经过前面几个页面的总结，我们知道了OpenGL渲染的基本知识。现在，就让我们来学习一个完整的OpenGL工程。学习其基本架构吧
main
main函数是OpenGL工程的入口，其负责OpenGL的初始化，runloop的承接等等功能，这部分在大多数的OpenGL工程中是一致的。可以简单的复制粘贴：
int main(int argc, char* argv[])
{
gltSetWorkingDirectory(argv[0]);
//初始化GLUT
glutInit(&argc, argv);
/* glutInitDisplayMode 定义显示方式
颜色模式：GLUT_RGBA或者GLUT_RGB。指定一个RGBA窗口，这是一个默认的颜色模式。
缓冲区: GLUT_SINGLE.单缓冲区窗口; GLUT_DOUBLE.双缓冲区窗口
是否允许深度测试：GLUT_DEPTH
*/
glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB | GLUT_DEPTH);
// glutInitWindowSize 定义显示窗口大小
glutInitWindowSize(800,600);
// glutCreateWindow 创建窗口
glutCreateWindow("OpenGL SphereWorld");
// 注册函数指针，这个会在下面细讲
glutReshapeFunc(ChangeSize);
glutDisplayFunc(RenderScene);
glutSpecialFunc(SpeacialKeys);
//glewInit 初始化glew库，用来抹平不同平台openGL的差异
GLenum err = glewInit();
if (GLEW_OK != err) {
fprintf(stderr, "GLEW Error: %s\n", glewGetErrorString(err));
return 1;
}
//用户自定义的初始化
SetupRC();
//启动mainloop
glutMainLoop();
return 0;
}
重要函数
数据结构解析
OpenGL提供了一系列数据结构，下面让我们依次解释下面的数据类型和他们提供的函数。
1）管理类
1.1）GLShaderManager 着色器管理器
OpenGL在提交一个几何图形进行渲染之前必须选定一个着色器。对于初学者，我们可以使用GLShaderManager来调用OpenGL提供的一些固定着色器。
GLShaderManager shaderManager; // 着色器管理器
//************************
// In SetupRC
shaderManager.InitializeStockShaders(); // 固定的初始化套路
//************************
//In RenderScene
shaderManager.UseStockShader( // 使用平面着色器，后面一般跟着draw方法
GLT_SHADER_FLAT,
transformPipeline.GetModelViewProjectionMatrix(),
vFloorColor);
shaderManager.UseStockShader( // 使用点光源着色器，注意这里不同的着色器后面参数不同
GLT_SHADER_POINT_LIGHT_DIFF, transformPipeline.GetModelViewMatrix(),
transformPipeline.GetProjectionMatrix(),
vLightPos,
vTorusColor);
1.2）几何体容器 GLBatch
GLBatch用来管理要渲染的几何体, 其有很多子类，最常用的还是三角形管理类GLTriangleBatch
GLTriangleBatch sphereBatch; //小球
GLBatch floorBatch; //地板
//************************
// In SetupRC
// 配置顶点
floorBatch.Begin(GL_LINES, 324); // 初始化管理器，GL_LINES表示线性图元，324表示有324个顶点
for(GLfloat x = -20.0; x <= 20.0f; x+= 0.5) {
floorBatch.Vertex3f(x, -0.55f, 20.0f); // 添加顶点数据
......
}
floorBatch.End();
gltMakeSphere(sphereBatch, 0.1f, 26, 13); 直接生成一个球形
//************************
// In RenderScene
//启动绘制
floorBatch.draw();
sphereBatch.draw();
2) 矩阵相关
首先，我们要知道，在OpenGL的世界里，物体的位置是存储为矩阵的，物体的移动，平移，旋转等等操作是通过矩阵相乘实现的，此外，为了让屏幕上的展示产生立体效果，需要通过透视投影进行转化，这同样是通过透视矩阵 x 位置矩阵来实现的。
2.1）GLMatrixStack 矩阵堆栈
由于矩阵需要做多种操作，OpenGL使用GLMatrixStack矩阵堆栈来存储矩阵。
GLMatrixStack modelViewMatrix; // 模型视图矩阵栈
GLMatrixStack projectionMatrix; // 投影矩阵栈
//************************
// In RenderScene
//加入objectFrame
modelViewMatrix.PushMatrix(objectFrame);
//使得大球位置平移(3.0)向屏幕里面
modelViewMatrix.Translate(0.0f, 0.0f, -3.0f);
//8.压栈(复制栈顶)
modelViewMatrix.PushMatrix();
//自转
modelViewMatrix.Rotate(yRot, 0.0f, 1.0f, 0.0f);
//配置GLShaderManager着色器
//GLBatch开始绘制
//结果出栈
GLMatrixStack的方法
作为一个堆栈，GLMatrixStack提供了最基本的 push pop 方法：
void PushMatrix(GLFrame& frame) //GLFrame转成4*4矩阵入栈
void PushMatrix(const M3DMatrix44f mMatrix) //入栈一个4*4矩阵
void PushMatrix(void) //复制栈顶矩阵并再次入栈
void PopMatrix(void) //出栈
我们还可以看到 load方法，它用于替换栈顶矩阵
void LoadMatrix(GLFrame& frame) //GLFrame转成4*4矩阵替换栈顶矩阵
void LoadMatrix(const M3DMatrix44f mMatrix) //替换栈顶矩阵
void LoadIdentity(void) //一个4*4单位矩阵替换栈顶矩阵
GLMatrixStack的引入就是为了方便计算，它提供了一系列的矩阵处理方法，要注意的是，下面这些操作默认将操作结果替换栈顶矩阵而不是入栈：
第一个就是矩阵相乘MultMatrix
void MultMatrix(const M3DMatrix44f mMatrix) // 栈顶矩阵 x 入参矩阵mMatrix，结果**替换栈顶矩阵**
然后就是依赖矩阵相乘的模型变化：
void Scale(GLfloat x, GLfloat y, GLfloat z) {} // 三向缩放，结果**替换栈顶矩阵**
void Translate(GLfloat x, GLfloat y, GLfloat z) {}// 三向平移，结果**替换栈顶矩阵**
void Rotate(GLfloat x, GLfloat y, GLfloat z) {}// 三向旋转，结果**替换栈顶矩阵**
Example:
LoadMatrix(A) stack = [A]
PushMatrix() stack = [A, A]
LoadMatrix(B) stack = [B, A]
PopMatrix() stack = [A]
LoadMatrix(A) stack = [A]
PushMatrix() stack = [A, A]
MultMatrix(B) stack = [AB, A] //
PopMatrix() stack = [A]
2.2）GLFrustum 视景体和投影矩阵
为了在2D屏幕上产生3D视觉效果，投影变换，或者投影矩阵是必不可少的。投影矩阵的生成是由GLFrustum负责的, 而结果会存在在一个GLMatrixStack projectionMatrix中 ：
GLMatrixStack projectionMatrix; // 投影矩阵栈
GLFrustum viewFrustum; // 视景体
//************************
// In ChangeSize 视窗size变化是投影矩阵也会变化 (其实ChangeSize函数除了一句设置视口外，都是用来生成，更新和存储投影矩阵)
...
//2.创建投影矩阵
viewFrustum.SetPerspective(35.0f, float(nWidth)/float(nHeight), 1.0f, 100.0f);
//并将其加载到投影矩阵堆栈上
projectionMatrix.LoadMatrix(viewFrustum.GetProjectionMatrix());
...
//************************
// In RenderScene
// 投影矩阵应用在着色器中
// transformPipeline.GetProjectionMatrix()
shaderManager.UseStockShader(
GLT_SHADER_POINT_LIGHT_DIFF,
transformPipeline.GetModelViewMatrix(),
transformPipeline.GetProjectionMatrix(), vLightPos, vTorusColor);
GLFrustum中投影矩阵的生成
投影矩阵的生成方法如下：
viewFrustum.SetPerspective(35.0f, float(nWidth)/float(nHeight), 1.0f, 100.0f);
->
void SetPerspective(float fFov, float fAspect, float fNear, float fFar)
image.png
fFov是视角，fAspect是要展示的视窗的宽高比，fNear是展示视窗的视距，fFar是远视窗的视距。
2.3）GLGeometryTransform 几何图形变换管道
GLGeometryTransform可以类比成一个存储模型视图矩阵栈和投影矩阵栈的容器。在GLShaderManager中，使用GLGeometryTransform来方便的获取这两个值。
GLMatrixStack modelViewMatrix; // 模型视图矩阵栈
GLMatrixStack projectionMatrix; // 投影矩阵栈
GLGeometryTransform transformPipeline; // 几何图形变换管道
//************************
//In ChangeSize
....矩阵栈的初始化
//将两个矩阵栈塞入管道
transformPipeline.SetMatrixStacks(modelViewMatrix, projectionMatrix);
//************************
// In RenderScene
//在GLShaderManager中使用这两个矩阵栈
shaderManager.UseStockShader(
GLT_SHADER_POINT_LIGHT_DIFF,
transformPipeline.GetModelViewMatrix(),
transformPipeline.GetProjectionMatrix(),
vLightPos, vSphereColor);
2.4）GLFrame 参照帧
一个视图上可能同时存在很多要渲染的几何体，如果我们想实现一个屏幕拉远的功能，对每一个几何体进行直接矩阵操作无疑是一个很浪费的行为。OpenGL可以为渲染角色提供参照帧，或者成为本地对象坐标系。它既可以表示物体，也可以表示观察者：
//角色帧
GLFrame cameraFrame;
//照相机角色帧
GLFrame objectFrame;
//**添加附加随机球
#define NUM_SPHERES 50
GLFrame spheres[NUM_SPHERES];
//************************
// In SetupRC
// 将物体坐标前移5f（在z轴上移动，MoveForward值越大，物体视图越小，表示距离观察者越远）
objectFrame.MoveForward(5.0f);
for (int i = 0; i < NUM_SPHERES; i++) {
//y轴不变，X,Z产生随机值
GLfloat x = ((GLfloat)((rand() % 400) - 200 ) * 0.1f);
GLfloat z = ((GLfloat)((rand() % 400) - 200 ) * 0.1f);
//在y方向，将球体设置为0.0的位置，这使得它们看起来是飘浮在眼睛的高度
//对spheres数组中的每一个顶点，设置frame的顶点数据
spheres[i].SetOrigin(x, 2.0f, z);
}
//************************
// In RenderScene
//加入objectFrame
modelViewMatrix.PushMatrix(objectFrame);
.....一系列矩阵变换
void SetupRC()
SetupRC用来初始化渲染配置，在程序运行过程中只会执行一次。
它主要负责GLShaderManager和GLBatch的初始化，顶点数据的生成，GLFrame的调整, 配置处理等操作。
void SetupRC()
{
//清除颜色
glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
// GLShaderManager初始化
shaderManager.InitializeStockShaders();
//移动渲染物体的参考坐标
objectFrame.MoveForward(15.0f);
//开启深度测试
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
//设置GLBatch中的顶点数据
floorBatch.Begin(GL_LINES, 320);
for(...) {
floorBatch.Vertex3f(x, -0.55f, 20.0f);
.....
}
floorBatch.End();
//使用固定类型直接配置顶点
gltMakeSphere(torusBatch, 0.4f, 40, 80);
}
void ChangeSize(int nWidth, int nHeight)
当第一次运行，以及视窗大小发生变化时会调用，主要负责视口调整以及新的投影矩阵的生成
//屏幕更改大小或已初始化
void ChangeSize(int nWidth, int nHeight)
{
//1.设置视口
glViewport(0, 0, nWidth, nHeight);
//2.创建投影矩阵
viewFrustum.SetPerspective(35.0f, float(nWidth)/float(nHeight), 1.0f, 100.0f);
//viewFrustum.GetProjectionMatrix() 获取viewFrustum投影矩阵
//并将其加载到投影矩阵堆栈上
projectionMatrix.LoadMatrix(viewFrustum.GetProjectionMatrix());
//3.设置变换管道以使用两个矩阵堆栈（变换矩阵modelViewMatrix ，投影矩阵projectionMatrix）
//初始化GLGeometryTransform 的实例transformPipeline.通过将它的内部指针设置为模型视图矩阵堆栈 和 投影矩阵堆栈实例，来完成初始化
//当然这个操作也可以在SetupRC 函数中完成，但是在窗口大小改变时或者窗口创建时设置它们并没有坏处。而且这样可以一次性完成矩阵和管线的设置。
transformPipeline.SetMatrixStacks(modelViewMatrix, projectionMatrix);
}
void RenderScene(void)
开始绘制场景时调用，主要负责位置数据想渲染数据的转换，对矩阵地操作主要集中在这个函数中。
//清除颜色缓存区和深度缓冲区
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
//配置颜色值
static GLfloat vTorusColor[] = { 1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f};
//配置光源
M3DVector4f vLightPos = {0.0f,10.0f,5.0f,1.0f};
//加入objectFrame
modelViewMatrix.PushMatrix(objectFrame);
//使得大球位置平移(3.0)向屏幕里面
modelViewMatrix.Translate(0.0f, 0.0f, -3.0f);
//压栈(复制栈顶)
modelViewMatrix.PushMatrix();
//大球自转
modelViewMatrix.Rotate(yRot, 0.0f, 1.0f, 0.0f);
//指定合适的着色器(点光源着色器)
shaderManager.UseStockShader(
GLT_SHADER_POINT_LIGHT_DIFF,
transformPipeline.GetModelViewMatrix(),
transformPipeline.GetProjectionMatrix(),
vLightPos, vTorusColor);
//绘制大球
torusBatch.Draw();
//绘制完毕则Pop
modelViewMatrix.PopMatrix();
//执行缓存区交换
glutSwapBuffers();
//完成绘制
glutPostRedisplay();