第五弹 OpenGL下多种图元组合实现&基本渲染流程
2019-05-16 本文已影响0人
Mr_Lxh
通过案例实现OpenGL下多种图元组合实现&基本渲染流程
- 在前几篇文章中我们熟悉了OpenGL 的基本图形API 和渲染基本流程，这篇文章通过案例来回顾下之前所学的知识，以及各图元实现。由于现有知识无法完整实现相关案例 ，故此案例中涉及到一些还没讲的知识点。这些知识点会在以后文章中详细阐述，不做赘述。
准备工作
- 搭建环境，设置空工程（详情见第一弹 环境搭建 空工程见网盘链接）
代码实现（mian.cpp实现）
- 引入工具类
#include "GLTools.h"
#include "GLMatrixStack.h"
#include "GLFrame.h"
#include "GLFrustum.h"
#include "GLBatch.h"
#include "GLGeometryTransform.h"
#include <math.h>
#ifdef __APPLE__
#include <glut/glut.h>
#else
#define FREEGLUT_STATIC
#include <GL/glut.h>
#endif
- GLTools.h头文件包含了大部分GLTool中类似C语言的独立函数
- GLMatrixStack.h 矩阵的工具类 可以利于GLMatrixStack加载单元矩阵/矩阵/矩阵相乘/压栈/出栈/缩放/平移/旋转
- GLFrame.h 矩阵工具类，表示位置。设置vOrigin、vForward、vUp、vDown
- GLFrustum.h 矩阵工具类 用来快速设置正/透视投影矩阵。完成坐标从3D->2D映射过程
- GLBatch.h 三角形批次类，帮助类。利用它可以传输顶点/光照/纹理/颜色数据到存储着色器中
- GLGeometryTransform.h 变换管道类 用来快速在代码中传输视图矩阵/投影矩阵/视图投影变换矩阵等
math.h 数学库 用于数学运算
GL/glut.h 在Mac系统下 和在windows和Linux上区别：后者使用freeglut的静态库版本需要添加一个宏
- 声明各种需要的类
GLShaderManager shaderManager;//存储着色器管理工具类
GLMatrixStack modelViewMatrix;//模型视图矩阵
GLMatrixStack projectionMatrix;//投影矩阵
GLFrame cameraFrame;//观察者视图坐标
GLFrame objectFrame;//设置图形环绕时，视图坐标
//投影矩阵
GLFrustum viewFrustum;//设置图元绘制时的投影方式
//容器类（7种不同的图元对应7种容器对象）
GLBatch pointBatch;//点
GLBatch lineBatch;//线段
GLBatch lineStripBatch;//线圈（不闭合）
GLBatch lineLoopBatch;//线圈（闭合）
GLBatch triangleBatch;//三角形
GLBatch triangleStripBatch;//三角形带
GLBatch triangleFanBatch;//扇形
- 重要函数的实现
a. main函数实现
int main(int argc, char* argv[])
{
gltSetWorkingDirectory(argv[0]);
glutInit(&argc, argv);
//申请一个颜色缓存区、深度缓存区、双缓存区、模板缓存区
glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGBA | GLUT_DEPTH | GLUT_STENCIL);
//设置window 的尺寸
glutInitWindowSize(800, 600);
//创建window的名称
glutCreateWindow("GL_POINTS");
//注册回调函数（改变尺寸）
glutReshapeFunc(ChangeSize);
//点击空格时，调用的函数
glutKeyboardFunc(KeyPressFunc);
//特殊键位函数（上下左右）
glutSpecialFunc(SpecialKeys);
//显示函数
glutDisplayFunc(RenderScene);
//判断一下是否能初始化glew库，确保项目能正常使用OpenGL 框架
GLenum err = glewInit();
if (GLEW_OK != err) {
fprintf(stderr, "GLEW Error: %s\n", glewGetErrorString(err));
return 1;
}
//绘制
SetupRC();
//runloop运行循环
glutMainLoop();
return 0;
}
main函数为整个程序主函数。贯穿整个生命周期，所有程序渲染相关函数均在此函数中调用
b. changeSize函数实现
- 创建视口 设置投影方式
void ChangeSize(int w, int h)
{
glViewport(0, 0, w, h);
//创建投影矩阵，并将它载入投影矩阵堆栈中
viewFrustum.SetPerspective(35.0f, float(w) / float(h), 1.0f, 500.0f);
projectionMatrix.LoadMatrix(viewFrustum.GetProjectionMatrix());
//调用顶部载入单元矩阵
modelViewMatrix.LoadIdentity();
}
触发条件：
1、新建窗口
2、窗口尺寸发生改变
处理业务：
1、设置OpenGL 视口
2、设置OpenGL投影方式等
c. KeyPressFunc函数实现
- 根据空格次数。切换不同的"窗口名称" 切换不同图元实现 重新渲染
void KeyPressFunc(unsigned char key, int x, int y)
{
if(key == 32)
{
nStep++;
if(nStep > 6)
nStep = 0;
}
switch(nStep)
{
case 0:
glutSetWindowTitle("GL_POINTS");
break;
case 1:
glutSetWindowTitle("GL_LINES");
break;
case 2:
glutSetWindowTitle("GL_LINE_STRIP");
break;
case 3:
glutSetWindowTitle("GL_LINE_LOOP");
break;
case 4:
glutSetWindowTitle("GL_TRIANGLES");
break;
case 5:
glutSetWindowTitle("GL_TRIANGLE_STRIP");
break;
case 6:
glutSetWindowTitle("GL_TRIANGLE_FAN");
break;
}
glutPostRedisplay();
}
触发条件：
1、用户敲击“空格”键位
处理业务：
1、判断用户输入的是“空格”
2、设置窗口名称
3、手动触发重新渲染
d.SpecialKeys函数实现
- 点击特殊键位触发
void SpecialKeys(int key, int x, int y)
{
if(key == GLUT_KEY_UP)
//围绕一个指定的X,Y,Z轴旋转。
objectFrame.RotateWorld(m3dDegToRad(-5.0f), 1.0f, 0.0f, 0.0f);
if(key == GLUT_KEY_DOWN)
objectFrame.RotateWorld(m3dDegToRad(5.0f), 1.0f, 0.0f, 0.0f);
if(key == GLUT_KEY_LEFT)
objectFrame.RotateWorld(m3dDegToRad(-5.0f), 0.0f, 1.0f, 0.0f);
if(key == GLUT_KEY_RIGHT)
objectFrame.RotateWorld(m3dDegToRad(5.0f), 0.0f, 1.0f, 0.0f);
glutPostRedisplay();
}
触发条件:
1、用户使用“上/下/左/右”键位
处理业务：
1、计算出围绕X/Y坐标轴上下左右旋转的视觉坐标系
e.RenderScene函数实现
- 召唤场景
void RenderScene(void)
{
// Clear the window with current clearing color
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT | GL_STENCIL_BUFFER_BIT);
//压栈
modelViewMatrix.PushMatrix();
M3DMatrix44f mCamera;
cameraFrame.GetCameraMatrix(mCamera);
//矩阵乘以矩阵堆栈的顶部矩阵，相乘的结果随后简存储在堆栈的顶部
modelViewMatrix.MultMatrix(mCamera);
M3DMatrix44f mObjectFrame;
//只要使用 GetMatrix 函数就可以获取矩阵堆栈顶部的值，这个函数可以进行2次重载。用来使用GLShaderManager 的使用。或者是获取顶部矩阵的顶点副本数据
objectFrame.GetMatrix(mObjectFrame);
//矩阵乘以矩阵堆栈的顶部矩阵，相乘的结果随后简存储在堆栈的顶部
modelViewMatrix.MultMatrix(mObjectFrame);
/* GLShaderManager 中的Uniform 值——平面着色器
参数1：平面着色器
参数2：运行为几何图形变换指定一个 4 * 4变换矩阵
--transformPipeline.GetModelViewProjectionMatrix() 获取的
GetMatrix函数就可以获得矩阵堆栈顶部的值
参数3：颜色值（黑色）
*/
shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT, transformPipeline.GetModelViewProjectionMatrix(), vBlack);
switch(nStep) {
case 0:
//设置点的大小
glPointSize(4.0f);
pointBatch.Draw();
glPointSize(1.0f);
break;
case 1:
//设置线的宽度
glLineWidth(2.0f);
lineBatch.Draw();
glLineWidth(1.0f);
break;
case 2:
glLineWidth(2.0f);
lineStripBatch.Draw();
glLineWidth(1.0f);
break;
case 3:
glLineWidth(2.0f);
lineLoopBatch.Draw();
glLineWidth(1.0f);
break;
case 4:
DrawWireFramedBatch(&triangleBatch);
break;
case 5:
DrawWireFramedBatch(&triangleStripBatch);
break;
case 6:
DrawWireFramedBatch(&triangleFanBatch);
break;
}
//还原到以前的模型视图矩阵（单位矩阵）
modelViewMatrix.PopMatrix();
// 进行缓冲区交换
glutSwapBuffers();
}
f.SetupRC函数实现
- 此函数在呈现上下文中进行必要的初始化。这是第一次做任何与openGL 相关的任务
void SetupRC()
{
// 灰色的背景
glClearColor(0.7f, 0.7f, 0.7f, 1.0f );
shaderManager.InitializeStockShaders();
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
//设置变换管线以使用两个矩阵堆栈
transformPipeline.SetMatrixStacks(modelViewMatrix, projectionMatrix);
cameraFrame.MoveForward(-15.0f);
/*
常见函数：
void GLBatch::Begin(GLenum primitive,GLuint nVerts,GLuint nTextureUnits = 0);
参数1：表示使用的图元
参数2：顶点数
参数3：纹理坐标（可选）
//负责顶点坐标
void GLBatch::CopyVertexData3f(GLFloat *vNorms);
//结束，表示已经完成数据复制工作
void GLBatch::End(void);
*/
//定义一些点，三角形形状。
GLfloat vCoast[9] = {
3,3,0,0,3,0,3,0,0
};
//用点的形式
pointBatch.Begin(GL_POINTS, 3);
pointBatch.CopyVertexData3f(vCoast);
pointBatch.End();
//通过线的形式
lineBatch.Begin(GL_LINES, 3);
lineBatch.CopyVertexData3f(vCoast);
lineBatch.End();
//通过线段的形式
lineStripBatch.Begin(GL_LINE_STRIP, 3);
lineStripBatch.CopyVertexData3f(vCoast);
lineStripBatch.End();
//通过线环的形式
lineLoopBatch.Begin(GL_LINE_LOOP, 3);
lineLoopBatch.CopyVertexData3f(vCoast);
lineLoopBatch.End();
//通过三角形创建金字塔
GLfloat vPyramid[12][3] = {
-2.0f, 0.0f, -2.0f,
2.0f, 0.0f, -2.0f,
0.0f, 4.0f, 0.0f,
2.0f, 0.0f, -2.0f,
2.0f, 0.0f, 2.0f,
0.0f, 4.0f, 0.0f,
2.0f, 0.0f, 2.0f,
-2.0f, 0.0f, 2.0f,
0.0f, 4.0f, 0.0f,
-2.0f, 0.0f, 2.0f,
-2.0f, 0.0f, -2.0f,
0.0f, 4.0f, 0.0f};
//GL_TRIANGLES 每3个顶点定义一个新的三角形
triangleBatch.Begin(GL_TRIANGLES, 12);
triangleBatch.CopyVertexData3f(vPyramid);
triangleBatch.End();
// 三角形扇形--六边形
GLfloat vPoints[100][3];
int nVerts = 0;
//半径
GLfloat r = 3.0f;
//原点(x,y,z) = (0,0,0);
vPoints[nVerts][0] = 0.0f;
vPoints[nVerts][1] = 0.0f;
vPoints[nVerts][2] = 0.0f;
//M3D_2PI 就是2Pi 的意思，就一个圆的意思。 绘制圆形
for(GLfloat angle = 0; angle < M3D_2PI; angle += M3D_2PI / 6.0f) {
//数组下标自增（每自增1次就表示一个顶点）
nVerts++;
/*
弧长=半径*角度,这里的角度是弧度制,不是平时的角度制
既然知道了cos值,那么角度=arccos,求一个反三角函数就行了
*/
//x点坐标 cos(angle) * 半径
vPoints[nVerts][0] = float(cos(angle)) * r;
//y点坐标 sin(angle) * 半径
vPoints[nVerts][1] = float(sin(angle)) * r;
//z点的坐标
vPoints[nVerts][2] = -0.5f;
}
// 结束扇形 前面一共绘制7个顶点（包括圆心）
//添加闭合的终点
//课程添加演示：屏蔽177-180行代码，并把绘制节点改为7.则三角形扇形是无法闭合的。
nVerts++;
vPoints[nVerts][0] = r;
vPoints[nVerts][1] = 0;
vPoints[nVerts][2] = 0.0f;
// 加载！
//GL_TRIANGLE_FAN 以一个圆心为中心呈扇形排列，共用相邻顶点的一组三角形
triangleFanBatch.Begin(GL_TRIANGLE_FAN, 8);
triangleFanBatch.CopyVertexData3f(vPoints);
triangleFanBatch.End();
//三角形条带，一个小环或圆柱段
//顶点下标
int iCounter = 0;
//半径
GLfloat radius = 3.0f;
//从0度~360度，以0.3弧度为步长
for(GLfloat angle = 0.0f; angle <= (2.0f*M3D_PI); angle += 0.3f)
{
//或许圆形的顶点的X,Y
GLfloat x = radius * sin(angle);
GLfloat y = radius * cos(angle);
//绘制2个三角形（他们的x,y顶点一样，只是z点不一样）
vPoints[iCounter][0] = x;
vPoints[iCounter][1] = y;
vPoints[iCounter][2] = -0.5;
iCounter++;
vPoints[iCounter][0] = x;
vPoints[iCounter][1] = y;
vPoints[iCounter][2] = 0.5;
iCounter++;
}
// 关闭循环
printf("三角形带的顶点数：%d\n",iCounter);
//结束循环，在循环位置生成2个三角形
vPoints[iCounter][0] = vPoints[0][0];
vPoints[iCounter][1] = vPoints[0][1];
vPoints[iCounter][2] = -0.5;
iCounter++;
vPoints[iCounter][0] = vPoints[1][0];
vPoints[iCounter][1] = vPoints[1][1];
vPoints[iCounter][2] = 0.5;
iCounter++;
// GL_TRIANGLE_STRIP 共用一个条带（strip）上的顶点的一组三角形
triangleStripBatch.Begin(GL_TRIANGLE_STRIP, iCounter);
triangleStripBatch.CopyVertexData3f(vPoints);
triangleStripBatch.End();
}
触发条件：
1、main函数触发
处理业务：
1、设置窗口背景颜色
2、初始化存储着色器shaderManager
3、设置图形顶点数据
4、利用GLBatch 三角形批次类，将数据传递到着色器
g.DrawWireFramedBatch函数实现
- 为图形之间增加间隔，防止Z-Fighting 开启深度测试 深度偏移 过滤点线锯齿 启用颜色混合
void DrawWireFramedBatch(GLBatch* pBatch)
{
/*------------画绿色部分----------------*/
/* GLShaderManager 中的Uniform 值——平面着色器
参数1：平面着色器
参数2：运行为几何图形变换指定一个 4 * 4变换矩阵
--transformPipeline 变换管线（指定了2个矩阵堆栈）
参数3：颜色值
*/
shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT, transformPipeline.GetModelViewProjectionMatrix(), vGreen);
pBatch->Draw();
/*-----------边框部分-------------------*/
/*
glEnable(GLenum mode); 用于启用各种功能。功能由参数决定
参数列表：http://blog.csdn.net/augusdi/article/details/23747081
注意：glEnable() 不能写在glBegin() 和 glEnd()中间
GL_POLYGON_OFFSET_LINE 根据函数glPolygonOffset的设置，启用线的深度偏移
GL_LINE_SMOOTH 执行后，过虑线点的锯齿
GL_BLEND 启用颜色混合。例如实现半透明效果
GL_DEPTH_TEST 启用深度测试 根据坐标的远近自动隐藏被遮住的图形（材料
glDisable(GLenum mode); 用于关闭指定的功能 功能由参数决定
*/
//画黑色边框
glPolygonOffset(-1.0f, -1.0f);// 偏移深度，在同一位置要绘制填充和边线，会产生z冲突，所以要偏移
glEnable(GL_POLYGON_OFFSET_LINE);
// 画反锯齿，让黑边好看些
glEnable(GL_LINE_SMOOTH);
glEnable(GL_BLEND);
glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);
//绘制线框几何黑色版 三种模式，实心，边框，点，可以作用在正面，背面，或者两面
//通过调用glPolygonMode将多边形正面或者背面设为线框模式，实现线框渲染
glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_LINE);
//设置线条宽度
glLineWidth(2.5f);
/* GLShaderManager 中的Uniform 值——平面着色器
参数1：平面着色器
参数2：运行为几何图形变换指定一个 4 * 4变换矩阵
--transformPipeline.GetModelViewProjectionMatrix() 获取的
GetMatrix函数就可以获得矩阵堆栈顶部的值
参数3：颜色值（黑色）
*/
shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT, transformPipeline.GetModelViewProjectionMatrix(), vBlack);
pBatch->Draw();
// 复原原本的设置
////通过调用glPolygonMode将多边形正面或者背面设为全部填充模式
glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_FILL);
glDisable(GL_POLYGON_OFFSET_LINE);
glLineWidth(1.0f);
glDisable(GL_BLEND);
glDisable(GL_LINE_SMOOTH);
}
触发条件：
1、系统自动触发
2、开发者手动调用函数触发
处理业务：
1、为图形之间增加间隔，防止Z-Fighting
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