续的按键将不起作用（但是仍然收到键盘消息）。

第8课，混合，RGB中alpha通道的使用，控制绘制物体的透明度。

第9课，移动图像。DrawGLScene()中画星星之前的旋转就是为了将每个星星移动到移动到幅角为angle，径长为dist的位置。

第10课，在三维世界中漫游，原理就是观察点不动，以相反的方向移动景物。在旋转时顺时针角度为正，逆时针角度为负。按翻页键（虚拟键为VK_PRIOR和VK_NEXT）时，lookupdown为头部绕x轴旋转的角度的相反数，也就是景物绕x轴旋转的角度；按左右键（虚拟键为VK_LEFT和VK_RIGHT）时，heading为头部绕y轴旋转的角度，景物旋转时使用的yrot是heading的相反数；当按上下键（虚拟键为VK_UP和VK_DOWN）时，前进和后退的距离为1，如果头部的角度为heading，则用sine计算x轴的分量xpos、cosine计算z轴上的分量zpos，景物移动的距离为xtrans = -xpos和ztrans = -zpos。

第11课，飘动的旗帜。二维正方形网格区域，网格顶点的高度z是x的正弦函数，将纹理的每一小块映射到每一个小网格，得到曲面纹理映射。再将每一个顶点向左移动一个单位，最左边的顶点移到最右边，实现飘动的效果，原理类似机械波。

第12课，列表。列表存储提前绘制好的景物，在需要时调用glCallList()即可直接显示正方体。glTranslatef()中x的位置和glRotatef()中绕x轴旋转由调参得来。

第13课，显示位图字体。从这一节课看Nehe的教程里面很多细节交代的还不够清楚。glGenLists()生成了96个字符的显示列表，wglUseFontBitmaps()建立了字符和显示列表的映射关系，其中base对应的列表代表空格，base + 1代表空格后面字符的显示列表，等等，这样在调用glCallLists()时会根据字符进行显示。

第14课，显示轮廓字体，和上一课没有什么区别，使用wglUseFontOutlines()建立轮廓字体。

第15课，字体纹理映射，和第13课没有什么区别，在创建字体时设定参数为SYMBOL_CHARSET即可。

第16课，雾相关函数。

第17课，算是第13课的一个应用。最复杂的部分在于把两种字符集各128个字符从一张文理中提取出来。通过loop的模和除算出的x和y坐标是每一个字符的索引，再除16.0f后得到的是每个字符左上角的坐标。

第18课，二次几何体的绘制。

第19课，粒子系统。迭代更新1000个粒子的运动状态，以达到流星的效果。Tab键使得例子全部回到原点，并以随机的速度向各个方向运动，这样可以实现爆炸的效果，但是从程序运行结果来看很难观察到，因为爆炸的粒子很快就衰减了，衰减过后又回到了流星的效果。代码风格最差的部分是改变颜色，当按下space，或者彩虹模式的delay达到了25，就要变颜色。在一个判断中同时更新sp和delay非常难理解。

第20课，掩码。关键在于如何理解glBlendFunc()函数，第一个参数是源因子，第二个参数是目标因子。在开启掩码masking的情况下，绘制logo后，调用glBlendFunc(GL_DST_COLOR,GL_ZERO)设定混合模式，GL_ZERO设定目标因子为0，即不取已绘制的logo，但是GL_DST_COLOR将logo的RGB分量和源相乘。因为源只有黑白两种颜色，因此源中黑色的部分还是黑色，白色的部分就变成了logo，最后绘制带颜色的源时，混合模式为glBlendFunc(GL_ONE, GL_ONE)，表示源和目的直接相加，达到了盖住logo的效果。

第21课，一个简单的游戏，这代码非常难理解，而且控制逻辑中包含超长的判断逻辑。这里先要理清楚player、enemy和hourglass中各个成员的含义，其中的x、y都是目标位置，player和enemy中的fx和fy是当前位置，而hourglass中的fx表示沙漏状态，0表示未出现，1表示出现，2表示获得，fy是每个状态的持续时间。当enemy到达目标位置时会将目标位置设定为player的方向，而在没有到达目标位置时会朝着目标位置移动（这里有一个没什么用的二重循环，同时使用变量delay来减慢速度，player每一个时间单位就可以移动，enemy每delay个时间单位才可以进行移动）。当player到达目标位置时会根据方向键的输入设置下一步的目标位置，并直接将该线段标记为已走过；而在未到达目标位置时会朝着目标位置移动。

第22课，凹凸纹理映射。这能让纹理更加逼真，或许需要一点计算机图形学的知识才能看懂。

第23课，球面纹理映射。基于第18课的代码，使用glTexGeni()可以设置球面纹理映射。

第24课，裁剪。这一课还包括了TGA文件的加载，虽然我也不知道这玩意是个什么文件。屏幕区域只能显示9行，根据scroll记录的向上滚动的像素，调整所有文字的绘制位置，实现屏幕裁剪的效果，这方法效率挺低，而且滚动特别慢。还有一个问题是如果一行32像素，那应该是滚动16次才会消失一行，但是实际并不是，或许exe和cpp不对应吧？？？

第25课，变形，从sour变化到dest需要steps = 200次，每次变化时会画出这次变化后的点，再变化2次和再变化4次后的点，这样会有较为流畅的效果。

第26课，模板，或许可以理解为给每一像素设定了一个标志位，根据glStencilFunc()设定的模板函数和glStencilOp()制定的操作进行绘制。在使用glClear()清空模板缓存后，将模板测试设置为GL_ALWAYS，这样可以将地面大小区域的模板值设置为1，由于绘制之前指定了glColorMask()，所以这个操作只影响了模板。这之后设置裁剪平面为地面，并在地面上绘制球，最后再将球和地面进行alpha通道上的混色。

第27课，阴影，利用上一节课中的模板技术实现了光照的阴影。这节课中关键数据结构的意义没有交代清楚，所以不得不去看代码。代码中的物体是一个十字架，总共24个点，其实只有18个面就够了，但是因为一个长方形被从对角线分成了两个三角形，所以就是36个面，每个面前三个数字表示点的索引，后面的是法向量（不知道为什么是三个一样的）。绘制的过程是球、墙、十字架（影子）和黄色的光源。OpenGL的glRotatef()和glTranslatef()是对坐标轴进行变换，也就是从世界坐标系变化到物体坐标系，而物体的变化和坐标系的变化是相反的，因此通过反向变化坐标轴得到逆矩阵，即为世界坐标到物体坐标的转换，这样通过Minv * LightPos就得到了光源的物体坐标。有了光源的物体坐标后就可以绘制物体的阴影了。光线照射物体形成影子的原理可以理解为根据光源和物体的连线，在投影面上绘制出影子轮廓，并在内部涂上深色，因此在doShadowPass()中要先找出十字架的外围轮廓，然后将从光源指向顶点的向量放大足够的倍数（100倍，保证可以照射到任何一面墙上，这样透视投影后就导致球和地面都会出现相同阴影）进行绘制，根据模板的设置，有影子的地方就是1，没有影子的地方是0，最后再将z坐标为0.1的平面绘制为alpha通道值为0.4的黑色。

第28课，贝塞尔曲面，纯数学。

第29课，图像混合，类似Windows中BitBlt()函数，因为两张纹理图一般应用程序打不开，具体效果只能凭借猜测了。Texture_Image::format应该是每一个像素占用字节多少的意思。

第30课，碰撞检测，需要有点数学和物理知识才能看懂代码。看了一下大致的思路，在每次绘制之前进行碰撞检测，并在下面的绘制中显示碰撞效果和声音，在教程中有一段相应的伪代码的描述。

这一课看完了让我觉得后面的教程都没有信心看下去了，数学和物理知识太缺乏了，后面就仔细看看和OpenGL相关的内容吧，其余的就略过了。

第31课，模型加载，加载了Milkshape3D建模软件的模型文件。

第32课，鼠标拾取。这个游戏的关键在于如何处理命中，其余的内容没什么新鲜的。首先调用glRenderMode(GL_SELECT)将OpenGL置于选择模式，并使用gluPickMatrix()设置拾取的范围，这样在调用DrawTargets()绘制的过程中会将所有和拾取区域重叠的物体记录在buffer中，最后调用glRenderMode(GL_RENDER)返回拾取数目hits，并在buffer中存储拾取的信息（名字堆栈大小，最大z值和最小z值，然后是名字堆栈，因为DrawTargets()中全都是用glLoadName()，所以堆栈大小都是1，被拾取的就是栈顶元素），具体可以参考这篇博客中给出的内存布局。

第33课，加载压缩和未压缩的TAG文件。

第35课，地形图，这里y轴表示高度，在绘制线段时的重复绘制完全是为了和绘制多边形的代码兼容。