现代OpenGL系列教程(零)---在Qt/Quick中使用OpenGL

【写在前面】

        首先,想要说明的是,本系列学习教程是根据我自己学习的经历而写,并非完全科普性的,零基础的教程,而且其水平也很受我本身的水平影响,so 如果有不足之处,还请多多指教~~

        其次,本系列使用 Qt / Quick 来编写所有的 opengl 程序,所以和原生的 opengl 有一些区别,当然也不要担心,我会另开一个使用 glfw 的教程来完成同样的 opengl 程序。


【正文开始】

        在Qt中使用OpenGL,我所知的有三种方法:

        1. 继承 QOpenGLWidget(老版本 Qt 为 QGLWidget),然后重新实现:

        +void initializeGL() 此函数在第一次调用 paintGL() 或 resizeGL() 之前调用一次,主要用于初始化opengl环境,以及设置任何需要的 OpenGL 资源和状态。

        +viod resizeGL(int w, int h) 当该部件大小发生改变时调用此函数,主要用于重新设置纵横比(用于投影矩阵)。

        +void paintGL() 重新绘制该部件时调用此函数,主要用于实际的绘制。

        2. 继承 QOpenGLWindow,同 QOpenGLWidget,差别是继承自 QWindow,并且提供比widget 更好的性能。

        3. 本系列所使用的方法,继承 QQuickItem,并 connect 必要的信号,这种方法好处是可以很轻松的和其他的 Qml 组件搭配使用,接下来我将详细讲解其步骤。

        首先,我们需要一个继承 QQuickItem 的类,我将它命名为 OpenGLItem:

#ifndef OPENGLWINDOW_H
#define OPENGLWINDOW_H
#include "render.h"
#include 
#include 
#include 

class MyRender : public Render
{
public:
    MyRender() { }
    ~MyRender() { }

    void render()
    {
        glClearColor(0.2, 0.3, 0.3, 1.0);
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
    }
};

class OpenGLItem : public QQuickItem
{
    Q_OBJECT

public:
    OpenGLItem();
    ~OpenGLItem();

public slots:
    void sync();
    void cleanup();

protected:
    void timerEvent(QTimerEvent *event);

private:
    QBasicTimer m_timer;
    Render *m_render;
};

#endif // OPENGLWINDOW_H

        先看 OpenGLItem,MyRender 待会再进行讲解,关键的两个槽函数 :void sync(), void cleanup() 实现如下:

void OpenGLItem::sync()
{
    if (!m_render)
    {
        m_render = new MyRender();
        m_render->initializeGL();   //可以放在Render的构造函数中
        m_render->resizeGL(window()->width(), window()->height());
        connect(window(), &QQuickWindow::beforeRendering, this, [this]()
        {
            //window()->resetOpenGLState();
            m_render->render();
        }, Qt::DirectConnection);
        connect(window(), &QQuickWindow::afterRendering, this, [this]()
        {
            //渲染后调用,计算fps
        }, Qt::DirectConnection);
        connect(window(), &QQuickWindow::widthChanged, this, [this]()
        {
            m_render->resizeGL(window()->width(), window()->height());
        });
        connect(window(), &QQuickWindow::heightChanged, this, [this]()
        {
            m_render->resizeGL(window()->width(), window()->height());
        });
    }
}

void OpenGLItem::cleanup()
{
    if (m_render)
    {
        delete m_render;
        m_render = nullptr;
    }
}

        可以看到,sync() 函数主要是进行一些初始化工作,并连接相应的信号,其中beforeRendering() 是在真正渲染之前发出的,要理解 Qt Quick 整个渲染过程,我先上一张图片:

现代OpenGL系列教程(零)---在Qt/Quick中使用OpenGL_第1张图片

        所以我们要把渲染工作放到 beforeRendering() afterRender() 之间,我这里直接在 beforeRendering() 发出之后立即开始绘制:m_render->render(),这里有一个地方必须要注意,那就是要确保 connect 的连接类型为:Qt::DirectConnection

        而 afterRender() 应该是计算fps(帧率)的地方,这里不会用到,当窗口大小发生改变时,就必须重置 opengl 的视口,计算纵横比等等,这些应该在 Render::resizeGL(int w, int h) 中进行,所以这里只需要连接信号并调用:m_render->resizeGL()

        cleanup() 做一些清理工作,这里仅仅是释放并置空 m_render。

        那么,sync() cleanup() 在何时调用呢?来看 OpenGLItem 的构造函数:

OpenGLItem::OpenGLItem()
    : m_render(0)
{
    m_timer.start(12, this);
    connect(this, &QQuickItem::windowChanged, this, [this](QQuickWindow *window)
    {
        if (window)
        {
            connect(window, &QQuickWindow::beforeSynchronizing, this, &OpenGLItem::sync,
                    Qt::DirectConnection);
            connect(window, &QQuickWindow::sceneGraphInvalidated, this, &OpenGLItem::cleanup,
                    Qt::DirectConnection);

            window->setClearBeforeRendering(false);
        }
        else return;
    });
}

        我们看到,在 beforeSynchronizing() 信号发出时调用sync(),此信号在场景图与QML状态同步之前发出,可以理解为:绘制准备的信号,所以sync()也确实是做绘制准备的工作,而sceneGraphInvalidated()是连接到cleanup()的,这个信号意味着所使用的图形呈现上下文已经失效,所有与该上下文相关的用户资源都应该被释放,并且,两个connect的类型还是:Qt::DirectConnection

        还有一点要注意的就是最后一行:window->setClearBeforeRendering(false); setClearBeforeRendering() 设置 QML 场景图形渲染是否在开始渲染之前清除颜色缓冲区,禁用它可以保证呈现我们自己的 OpenGL 内容。

        这些工作是在 QQuickItem 发出 windowChanged() 信号后进行的,windowChanged() 在 Item 的窗口发生改变时发出。

        还有一个 timerEvent(),它提醒窗口进行重绘,间隔为12毫秒:

void OpenGLItem::timerEvent(QTimerEvent *event)
{
    Q_UNUSED(event);
    window()->update();
}

        接下来是 Render 类,写的很简单,但是已经可以看出 OpenGL 的绘制步骤了:

#ifndef RENDER_H
#define RENDER_H
#include 

class Render : protected QOpenGLFunctions
{

public:
    Render() { }
    virtual ~Render() { }

public:
    virtual void initializeGL();
    virtual void initializeShader();

    virtual void resizeGL(int w, int h);
    virtual void render();    //与paintGL相似,但我更喜欢叫render
};

#endif // RENDER_H
#include "render.h"

void Render::initializeGL()
{
    initializeOpenGLFunctions();
    initializeShader();
}

void Render::initializeShader()
{

}

void Render::resizeGL(int w, int h)
{
    glViewport(0, 0, w, h);
}

void Render::render()
{

}

        关于这些函数的命名我还是按照 QOpenGLWidget 里面的来的,当然大致的工作也可以从函数名可以看出,不过这一篇只讲怎么在 Qt Quick 中使用 opengl,所以这些函数都只做了最基本的工作。

        然后自己的 render 类只需要继承Render,重写这几个虚函数就行了,就像我上面的MyRender。

        最后还是老样子,注册到 qml 中就可以愉快的使用了:

#include "openglItem.h"
#include 
#include 

int main(int argc, char *argv[])
{
    QCoreApplication::setAttribute(Qt::AA_EnableHighDpiScaling);

    QGuiApplication app(argc, argv);
#ifdef Q_OS_ANDROID
    app.setAttribute(Qt::AA_UseOpenGLES);
#else
    app.setAttribute(Qt::AA_UseDesktopOpenGL);
#endif
    qmlRegisterType("an.OpenGLItem", 1, 0, "OpenGLItem");
    QQmlApplicationEngine engine;
    engine.load(QUrl(QStringLiteral("qrc:/main.qml")));
    if (engine.rootObjects().isEmpty())
        return -1;

    return app.exec();
}

        main.qml:

import QtQuick 2.9
import QtQuick.Window 2.2
import an.OpenGLItem 1.0

Window
{
    visible: true
    width: Qt.platform.os == "android" ? Screen.desktopAvailableWidth  : 640
    height: Qt.platform.os == "android" ? Screen.desktopAvailableHeight : 480

    title: qsTr("MPS Opengl Qt/Quick 教程(0)!")

    OpenGLItem
    {
        id: openGLItem
        visible: true
        anchors.fill: parent
    }
}

        最后来看一下效果图(只是一个灰绿色的空窗口而已):

现代OpenGL系列教程(零)---在Qt/Quick中使用OpenGL_第2张图片


【结语】

        啊终于讲完了这最开始的一篇,主要还是窗口相关的东西,接下来将会把注意力转移到render中,毕竟那才是真正的核心,但就像我开头所说,很多基础的东西都不会仔细讲,但我一般会给出在哪可以学习这些东西。

        整个系列教程的源码在我的Github上可以找到,地址是:https://github.com/mengps/OpenGL-Totural-Qt-Quick,会不定时进行更新~~

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