QT中使用OpenGL的方法——以绘制三角形为例

前言

传统上学习OpenGL的代码需要先配置好GLFW和GLAD。
GLFW允许用户创建OpenGL上下文，定义窗口参数以及处理用户输入。
由于OpenGL驱动版本众多，它大多数函数的位置都无法在编译时确定下来，需要用到GLAD在运行时辅助我们查询。
而Qt作为一个GUI框架，在提供窗口的同时又对OpenGL进行了很好的封装，免去了自己配置GLFW和GLAD环境的麻烦。
本文的第三节以经典的绘制三角形为例，描述了如何将原生OpenGL绘制三角形代码迁移到Qt中运行起来。
第一节和第二节是对第三节中环境迁移的背景补充。
简单的说，将OpenGL代码适配的Qt上的方法为：

1. GLFW和GLAD相关的代码删掉，因为创建窗口依靠Qt提供的QOpenGLWidget，调用OpenGL函数依靠QOpenGLFunctions_x_x_x。
2. 渲染循环部分的代码放到paintGL(）中，改变窗口大小时重绘的代码放到resizeGL()中，其它代码放到initializeGL()中即可。

1 QOpenGLWidget类的使用

QOpenGLWidget用于显示OpenGL代码绘制的图形。使用时需要：

1. 创建一个新类（本例名为QtOpenGLWidget ）并继承自QOpenGLWidget和QOpenGLFunctions_3_3_Core。QOpenGLFunctions_x_x_x中可选择OpenGL的版本等信息，本例选择的是OpenGL3.3核心模式。
2. 重载三个重要的虚函数initializeGL、paintGL、resizeGL。

protected:
	void initializeGL() override; //负责初始化
	void paintGL() override;//负责执行绘画，该函数会被自动的反复调用
	void resizeGL(int width, int height) override;//窗口尺寸改变时调用

2 在创建好的Qt空窗口中调用上一步自定义的类

本例首先通过Qt的向导默认创建了一个继承自QMainWindow的名为Tranangle的空窗口类。然后在其构造函数中调用和设置用于显示OpenGL图形的自定义类QtOpenGLWidget。

Tranangle::Tranangle(QWidget *parent)
	: QMainWindow(parent)
{
	this->resize(619, 418);//设置程序窗口的大小
	
	//在头文件中声明QtOpenGLWidget *glWidget;
	glWidget = new QtOpenGLWidget(this);//实例化用于显示图形的自定义类
	
	setCentralWidget(glWidget);//将图形显示界面的大小铺满程序窗口
}

配置好以上的代码，构造空窗口Tranangle的时候，会进而自动调用QtOpenGLWidget来完成图案绘制与显示。

3 将原生OpenGL代码迁移至Qt

本节以图片的方式详细的描述了如何将原生OpenGL绘制三角形的代码移植到Qt中完成三角形的绘制。

4 源码

main.cpp

#include "tranangle.h"
#include 

int main(int argc, char *argv[])
{
    QApplication a(argc, argv);
    Tranangle w;
    w.show();
    return a.exec();
}

tranangle.h

#pragma once

#include 
#include "qtOpenGLWidget.h"

class Tranangle : public QMainWindow
{
    Q_OBJECT

public:
    Tranangle(QWidget *parent = Q_NULLPTR);

private:
	QtOpenGLWidget *glWidget;
};

tranangle.cpp

#include "tranangle.h"

Tranangle::Tranangle(QWidget *parent)
	: QMainWindow(parent)
{
	this->resize(619, 418);
	glWidget = new QtOpenGLWidget(this);
	setCentralWidget(glWidget);
}

qtOpenGLWidget.h

#pragma once

#include 
#include 
#include 

class QtOpenGLWidget : public QOpenGLWidget, protected QOpenGLFunctions_3_3_Core
{
	Q_OBJECT

public:
	QtOpenGLWidget(QWidget *parent = 0);
	~QtOpenGLWidget();

protected:
	void initializeGL() override;
	void paintGL() override;
	void resizeGL(int width, int height) override;
};

qtOpenGLWidget.cpp

#include "qtOpenGLWidget.h"

const char *vertexShaderSource = "#version 330 core\n"
"layout (location = 0) in vec3 aPos;\n" "void main()\n"
"{\n"
" gl_Position = vec4(aPos.x, aPos.y, aPos.z, 1.0);\n"
"}\0";

const char *fragmentShaderSource = "#version 330 core\n"
"out vec4 FragColor;\n"
"void main()\n"
"{\n"
" FragColor = vec4(1.0f, 0.5f, 0.2f, 1.0f);\n" "}\n\0";

unsigned int shaderProgram, VAO, VBO;

QtOpenGLWidget::QtOpenGLWidget(QWidget *parent)
	: QOpenGLWidget(parent)
{
}

QtOpenGLWidget::~QtOpenGLWidget()
{
	glDeleteVertexArrays(1, &VAO);
	glDeleteBuffers(1, &VBO);
	glDeleteProgram(shaderProgram);
}

void QtOpenGLWidget::initializeGL()
{
	initializeOpenGLFunctions();//初始化

	//顶点着色器
	unsigned int vertexShader = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);
	glShaderSource(vertexShader, 1, &vertexShaderSource, NULL);
	glCompileShader(vertexShader);

	//判断顶点着色器是否编译成功
	int success;
	char infoLog[512];
	glGetShaderiv(vertexShader, GL_COMPILE_STATUS, &success);
	if (!success)
	{
		glGetShaderInfoLog(vertexShader, 512, NULL, infoLog);
		qDebug() << "ERROR::SHADER" << infoLog;
	}

	//片段着色器
	unsigned int fragmentShader = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);
	glShaderSource(fragmentShader, 1, &fragmentShaderSource, NULL);
	glCompileShader(fragmentShader);

	//判断片段着色器是否编译成功
	glGetShaderiv(fragmentShader, GL_COMPILE_STATUS, &success);
	if (!success)
	{
		glGetShaderInfoLog(fragmentShader, 512, NULL, infoLog);
		qDebug() << "ERROR::FRAGEMENT" << infoLog;
	}

	//链接阶段
	shaderProgram = glCreateProgram();
	glAttachShader(shaderProgram, vertexShader);
	glAttachShader(shaderProgram, fragmentShader);
	glLinkProgram(shaderProgram);

	//判断是否链接成功
	glGetShaderiv(shaderProgram, GL_LINK_STATUS, &success);
	if (!success)
	{
		glGetShaderInfoLog(shaderProgram, 512, NULL, infoLog);
		qDebug() << "ERROR::SHADERPROGRAM" << infoLog;
	}
	glDeleteShader(vertexShader);
	glDeleteShader(fragmentShader);

	//建立顶点数据
	float vertices[] = {
	-0.5f, -0.5f, 0.0f,
	0.5f, -0.5f, 0.0f,
	0.0f, 0.5f, 0.0f
	};

	//配置顶点属性	
	glGenVertexArrays(1, &VAO);
	glGenBuffers(1, &VBO);

	//绑定VAO
	glBindVertexArray(VAO);

	//绑定并设置VBO
	glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
	glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);

	//配置顶点属性
	glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(float), (void*)0);
	glEnableVertexAttribArray(0);

	glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);

	glBindVertexArray(0);
}

void QtOpenGLWidget::resizeGL(int width, int height)
{

}

void QtOpenGLWidget::paintGL()
{
	//着色
	glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f);
	glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

	//绘制第一个三角形
	glUseProgram(shaderProgram);
	glBindVertexArray(VAO);
	glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);
}

结尾

Qt以面向对象的方式另外提供了更友好的编码风格和方式，大大提高了代码的可读性。QT中使用OpenGL的方法（二）会介绍如何以这种方式完成Qt中OpenGL的编码。