【期末】openGL基础知识+编程题
头文件的使用
若应用程序使用OpenGL核心函数，应包括头文件<gl/gl.h>
使用GLU库函数，应包括头文件<gl/glu.h>
使用AUX库函数，应包括头文件<gl/glaux.h>
使用WGL和Win32应包括头文件<windows.h>
基本程序结构
1.定义窗口
auxInitDisplayMode 定义窗口的特性
void auxInitDisplayMode(Glbitfield mask) //定义窗口的特性，如颜色和缓存区的性质
例如：
auxInitDisplayMode (AUX_SINGLE | AUX_RGBA)
//窗口显示单缓存和RGB(彩色)模式
auxInitPosition 定义窗口在屏幕上的位置和大小
void auxInitPosition(Glint x,Glint y, Glint width, Glint height)定义窗口在屏幕上的位置和大小
auxInitWindow：打开窗口。窗口的标题为字符串titleString
void auxInitWindow(Glbyte *titleString)
2.初始化操作
glClearColor：
glClearColor(0.0,0.0,0.0,0.0); //将窗口清为黑色
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); //将颜色缓存清为glClearColor命令所设置的颜色，即背景色
glBegin：开始一个绘图操作
当使用 glBegin(GL_POLYGONS) 时，这表示接下来的顶点将构成一个或多个多边形。
使用 glBegin(GL_POINTS) 表示接下来的顶点将被解释为独立的点。
3.观察坐标系
glViewport 设置屏幕上视口大小
void glViewport (GLint x, Glint y, Glsizei width, Glsizei height)：
(x, y)指定视口左下角在窗口坐标系中的位置，width和height分别确定矩形视口宽和高，均以像素为单位。
glOrtho：设置投影方式为正交投影（平行投影）
void glOrtho(left, right, bottom, top, near, far)
其取景体积是一个各面均为矩形的六面体，在默认状态为平行正交投影
gluPerspective：设置投影方式为透视投影
void gluPerspective(fovy, aspect, zNear, zFar)
4.多边形绘制
多边形的描述方式如下：
glBegin(GL_POLYGON);
glVertex*(v0);
glVertex*(v1);
……..
glVertex*(vn);
glEnd();
其中，*表示glVertex函数的上述任一种组合形式，由多边形顶点v0,v1,…,vn的表示形式而定。注意：多边形顶点应按一定顺序排列（如逆时针）。
5.矩形的绘制
glRect：绘制矩形
void glRect{dfis}(TYPE x1, TYPE y1, TYPE x2, TYPE y2);
void glRect{dfis}v (TYPE *v1, TYPE *v2);
6.坐标变换
glMatrixMode：指定当前的矩阵模式
void glMatrixMode(Glenum mode);
决定了随后的矩阵操作（如变换）将应用于哪个矩阵
参数取值：GL_MODELVIEW、GL_PROJECTION或GL_TEXTURE
默认的选定矩阵为GL_MODELVIEW变换矩阵
glLoadIdentity：重置当前选定的矩阵为单位矩阵
void glLoadIdentity(void);
将当前选定的矩阵重置为单位矩阵。这意味着所有的变换都将被清除，矩阵状态回到起始状态。
glTanslate：平移变化
void glTanslate{fd}(TYPE x, TYPE y, TYPE z);
glRotate：旋转变换
void glRotate{fd}(TYPE angle, TYPE x, TYPE y, TYPE z);
glScale：缩放变换
void glScale{fd}( TYPE x, TYPE y, TYPE z);
7.投影变换
调用投影变换命令前必须先在程序中加入下述语句:
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
gluPerspective ：透视投影
void gluPerspective (Gldouble fovy, Gldouble aspect, Gldouble zNear, Gldouble zFar) ;
glOrtho：正交投影
void glOrtho (Gldouble left, Gldouble right, Gldouble bottom, Gldouble top, Gldouble near, Gldouble far) ;
gluOrtho2D：二维图形向二维屏幕的投影
void gluOrtho2D(Gldouble left, Gldouble right, Gldouble bottom, Gldouble top);
用二维顶点命令绘制的二维物体的z坐标均为零，而gluOrtho2D()命令假定场景中的 z 坐标介于-1.0和 1.0 之间。
glViewport：视口变换
void glViewport(GLint x, Glint y, Glsizei width, Glsizei height);
注意：应该使视口的长宽比与取景体积的长宽比相等，否则会使图像变形
例题：三维空间绘制立方体的程序cube.c
#include 
8.材质属性：
glMaterialfv：设置物体表面的材质属性
glMaterialfv(GLenum face, GLenum pname, const GLfloat *params)
Face：GL_FRONT, GL_BACK, GL_FRONT_AND_BACK
Pname：GL_AMBIENT, GL_DIFFUSE, GL_SPECULAR, GL_SHININESS
参数:
GLenum face：指定哪一面的材质属性将被设置。可用的选项包括：
GL_FRONT：仅设置物体的前面材质。
GL_BACK：仅设置物体的背面材质。
GL_FRONT_AND_BACK：同时设置物体的前面和背面材质。
GLenum pname：指定要设置的材质属性。常用的属性包括：
GL_AMBIENT：环境光颜色。
GL_DIFFUSE：漫反射光颜色。
GL_SPECULAR：镜面反射光颜色。
GL_SHININESS：镜面高光系数，决定高光的亮度和尺寸。
const GLfloat *params：一个指向数组的指针，数组中包含了pname指定的材质属性的值。
9.Shading模式
glShadeModel：设置着色模式
Void glShadeModel(GLenum mode)
GLenum mode：指定使用的着色模式。可选的模式有：
GL_FLAT：平面着色。
GL_SMOOTH：平滑着色（通常基于Gouraud着色）。
10.光照属性
//光照状态设置
glEnable(GL_LIGHT);
//最大光源数量查询
glGetIntegerv(GL_MAX_LIGHTS);
//光源属性
void glLightfv(GLenum light, GLenum pname, const GLfloat *params);
pname可能是GL_AMBIENT, GL_DIFFUSE, GL_SPECULAR, GL_POSITION
//光源状态设置
glEnable(GL_LIGHTi），其中i是从0到GL_MAX_LIGHTS
11.颜色属性
//颜色状态
glEnable(GL_COLOR_MATERIAL)
//设置颜色材料属性
glColorMaterial(GLenum face, GLenum mode)
//设置颜色
glColor3f(r,g,b);
程序绘制一个有光照的球体：
#include 纹理映射：
glGenTextures：生成和绑定纹理名称
void glGenTextures(GLsizei n,GLuint *textures);
函数功能：生成纹理名称。
输入参数：参数n为纹理名称的数目，参数textures表示被生成的纹理名称构成的数组。
输出参数：无
返回值：无。
glTexImage2D：定义一个二维纹理图像
void glTexImage2D(GLenum target,GLint level,GLint internalFormat,GLsizei width, GLsizei height,GLint border, GLenum format, GLenum type,const GLvoid *pixels);
函数功能：定义一个二维纹理图像。
输入参数：参数target为纹理类型，只能是GL_TEXTURE_2D，参数level表示多分率图像的级数，参数internalFormat表示纹理中颜色分量的数目，参数width和height表示图像的宽和高，参数border表示图像边界的大小，参数format表示像素数据的格式，参数type表示像素数据的类型，参数pixels是指向像素数据的指针。
输出参数：无
返回值：无。
glTexParameter：设置纹理参数
void glTexParameter{i,f}(GLenum target, GLenum pName,TYPE param);
void glTexParameter{i,f}v(GLenum target, GLenum pName,TYPE *param);
函数功能：设置纹理参数。
输入参数：参数target为纹理类型(GL_TEXTURE_1D， GL_TEXTURE_2D) ，参数pName表示纹理名称(GL_TEXTURE_BORDER_COLOR 、GL_TEXTURE_WRAP_S 、GL_TEXTURE_WRAP_T 、 GL_TEXTURE_MIN_FILTER 、 GL_TEXTURE_MAG_FILTER)，参数param表示pName的值。
输出参数：无
返回值：无。
glTexCoord：设置纹理坐标
void glTexCoord{1,2,3,4}{d,f,i,s}(TYPE s, TYPE t, TYPE r, TYPE q);
void glTexCoord{1,2,3,4}{d,f,i,s}v(const TYPE *v);
函数功能：设置纹理坐标。
输入参数：参数s,t,r,q为纹理坐标。
输出参数：无
返回值：无。
glTexEnv：设置纹理环境参数
void glTexEnv{i,f}(GLenum target, GLenum pName,TYPE param);
void glTexEnv{i,f}v(GLenum target, GLenum pName,TYPE *param);
函数功能：设置纹理环境参数。
输入参数：参数target表示纹理环境(GL_TEXTURE_ENV)，参数pName纹理环境参数名，参数param表示pName的值。
输出参数：无
返回值：无。
glTexGen：自动生成纹理坐标
void glTexGen{i,f,d}(GLenum coord, GLenum pName,TYPE param);
void glTexGen{i,f,d}v(GLenum coord, GLenum pName,TYPE *param);
函数功能：自动生成纹理坐标。
输入参数：参数coord表示纹理坐标(GL_S、GL_T、GL_R、GL_Q)，参数pName表示纹理坐标生成函数名或函数参数，参数param表示pName的值。
输出参数：无
返回值：无。
glClearDepth：深度测试
glClearDepth(1.0f);
// 启用深度测试
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
// 所作深度测试的类型
glDepthFunc(GL_LEQUAL);
KillGLWindow：销毁窗口
GLvoid KillGLWindow(GLvoid)
{
……………………….
}
只在程序退出之前调用
作用是依次释放着色描述表，设备描述表和窗口句柄。
实例二：画一个三角形和一个正方形
int DrawGLScene(GLvoid)
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
glLoadIdentity();
glTranslatef(-1.5f,0.0f,-6.0f); //左移 1.5 单位，并移入屏幕 6.0
glBegin(GL_TRIANGLES); // 绘制三角形
glVertex3f( 0.0f, 1.0f, 0.0f); // 上顶点
glVertex3f(-1.0f,-1.0f, 0.0f); // 左下
glVertex3f( 1.0f,-1.0f, 0.0f); // 右下
glEnd(); // 三角形绘制结束
glTranslatef(3.0f,0.0f,0.0f); // 右移3单位
glBegin(GL_QUADS); // 绘制正方形
glVertex3f(-1.0f, 1.0f, 0.0f); // 左上
glVertex3f( 1.0f, 1.0f, 0.0f); // 右上
glVertex3f( 1.0f,-1.0f, 0.0f); // 左下
glVertex3f(-1.0f,-1.0f, 0.0f); // 右下
glEnd(); // 正方形绘制结束
return TRUE;
}
实例三：给三角形和正方形着色
int DrawGLScene(GLvoid)
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
glLoadIdentity();
glTranslatef(-1.5f,0.0f,-6.0f);
glBegin(GL_TRIANGLES);
//平滑着色
glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f); //参数:红、绿、蓝三色分量，取值范围从0,0f到1.0f
glVertex3f( 0.0f, 1.0f, 0.0f); //设置当前色为红色
glColor3f(0.0f,1.0f,0.0f); // 上顶点
glVertex3f(-1.0f,-1.0f, 0.0f); //设置当前色为绿色
glColor3f(0.0f,0.0f,1.0f); // 左下
glVertex3f( 1.0f,-1.0f, 0.0f); //设置当前色为蓝色
glEnd();
glTranslatef(3.0f,0.0f,0.0f); // 右移3单位
glColor3f(0.5f,0.5f,1.0f); // 一次性将当前色设置为蓝色
//单调着色
glBegin(GL_QUADS); // 绘制正方形
glVertex3f(-1.0f, 1.0f, 0.0f); // 左上
glVertex3f( 1.0f, 1.0f, 0.0f); // 右上
glVertex3f( 1.0f,-1.0f, 0.0f); // 左下
glVertex3f(-1.0f,-1.0f, 0.0f); // 右下
glEnd(); // 正方形绘制结束
return TRUE;
}
实例四：将彩色对象绕着坐标轴旋转
bool keys[256];// 用于键盘例程的数组
bool active=TRUE;// 窗口的活动标志，缺省为TRUE
bool fullscreen=TRUE;// 全屏标志缺省设定成全屏模式
// 用于三角形的角度
GLfloat rtri;
// 用于四边形的角度
GLfloat rquad;
int DrawGLScene(GLvoid) // 此过程中包括所有的绘制代码
{
//清除颜色缓冲区和深度缓冲区
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
glLoadIdentity(); // 重置模型观察矩阵
glTranslatef(-1.5f,0.0f,-6.0f); // 左移 1.5 单位，并移入屏幕 6.0
glRotatef(rtri,0.0f,1.0f,0.0f); //绕 Y 轴旋转一个物体
//在屏幕的左面画了一个彩色渐变三角形，并绕着Y轴从左向右旋转。
glBegin(GL_TRIANGLES); // 绘制三角形
glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f); //设置当前色为红色
glVertex3f( 0.0f, 1.0f, 0.0f); // 上顶点
glColor3f(0.0f,1.0f,0.0f);//设置当前色为绿色
glVertex3f(-1.0f,-1.0f, 0.0f); // 左下
glColor3f(0.0f,0.0f,1.0f);//设置当前色为蓝色
glVertex3f( 1.0f,-1.0f, 0.0f); // 右下
glEnd(); // 三角形绘制结束
glLoadIdentity(); //重置模型观察矩阵。
glTranslatef(1.5f,0.0f,-6.0f); //重置模型观察矩阵之后，X，Y，Z轴都以复位，调用glTranslate。
// 绕X轴旋转四边形
glRotatef(rquad,1.0f,0.0f,0.0f); //当我们移到新位置后，绕X轴旋转四边形。正方形将上下转动。
//在屏幕的右侧画一个蓝色的正方形。
glColor3f(0.5f,0.5f,1.0f);
glBegin(GL_QUADS); // 绘制正方形
glVertex3f(-1.0f, 1.0f, 0.0f); // 左上
glVertex3f( 1.0f, 1.0f, 0.0f); // 右上
glVertex3f( 1.0f,-1.0f, 0.0f); // 左下
glVertex3f(-1.0f,-1.0f, 0.0f); // 右下
glEnd(); // 正方形绘制结束
rtri+=0.2f; // 增加三角形的旋转变量(新增)
rquad-=0.15f; // 减少四边形的旋转变量(新增)
return TRUE; // 继续运行
}
glRotatef：让对象绕某个轴旋转
glRotatef(Angle,Xvector,Yvector,Zvector)
Angle 通常是个变量，代表对象转过的角度。
Xvector , Yvector 和 Zvector 三个参数则共同决定旋转轴的方向
glRotatef(rtri,0.0f,1.0f,0.0f);
实例五：建立3D对象
int DrawGLScene(GLvoid)
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT |GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
glLoadIdentity();
glTranslatef(-1.5f,0.0f,-6.0f);
glRotatef(rtri,0.0f,1.0f,0.0f);
//绘制四棱锥
//所有的面都是逆时针次序绘制的
glBegin(GL_TRIANGLES);
//第一个面
glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f);
glVertex3f( 0.0f, 1.0f, 0.0f);
glColor3f(0.0f,1.0f,0.0f);
glVertex3f(-1.0f,-1.0f, 1.0f);
glColor3f(0.0f,0.0f,1.0f);
glVertex3f( 1.0f,-1.0f, 1.0f);
//第二个面
glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f);
glVertex3f( 0.0f, 1.0f, 0.0f);
glColor3f(0.0f,0.0f,1.0f);
glVertex3f( 1.0f,-1.0f, 1.0f);
glColor3f(0.0f,1.0f,0.0f);
glVertex3f( 1.0f,-1.0f, -1.0f);
//第三个面
glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f);
glVertex3f( 0.0f, 1.0f, 0.0f);
glColor3f(0.0f,1.0f,0.0f);
glVertex3f( 1.0f,-1.0f, -1.0f);
glColor3f(0.0f,0.0f,1.0f);
glVertex3f(-1.0f,-1.0f, -1.0f);
//第四个面
glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f);
glVertex3f( 0.0f, 1.0f, 0.0f);
glColor3f(0.0f,0.0f,1.0f);
glVertex3f(-1.0f,-1.0f,-1.0f);
glColor3f(0.0f,1.0f,0.0f);
glVertex3f(-1.0f,-1.0f, 1.0f);
//因为四棱锥只绕着Y轴旋转，永远都看不见底面，因而没有必要添加底面
glEnd();
glLoadIdentity();
glTranslatef(1.5f,0.0f,-7.0f); // 右移
//绘制立方体
glRotatef(rquad,1.0f,1.0f,1.0f); // 在XYZ轴上旋转立方体
//绘制立方体的六个面（四边形）
//所有的四边形都以逆时针次序绘制
glBegin(GL_QUADS); // 开始绘制立方体
//正方体顶面
glColor3f(0.0f,1.0f,0.0f); // 颜色改为绿色
glVertex3f( 1.0f, 1.0f,-1.0f); // 四边形的右上顶点
glVertex3f(-1.0f, 1.0f,-1.0f); // 四边形的左上顶点
glVertex3f(-1.0f, 1.0f, 1.0f); // 四边形的左下顶点
glVertex3f( 1.0f, 1.0f, 1.0f); // 四边形的右下顶点
//底面：
glColor3f(1.0f,0.5f,0.0f); // 颜色改成橙色
glVertex3f( 1.0f,-1.0f, 1.0f);
glVertex3f(-1.0f,-1.0f, 1.0f);
glVertex3f(-1.0f,-1.0f,-1.0f);
glVertex3f( 1.0f,-1.0f,-1.0f);
//立方体的前面
glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f); // 颜色改成红色
glVertex3f( 1.0f, 1.0f, 1.0f); // 四边形的右上顶点
glVertex3f(-1.0f, 1.0f, 1.0f); // 四边形的左上顶点
glVertex3f(-1.0f,-1.0f, 1.0f); // 四边形的左下顶点
glVertex3f( 1.0f,-1.0f, 1.0f); // 四边形的右下顶点
//立方体的后面
glColor3f(1.0f,1.0f,0.0f); // 颜色改成黄色
glVertex3f( 1.0f,-1.0f,-1.0f);
glVertex3f(-1.0f,-1.0f,-1.0f);
glVertex3f(-1.0f, 1.0f,-1.0f);
glVertex3f( 1.0f, 1.0f,-1.0f);
//立方体的左侧面
glColor3f(0.0f,0.0f,1.0f); // 颜色改成蓝色
glVertex3f(-1.0f, 1.0f, 1.0f);
glVertex3f(-1.0f, 1.0f,-1.0f);
glVertex3f(-1.0f,-1.0f,-1.0f);
glVertex3f(-1.0f,-1.0f, 1.0f);
//立方体的右侧面
glColor3f(1.0f,0.0f,1.0f); // 颜色改成紫罗兰色
glVertex3f( 1.0f, 1.0f,-1.0f);
glVertex3f( 1.0f, 1.0f, 1.0f);
glVertex3f( 1.0f,-1.0f, 1.0f);
glVertex3f( 1.0f,-1.0f,-1.0f);
glEnd(); // 立方体绘制结束
rtri+=0.2f; // 增加三角形的旋转变量
rquad-=0.15f; // 减少四边形的旋转变量
return TRUE; // 继续运行
}
实例六：纹理映射
//为了引用文件操作函数fopen()
#include 实例七：具有光照和纹理映射的长方体程序
#include