OpenGL基本概念入门2——使用OpenGL绘图

1 绘制之前的必要工作

1.1 设置窗体的视见区域 (View Port)

glViewPort(x:GLInt;y:GLInt;Width:GLSizei;Height:GLSizei);

    其中，参数X，Y指定了视见区域的左下角在窗口中的位置，一般情况下为（0，0），Width和Height指定了视见区域的宽度和高度。注意OpenGL使用的窗口坐标和WindowsGDI使用的窗口坐标是不一样的。

WindowsGDI下的窗体坐标	OpenGL所定义的窗体坐标

    

1.2 创建投影变换

    接下来，我们要设置一种投影变换。投影变换分为平行投影和透视投影。平行投影中，物体无论远近，大小都是一样的，而透视投影则相反。因此，透视投影更像是我们眼睛所看到的景物。但在某些特殊的时候，平行投影还是有它的作用的，比如3D建摸程序。

1.2.1 创建平行投影

    glOrtho(left, right, bottom, top, zNear, zFar: GLdouble);

    其中，left指定了该平行投影最左边的平面；
          right指定了该平行投影最右边的平面； 
          bottom指定了该平行投影最下边的平面；
          top指定了该平行投影最上边的平面；
          zNear,zFar指定了近修剪平面和远修建平面。

   我们使用下面的代码创建一个平行投影：

      glMatrixMode(GL_PROJECTION);

      glOrtho(-ClientWidth div 2,ClientWidth div 2,-ClientHeight div 2,ClientHeight div 2,1,100);

      glMatrixMode(GL_MODELVIEW);

    在上面的代码中，你看到了一个陌生的函数：glMatrixMode。它的作用是告诉OpenGL接下来我们将要设置投影变换矩阵。

1.2.2 创建透视投影

    透视投影对远处的物体根据距离进行缩短或压缩变换。这使得远处的物体看起来小些，从而更加真实。因为远处的景物更小，所以随着距离的增加，观察者应该能看到更多的景物。因此，透视投影的可视区域应是一个被称为平截头体的几何形状。如图3.1-6所示。

图3.1-6 透视投影

    和平行投影相似，只要把函数glOrtho的调用该为glFustum或者gluPerspective。

       gluPerspective(fovy, aspect, zNear, zFar: GLdouble);

    其中，fovy为垂直方向上可见区域的角度（即上修剪平面和下修剪平面的二面角）；
          aspect为高度与宽度的纵横比（即 Width/Height 的比值）；
          zNear和zFar为近、远修剪平面。

   

由gluPerspective定义的平截头体

     我们用下面的代码定义透视投影:

      glMatrixMode(GL_PROJECTION);

      gluPerspective(60,ClientWidth/ClientHeight,1,zFar);

      glMatrixMode(GL_MODELVIEW);

     其中，zFar根据要绘制场景的大小设置不同的值。

1.3 设置背景颜色

    这一步是可选的。我们可以调用glClearColor函数来设置用于清空屏幕和缓冲区的颜色。

    glClearColor(R,G,B,A:GLFloat);

    其中,R,G,B,A分别表示颜色的R、G、B分值和透明度值。取值范围均为0-1之间。例如，下面的代码把背景色设置为黑色：

    glClearColor(0,0,0,1);

1.4 绘制之前，清空屏幕和缓冲区

   一般地，我们把所有绘制函数的调用写在RenderScene过程中。在每次绘制之前，我们都应该清空屏幕和缓冲区。下面的代码用指定的清空颜色清空它们：

void RenderScene

{    

    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT or GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

     ...图形绘制...

}

 

2 使用OpenGL绘制基本图元

    一切复杂的东西都是由简单而基本的元素构成的。在OpenGL中，组成复杂图形的基本元素被成为图元。掌握了基本图元的绘制方法，就能绘制出任何复杂的物体。

    OpenGL为我们提供了以下几种图元：

• 点

• 线

• 连续线

• 封闭线

• 三角形

• 三角条形

• 三角扇形

• 四边形

• 多边形

2.1 绘制三角形

    在调用glVertex之前和之后，我们需要调用glBegin和glEnd这两个函数来标识图元的开始和结束。

    在调用glBegin函数时，我们需要传入一个参数，以告诉OpenGL我们将绘制什么类型的图元。传入GL_TRIANGLES表明我们将要绘制三角形。例如：

    glBegin(GL_TRIANGLES);

      glVertex(1,0,1);

      glVertex(0,1,0);

      glVertex(1,1,0);

    glEnd;

    将绘制一个以点(1,0,1)、(0,1,0)、(1,1,0)为顶点的三角形。

2.2 绘制三角条形

    和绘制三角形相同，只要把glBegin的参数该为GL_TRIANGLE_STRIP即可。例如:

    glBegin(GL_TRIANGLE_STRIP);

      glVertex(1,0,1);

      glVertex(0,1,0);

      glVertex(1,1,0);

      glVertex(1,3,0);

      glVertex(4,8,2);

    glEnd;

2.3 绘制三角扇形

    和绘制三角形相同，只要把glBegin的参数该为GL_TRIANGLE_FAN即可。由于绘制方法大致相同，这里不再举例了。

2.4 绘制点、线、连续线、封闭线

    下面列举了绘制这些图元应传给glBegin的值。

    点:GL_POINTS

    线:GL_LINES

    连续线:GL_LINE_STRIP

    封闭线:GL_LINE_LOOP

    值得说明的是图元GL_LINE_STRIP和GL_LINE_LOOP。

    GL_LINE_STRIP和GL_TRIANGLE_STRIP原理是一样的。也就是从第2个顶点开始，第n个顶点与第n-1个顶点构成一条直线。例如:

    glBegin(GL_LINE_STRIP);

      glVertex(A.x,A.y,A.z);

      glVertex(B.x,B.y,B.z);

      glVertex(C.x,C.y,C.z);

    glEnd;

    将绘制出两条线段：线段AB和线段BC。

    图元GL_LINE_LOOP建立在GL_LINE_STRIP的基础之上。与GL_LINE_STRIP不同的是，GL_LINE_LOOP会在最后一个顶点和第一个顶点之间再连一根直线，构成一个封闭图形。如果把上述代码的GL_LINE_STRIP参数该为GL_LINE_LOOP，那么将绘制出三条线段：线段AB、BC和CA。

2.5 绘制四边形和多边形

    四边形(QUAD)也属于使用几率较高的图元。只要把glBegin的参数改为GL_QUADS，就可以绘制四边形。把参数改为GL_POLYGON，则可以绘制一个多边形。

    然而，仔细观察你将发现，无论是四边形还是多边形，只要花一点工夫，他们都可以使用三角形来表示。而且，由于现在的显卡都对三角形的绘制做了大量的优化，使得绘制三角形的速度比绘制多边形的速度快得多。因此请尽量不要使用多边形这种图元以提高渲染速度。

    如果你要使用四边形或多边形，请注意以下几点：

    1.使用OpenGL绘制的多边形，必须是凸多边形；

    2.绘制的多边形的所有顶点都必须处在同一个平面上。

    由于这些限制，使得绘制多边形这种图元显得不怎么方便。这也突出了使用三角形的优点——你永远也不用担心绘制出来的三角形是无效的。你可以尽情地使用三角形绘制各种复杂多边形。

3 使用深度测试

    我们知道，当一个平面或物体挡住了另一个物体时，后面的物体是不可见的。此时，我们应该避免绘制后面的物体。这个时候，我们可以使用OpenGL的一个功能：深度测试(Depth Test,也称深度缓冲(z-Buffer))来剔除这些被挡住的表面。深度测试就是在绘制像素时，计算该像素所代表的物体离观察者的距离，称为z值。如果该值在同一个像素上所有的z值中是最小的，就绘制该像素，否则就跳过。这是一个解决深度问题的有效方法。我们只需要调用函数

glEnable(GL_DEPTH_TEST);

   就可以开启深度测试。调用

   glDisable(GL_DEPTH_TEST);

   关闭深度测试。

4 背面剔除

    如果你将要绘制一些实心的物体，那么这个实心物体内部的表面将永远是不可见的。而OpenGL并不知道这些面不可见，它会照样对他们进行计算和绘制。虽然最后还是没有将这些背面绘制在屏幕上，但是浪费了许多不必要的时间。因此，我们应该开启背面隐藏功能剔除这些不可见的表面。

绕法

    如果我们把一个物体朝着外面的表面都按照逆时针的顺序传给OpenGL，那么OpenGL就会认为这个面是朝外面的。这个时候，我们开启背面剔除就不会有什么影响。但如果你没有遵守这个规定就开启了背面剔除，将得不到正确的渲染结果。我们可以通过函数glFrontFace的调用来改变这一规则。例如:

   glFrontFace(GL_CCW);

   将让OpenGL认为所有逆时针缠绕的表面是正面，如果把 GL_CCW 改为 GL_CW ，那么OpenGL将认为所有逆时针缠绕的面是正面。

开启表面剔除

   在渲染之前，添加下面的代码来打开表面剔除:

   glCullFace(GL_BACK);//隐藏背面，如果把参数改为GL_FRONT则隐藏正面。

   glEnable(GL_CULL_FACE);

关闭表面剔除

   有些物体，无论是正面还是背面都有可能是可见的(比如一张纸，既有正面又有背面)，在渲染这些物体的时候，我们应该关闭表面剔除。只需添加以下代码：

   glDisable(GL_CULL_FACE);

5 将渲染结果显示到屏幕上

   在所有物体绘制完成之后，我们要调用函数SwapBuffers来显示渲染结果：