OpenGL实验一：画图小程序

2016-03-16 本文已影响3499人 Beatrice7

要求：开发一个画图程序，用户可以用鼠标绘制线段、矩形、圆和三角形等。通过菜单让用户选择需要绘制的图元。

框架参考

/* globals */
GLsizei wh = 500, ww = 500; /* initial window size */
float xm, ym, xmm, ymm;
int first = 0;
void mouse(int btn, int state, int x, int y)
{
    if(btn==GLUT_LEFT_BUTTON && state==GLUT_DOWN)
    {
        xm = x;
        ym = wh-y;
        glColor3f(0.0, 0.0, 1.0);
        glLogicOp(GL_XOR);
        first = 0;
    }

    if(btn==GLUT_LEFT_BUTTON && state==GLUT_UP)
    {
        if (first == 1)
        {
            glRectf(xm, ym, xmm, ymm);
            glFlush();
        }

        xmm = x;
        ymm = wh-y;
        glColor3f(0.0, 1.0, 0.0);
        glLogicOp(GL_COPY);
        glRectf(xm, ym, xmm, ymm);
        glFlush();
    }

    if(btn==GLUT_RIGHT_BUTTON && state==GLUT_DOWN)  
        exit(0);
}

void move(int x, int y)
{
    if(first == 1)
    {
        glRectf(xm, ym, xmm, ymm);
        glFlush();
    }

    xmm = x;
    ymm = wh-y;
    glRectf(xm, ym, xmm, ymm);
    glFlush();
    first = 1;
}

void reshape(GLsizei w, GLsizei h)
{
    
    /* adjust clipping box */
    
    glMatrixMode(GL_PROJECTION);
    glLoadIdentity(); 
    glOrtho(0.0,(GLdouble)w, 0.0,(GLdouble)h, -1.0, 1.0);
    
    glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
    glLoadIdentity(); 
    
    /* adjust viewport and clear */
    
    glViewport(0,0,w,h);
    glClearColor(1.0, 1.0, 1.0, 1.0);
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
    glFlush();
    
    /* set global size for use by drawing routine */
    
    ww = w;
    wh = h; 
}

void init(void)
{
    glViewport(0,0,ww,wh);
    
    /* Pick 2D clipping window to match size of screen window 
    This choice avoids having to scale object coordinates
    each time window is resized */
    glMatrixMode(GL_PROJECTION);
    glLoadIdentity(); 
    glOrtho(0.0,(GLdouble) ww , 0.0,(GLdouble) wh , -1.0, 1.0);
    
    /* set clear color to black and clear window */
    glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
    glFlush();  

    glEnable(GL_COLOR_LOGIC_OP);
}


/* display callback required by GLUT 3.0 */
void display(void)
{}

int main(int argc, char** argv)
{
    /***GLUT窗口管理，就当做是固定写法吧***/
    glutInit(&argc,argv);                         //初始化GLUT，在调用其他GLUT函数前调用
    glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGB);  //设置窗口的显示模式
    glutInitWindowSize(ww, wh);                   //设置窗口的初始宽度和高度，单位为像素，缺省300x300
    glutInitWindowPosition(500, 500)              //窗口左上角相对于屏幕左上角的位置，单位为像素，缺省(0,0) 
    glutCreateWindow("rubber banding");           //创建窗口，标题为title。调用glutMainLoop()之前，窗口不会被显示
    
    init();  //设置OpenGL状态

    /***GLUT事件处理***/
    glutReshapeFunc(reshape);
    glutMouseFunc(mouse);
    glutMotionFunc(move);
    glutDisplayFunc(display);
    glutMainLoop();
}

OpenGL库

首先你会发现这些函数有些不是以gl开头就是以glut开头，以什么开头就代表是哪个库中的函数。

OpenGL核心库(OpenGL Core Library)
gl是核心，这部分函数用于常规的、核心的图形处理。
OpenGL实用库(OpenGL Utility Library, GLU)
glu是对gl的部分封装，glut是OpenGL的跨平台工具库，gl中包含了最基本的3D函数，而glu似乎对gl的辅助，如果算数好，不用glu的情况下，也是可以做出同样的效果。
OpenGL实用工具库（OpenGL Utility Toolkit Library, GLUT）
glut是基本的窗口界面，是独立于gl和glu的，如果不喜欢用glut可以用MFC和Win32窗口等代替，但是glut是跨平台的，这就保证了我们编出的程序是跨平台的。

OpenGL函数名称格式

GLUT事件处理

我们这里界面都是采用GLUT库来写。GLUT使用回调函数(callback)机制来进行事件处理。

啥叫回调函数呢(callback)？
回调就是你自己定义一个函数(比如mouse)，然后把这个函数作为参数传入别的(或系统)函数(比如glutMouseFunc)中，由别人（或系统）的函数在运行时来调用的函数。简单来说，就是由别人的函数运行期间回过来调用你已经实现的那个函数。
void glutDisplayFunc(void(*func)(void))
每个GLUT程序都必须有一个显式回调函数，啥作用呢？比如窗口首次被打开，或者窗口移动了，在窗口中切换绘图选项时，系统都会自动调用这个函数，继而调用传入其中的函数。
函数指针
上面那个函数的参数void(*func)(void)其实就是个函数指针。这个原理和int a是一样的，int是参数a的类型， a是参数名；类比一下，这里函数指针类型是void(* )(void)，这里参数是个函数指针类型的变量，参数名是func；其实每个函数的函数名都可以说是一个函数指针名，我们在用的时候才只要闯入相应的函数名就实现了所谓的回调。所以专业点说，回调函数就是一个通过函数指针调用的函数。
void glutMainLoop()
进入GLUT事件处理循，环实际就是个死循环啦。当有事件发生时，调用相应的回调函数；否则，处于等待状态。main()函数是以程序进入事件循环做为结束，而不是我们通常所写的return 0；
init()函数
这个函数中我们定义了一些OpenGL的状态量，个人认为和glutDisplayFunc里面将要传入的函数(比如这里的display)有些雷同，所以上面的display()函数我们虽然写了，但却是个空函数，（必须有这个display函数），因为一些状态我们都在init函数中设置了。里面涉及到了视图等的设置，这些之后会讲到，现在只需要这样跟着写就好了。
GLUT使用回调函数机制来进行事件处理，我们的程序中主要用到了前4个：
–窗口重绘glutDisplayFunc()
–窗口改变大小glutReshapeFunc()
–鼠标按键glutMouseFunc()
–鼠标移动glutMotionFunc()
–键盘输入glutKeyboardFunc()
–空闲函数glutIdleFunc()

窗口

窗口是显示器上的一块矩形区域。窗口内的位置用窗口坐标来指定，单位是像素。

注意原点的位置

光栅显示器由于是按照从上到下，从左到右的顺序进行扫描，所以左上角是原点。窗口系统返回的信息（例如鼠标位置）假定原点在左上角。
学科学和工程中，左下角是原点(0,0)。OpenGL命令假定原点在左下角。

所以在画图的时候，我们要把鼠标位置的坐标转换成OpenGL命令中对应的坐标。原点在左上角和左下角相比较一下，不就是x坐标不用变，y坐标是个互补的关系嘛，用窗口的高度(wh)减掉鼠标位置的y坐标就得到OpenGL命令中的坐标啦。

画直线要求的橡皮条功能

这里用到一个函数glLogicOp

glLogicOp(GL_COPY) (默认值)
缺省的写入模式是复制模式(copy)或替换模式 (replacement),直接用源像素取代目标像素。用这种方法不能绘制一条临时直线,因为我们不能用快速简单的方法恢复在临时直线下面的内容。
glLogicOp(GL_XOR)
XOR写入模式。异或操作(XOR):相同值为0,不同值为1
因此如果应用XOR模式画一条直线,那么只要在原地再画一遍这条直线就可以删除这条直线。

画圆

OpenGL没有提供直接画圆的函数，实现方式用一个多边形来逼近。大家都知道正多边形的边如越多越接近圆吧~
这里我用到了G_TRIANGLE_FAN这个参数，书上都有讲解。
截取一部分代码:

if (btn == GLUT_LEFT_BUTTON && state == GLUT_UP)
    {
        xmm = x;
        ymm = wh - y;
        float r = sqrt(pow((xm - xmm), 2) + pow((ym - ymm), 2));
        glBegin(GL_TRIANGLE_FAN);
        for (int i = 0; i< 1000; ++i){
            glVertex2f(xm + r*cos(2 * PI / 1000 * i), ym + r*sin(2 * PI / 1000 * i));
        }
        glEnd();
        glFlush();
    }

画三角形

简单的一个实现的思路：用一个变量将三个点的坐标保存起来，每点击一次鼠标记录一个位置并计数，当点数满三个的时候，就把这个三角形画出来。
截取一部分代码:

void mouse_triangle(int btn, int state, int x, int y)
{
    if (btn == GLUT_LEFT_BUTTON && state == GLUT_DOWN)
    {
        triVertex[ver][0] = x;
        triVertex[ver][1] = wh - y;
        glColor3f(1.0, 0.5, 0.0);
        glBegin(GL_POINTS);
        glVertex2f(triVertex[ver][0], triVertex[ver][1]);
        glEnd();
        glFlush();
        ver++;
        if (ver == 3)
        {   
            //glLogicOp(GL_COPY);//直接用源像素取代目标像素 默认的
            glBegin(GL_TRIANGLES);
            glVertex2f(triVertex[0][0], triVertex[0][1]);
            glVertex2f(triVertex[1][0], triVertex[1][1]);
            glVertex2f(triVertex[2][0], triVertex[2][1]);
            glEnd();
            glFlush();
            ver = 0;
        }

    }
}

添加菜单

用到如下的三个函数，比如：

    glutCreateMenu(menu); //创建菜单
    glutAddMenuEntry("line", 0);  //在菜单中添加选项
    glutAddMenuEntry("square", 1);
    glutAddMenuEntry("triangle", 2);
    glutAddMenuEntry("circle", 3);
    glutAddMenuEntry("clear", 4);
    glutAttachMenu(GLUT_RIGHT_BUTTON); //将菜单绑定鼠标操作