【OpenGL】绘制一个点

不念不忘少年蓝@ 2022-06-10 10:51 322阅读 0赞

### 使用 glew ###

glew 全称是 OpengGL Extension Wrangler Library，它能够帮忙解决 OpengGL 不断扩展的问题。初始化 glew 之后，它将查询系统上所有可用的扩展功能并自动加载它们，然后提供一个头文件作为接口，我们直接通过头文件就可以使用这些扩展功能。  
glew 的下载地址  
[http://glew.sourceforge.net/][http_glew.sourceforge.net]  
下载之后进行解压，得到的目录结构

|-glew-2.1.0
        |-bin
        |-lib
        |-include
        |-doc

接下来开始配置环境，配置的方式有两种，第一种方式跟配置 glut 一样，系统级的配置，配置之后所有的 opengl 项目都不需要配置

*  第一步，把 include 目录下的头文件放在 %VISUAL\_STUDIO%\\VC\\include\\gl 目录下
 *  第二步，把 lib 目录下的 lib 文件放在 %VISUAL\_STUDIO%\\VC\\lib 目录下，然后在项目属性的 *链接器* –> *输入* 添加相应库的引用
 *  第三步，把 bin 目录下的 dll 文件放在 system32 目录下，同样的 64 位系统要放在 sysWOW64 目录下

这种方式虽然能够一劳永逸，但因为 win32 和 x64 的库文件名一样，所以无法做到兼容，即无法同时把 32 位的库文件和 64 位的库拷到系统路径；另外过多地把库文件拷到系统路径也不好，因此推荐使用第二种方式，即给每个创建的项目配置环境

*  把头文件放在 $PROJECT\_ROOT%\\include\\GL 目录下，然后在项目属性的 *C/C++* –> *附加包含目录* 中添加 *.\\include*
 *  把静态库 lib 文件放在 *$PROJECT\_ROOT%\\lib* 目录下，然后在项目属性的 *链接器* –> *常规* –> *附加库目录* 中添加 *.\\lib*，在 *链接器* –> *输入* 中添加相应库的引用
 *  把动态库 dll 文件放在可执行程序 exe 同级目录下

如果一个项目想同时编译 32 位和 64 位，则可以分别把 32 位的 lib 文件和 64 位的 lib 文件放在 .\\lib\\win32 和 .\\lib\\x64 目录下，然后分别修改附加库目录，再把相应的 dll 文件拷到编译后的 32 位程序和 64 位程序目录下。

### GL context ###

在开始绘制图形之前，我们必须先了解 GL context 和 GL objects 这两个重要概念，参考文档 [https://www.khronos.org/opengl/wiki/Main\_Page][https_www.khronos.org_opengl_wiki_Main_Page]

上一篇文章讲到 OpenGL 渲染是基于状态(state)的。OpenGL context 是一个重要的概念的，只有创建了 context，OpenGL 才存在，context 一旦被销毁了，OpenGL 就不存在了。context 存储了一个 OpenGL 实例的所有状态，类似于一个程序开辟的所有内存空间。context 可以看作进程在操作系统中的一个执行过程，一个进程可以创建多个 context，每一个 context 代表一个可视面，就像一个应用程序的一个界面一样。

简单来讲，context 保存了一个 OpenGL 实例的所有状态，在使用 OpenGL 之前必须先创建一个 context。

int main(int argc, char **argv)
    {
        char *GL_version=(char *)glGetString(GL_VERSION);
        char *GL_vendor=(char *)glGetString(GL_VENDOR);
        char *GL_renderer=(char *)glGetString(GL_RENDERER);
        return 0;
    }

这里是想获取一些系统信息，但得到的结果却全是空，这里因为此时还没有创建 context，OpenGL 相当于不存在。

int main(int argc, char** argv)
    {
        glutInit(&argc, argv);
        glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGBA);
    
        glutInitWindowSize(400, 400);
        glutInitWindowPosition(100, 100);
        glutCreateWindow("Create Dot");
    
        //获取 OpenGL 版本号
        char *GL_version = (char *)glGetString(GL_VERSION);
        //获取本机提供 GL 支持的公司
        char *GL_vendor = (char *)glGetString(GL_VENDOR);
        //获取渲染器的名称
        char *GL_renderer = (char *)glGetString(GL_RENDERER);
        //获取着色器的版本号
        char* GL_shader_version =  (char*)glGetString(GL_SHADING_LANGUAGE_VERSION);
        //获取本机硬件支持的最大顶点属性数
        GLint max_vertex_attrib;
        glGetIntegerv(GL_MAX_VERTEX_ATTRIBS, &max_vertex_attrib);
    
        return 0;
    }

这样就可以正常获取信息了，因为 `glutCreateWindow` 创建一个窗口的同时就相当于已经创建了一个 context。

### GL objects ###

再重申一遍，OpenGL 基于状态来渲染，可以说 OpenGL 被定义成“状态机”，所有的 API 都是修改状态、查询状态或者使用状态来渲染。GL Object 是一些状态的集合，这点看起来跟 GL Context 有点像，也可以这样类比，但要知道 object 和 context 的 state 是相互独立的，context 有一套状态，每个 object 也会有自己的一些状态。只有把 object 绑定到 context 上，它的状态都会映射到 context 上，绑定之后修改 context 的状态，object 也会受影响；相反基于 context 状态的函数也可以使用 object 的状态。

对象可以分成两大类，**regular objects** 和 **container objects**。  
regular object 包括 *Buffer Objects，Query Objects，Renderbuffer Objects，Sampler Objects，Texture Objects*。  
container objects 包括 *Vertex Array Objects，Framebuffer Objects，Program Pipeline Objects，Transform Feedback Objects*。

#### 对象创建、销毁和绑定 ####

使用 glGen\* 函数给对象生成一个名字，就是创建对象了。

void glGen*(GLsizei n, GLuint *objects);

这个函数可以同时创建多个对象，只需要给定一个对象数组的指针；对象名是 Glsizei 类型，也就是一个 32 位无符号整型，这个整数并不是一个指针，只是对象的一个引用，用于标识这个对象。另外，整数 0 这个名字用于特殊对象，所以我们给对象起名时只能从 1 开始。

void glDelete*(GLsizei n, const GLuint *objects);

这个函数用于销毁对象，同样如果传进来的 object 是一个数组的话，可以批量销毁多个对象。关于对象销毁有几点要注意的

*  如果对象已经绑定到 context ，则对象销毁后会自动解绑；但如果对象附加到另一个对象上，则这我种附加关系不会解除
 *  对象被 delete 之后并不会立即删除，它的名字还可以使用，但请不要用

void glBind*(GLenum target, GLuint object);

这个函数用于把对象绑定到 context。target 指明了对象的类型，有些对象可以绑定为多个类型，比如一个 buffer obejct 可以绑定为 array buffer，index buffer，pixel buffer，transform buffer 或者其它。

### VAO && VBO ###

我们知道了 OpenGL 是一个状态机，使用 object 来保存数据和状态，钴绑定到 context，将 object 的状态和 context 的状态关联起来，然后使用 context 的状态进行渲染。接下来就着手准备绘制一个点，这里需要用到两个对象 VBO 和 VAO。

VAO 即 Vertex Array Object，它保存了所有顶点数据的状态，并没有保存顶点数据，而是保存了顶点数据的格式和所需 buffer 对象的引用。每一个状态属性都是可以开启和关闭的，使用下面两个函数

void glEnableVertexAttribArray(GLuint index);
    void glDisableVertexAttribArray(GLuint index);

VBO，即 Vertex Buffer Object，在缓存区保存的就是顶点数据了。为了让 VAO 能使用 VBO 的数据，我们需要告诉 OpenGL，编号为 index 属性使用当前绑定到 GL\_ARRAY\_BUFFER 的 VBO

glVertexAttribPointer(index, size, type, normalized, stride, pointer);

index 是第几个属性，像顶点的第 0 个属性就是位置；size 指定构成属性的分量个数，像顶点位置由 x,y,z 三个分量组成，所以 size=3；type 指定属性值的类型，像顶点位置为 GL\_FLOAT；normalized 指属性在管线中使用之前是否需要被规范化；stride 指两个相同属性值之间间隔的字节数，只有一个属性时间隔为 0；pointer 指存储数据的偏移值，同样只有一个属性时偏移值为 0。

### 绘制一个点 ###

#include <gl/glew.h>
    #include <gl/glut.h>
    #include <math3d.h>
    #include <iostream>
    
    using namespace std;
    
    void init();
    void renderPerFrame();
    
    int main(int argc, char** argv)
    {
        glutInit(&argc, argv);
        glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGBA);
    
        glutInitWindowSize(400, 400);
        glutInitWindowPosition(100, 100);
        glutCreateWindow("Create Dot");
    
        char *GL_version = (char *)glGetString(GL_VERSION);
        char *GL_vendor = (char *)glGetString(GL_VENDOR);
        char *GL_renderer = (char *)glGetString(GL_RENDERER);
    
        GLenum res = glewInit();
        if (GLEW_OK != res)
        {
            cout << "glewInit failed: " << glewGetErrorString(res) << endl;
            system("pause");
            return 1;
        }
    
        init();
    
        glutDisplayFunc(renderPerFrame);
        glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
    
        glutMainLoop();
    }
    
    void init()
    {
        //创建 buffer 对象
        GLuint VBO;
        glGenBuffers(1, &VBO);
    
        //绑定 buffer 对象
        glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
    
        //定义数据
        M3DVector3f vertices[1];
        vertices[0][0] = 0.0f;
        vertices[0][1] = 0.0f;
        vertices[0][2] = 0.0f;
        //填充 buffer 的值
        glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);
    }
    
    void renderPerFrame()
    {
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
    
        //开启顶点属性
        glEnableVertexAttribArray(0);
        //指定属性使用的 buffer
        glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, 0);
        //绘制顶点 
        glDrawArrays(GL_POINTS, 0, 1);
        //关闭顶点属性
        glDisableVertexAttribArray(0);
    
        glutSwapBuffers();
    }

总结一下这个过程：

首先，创建顶点缓冲对象，即 VBO；然后将顶点缓冲对象绑定到 context；最后给顶点缓冲对象赋顶点数据。

经过上面三步之后，在 context 中就已经有了一个顶点缓冲对象，这个对象保存了顶点数据。接下来就是在主回调函数中取顶点数据进行绘制，这里使用的是固定管线，所以不用 VAO，后面主要使用可编程管线。

绘制的时候是基于状态的，要绘制顶点，必须知道每个状态属性从哪里取数据，即把顶点对象(VAO)和顶点缓冲对象(VBO)关联起来。首先，要开启顶点对象的某个属性；然后指定该属性使用的 buffer 对象；然后开始绘制；最后关闭顶点对象属性。

![绘制一个点][SouthEast]

[http_glew.sourceforge.net]: http://glew.sourceforge.net/
[https_www.khronos.org_opengl_wiki_Main_Page]: https://www.khronos.org/opengl/wiki/Main_Page
[SouthEast]: /images/20220610/108ab9501d764469be46c37a60066865.png