OpenGL 的简单绘制
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Jeffery_zc
1.OpenGL 在xcode上的配置
密码: 3um1
1.1创建macOS 工程
图1.png
1.2点击Build Phases，添加OpenGL.framework和GLUT.framework
图2.png
1.3 将OpenGL资源拖入项目工程中，并将libGLTools.a拖入到framework目录下
图3.png
1.4 删除AppDelegate.h AppDelegate.m main.m ViewController.h ViewController.m文件，并创建main.cpp文件，在创建main.cpp文件的时候，把同时创建.h文件的选择取消掉。
图4.png
图5.png
并在main.cpp注入以下代码
#include <stdio.h>
#include "GLTools.h"
#include <glut/glut.h>
int main (int argc ,char *argv[]){
return 0;
}
1.5 build 编译一下，发现报错，将文件<>系统引入改成"" 普通引入
1.6 将<>改成""引入后，重新编译，发现报错 library not found
图6.png
1.7 点击build Setting，搜索search，找到如下地址，将/OpenGL_demo这几个字符删除即可。
图7.png
到这里，OpenGL在Xcode上的配置就完成了。
2.绘制三角形
2.1 首先，要导入头文件，以及定义一些全局变量。
#include "GLShaderManager.h"
/*
`#include<GLShaderManager.h>` 移入了GLTool 着色器管理器（shader Mananger）类。没有着色器，我们就不能在OpenGL（核心框架）进行着色。着色器管理器不仅允许我们创建并管理着色器，还提供一组“存储着色器”，他们能够进行一些初步䄦基本的渲染操作。
*/
#include "GLTools.h"
/*
`#include<GLTools.h>` GLTool.h头文件包含了大部分GLTool中类似C语言的独立函数
*/
#include <GLUT/GLUT.h>
/*
在Mac 系统下，`#include<glut/glut.h>`
在Windows 和 Linux上，我们使用freeglut的静态库版本并且需要添加一个宏
*/
//定义一个，着色管理器
GLShaderManager shaderManager;
//简单的批次容器，是GLTools的一个简单的容器类。
GLBatch triangleBatch;
2.2 初始化GLUT库，初始化双缓冲窗口
//初始化GLUT库,这个函数只是传说命令参数并且初始化glut库
glutInit(&argc, argv);
/*
初始化双缓冲窗口，其中标志GLUT_DOUBLE、GLUT_RGBA、GLUT_DEPTH、GLUT_STENCIL分别指
双缓冲窗口、RGBA颜色模式、深度测试、模板缓冲区
--GLUT_DOUBLE`：双缓存窗口，是指绘图命令实际上是离屏缓存区执行的，然后迅速转换成窗口视图，这种方式，经常用来生成动画效果；
--GLUT_DEPTH`：标志将一个深度缓存区分配为显示的一部分，因此我们能够执行深度测试；
--GLUT_STENCIL`：确保我们也会有一个可用的模板缓存区。
深度、模板测试后面会细致讲到
*/
glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE|GLUT_RGBA|GLUT_DEPTH|GLUT_STENCIL);
// GLUT窗口大小、窗口标题
glutInitWindowSize(800, 600);
glutCreateWindow("Triangle-三角形");
2.3 跟ios的runloop一样，GLUT 内部也运行了一个本地消息循环，拦截适当的消息。然后调用我们不同时间注册的回调函数。我们一共注册2个回调函数：
- 为窗口改变大小而设置的一个回调函数；
- 包含OpenGL 渲染的回调函数
//注册重塑函数
glutReshapeFunc(changeSize);
//注册显示函数
glutDisplayFunc(RenderScene);
/*
在窗口大小改变时，接收新的宽度&高度。
*/
void changeSize(int w,int h)
{
/*
x,y 参数代表窗口中视图的左下角坐标，而宽度、高度是像素为表示，通常x,y 都是为0
*/
glViewport(0, 0, w, h);
}
void RenderScene(void)
{
//1.清除一个或者一组特定的缓存区
/*
缓冲区是一块存在图像信息的储存空间，红色、绿色、蓝色和alpha分量通常一起分量通常一起作为颜色缓存区或像素缓存区引用。
OpenGL 中不止一种缓冲区（颜色缓存区、深度缓存区和模板缓存区）
清除缓存区对数值进行预置
参数：指定将要清除的缓存的
GL_COLOR_BUFFER_BIT :指示当前激活的用来进行颜色写入缓冲区
GL_DEPTH_BUFFER_BIT :指示深度缓存区
GL_STENCIL_BUFFER_BIT:指示模板缓冲区
*/
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT|GL_STENCIL_BUFFER_BIT);
//2.设置一组浮点数来表示红色
GLfloat vRed[] = {1.0,0.0,0.0,1.0f};
//传递到存储着色器，即GLT_SHADER_IDENTITY着色器，这个着色器只是使用指定颜色以默认笛卡尔坐标第在屏幕上渲染几何图形
shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_IDENTITY,vRed);
//提交着色器
triangleBatch.Draw();
//在开始的设置openGL 窗口的时候，我们指定要一个双缓冲区的渲染环境。这就意味着将在后台缓冲区进行渲染，渲染结束后交换给前台。这种方式可以防止观察者看到可能伴随着动画帧与动画帧之间的闪烁的渲染过程。缓冲区交换平台将以平台特定的方式进行。
//将后台缓冲区进行渲染，然后结束后交换给前台
glutSwapBuffers();
}
2.4 初始化GLEW库，确保OpenGL API对程序完全可用。ps：在视图做任何渲染之前，要检查确定驱动程序的初始化过程中没有问题。
GLenum status = glewInit();
if (GLEW_OK != status) {
printf("GLEW Error:%s\n",glewGetErrorString(status));
return 1;
}
2.5 设置渲染环境
setupRC();
glutMainLoop();
setupRC()内部实现：
- 设置背景(清屏)颜色，初始化着色器，这里我们用的是固定管线(固定着色器)渲染
//设置清屏颜色（背景颜色）
glClearColor(0.98f, 0.40f, 0.7f, 1);
//没有着色器，在OpenGL 核心框架中是无法进行任何渲染的。初始化一个渲染管理器。
//在前面的课程，我们会采用固管线渲染，后面会学着用OpenGL着色语言来写着色器
shaderManager.InitializeStockShaders();
- 指定顶点，因为OpenGL不止是为了绘制2D图形，更多的是为了绘制3D图形，所以在指定顶点的时候，用的是3D的笛卡尔坐标系。
// 因为绘制的是2D图形，则指定z轴坐标为0即可
GLfloat vVerts[] = {
-0.5f,0.0f,0.0f,
0.5f,0.0f,0.0f,
0.0f,0.5f,0.0f
};
- 开始绘制
triangleBatch.Begin(GL_TRIANGLES, 3);
triangleBatch.CopyVertexData3f(vVerts);
triangleBatch.End();
3.绘制正方形，并且使用键盘可以上下左右移动
3.1 首先跟绘制三角形一样，导入使用的库，以及定义一些全局变量
#include "GLShaderManager.h"
/*
`#include<GLShaderManager.h>` 移入了GLTool 着色器管理器（shader Mananger）类。没有着色器，我们就不能在OpenGL（核心框架）进行着色。着色器管理器不仅允许我们创建并管理着色器，还提供一组“存储着色器”，他们能够进行一些初步䄦基本的渲染操作。
*/
#include "GLTools.h"
/*
`#include<GLTools.h>` GLTool.h头文件包含了大部分GLTool中类似C语言的独立函数
*/
#include <GLUT/GLUT.h>
/*
在Mac 系统下，`#include<glut/glut.h>`
在Windows 和 Linux上，我们使用freeglut的静态库版本并且需要添加一个宏
*/
//定义一个，着色管理器
GLShaderManager shaderManager;
//简单的批次容器，是GLTools的一个简单的容器类。
GLBatch triangleBatch;
//blockSize 边长
GLfloat blockSize = 0.1f;
//正方形的4个点坐标
GLfloat vVerts[] = {
-blockSize,-blockSize,0.0f,
blockSize,-blockSize,0.0f,
blockSize,blockSize,0.0f,
-blockSize,blockSize,0.0f
};
3.2 初始化库，初始化窗口
//设置当前工作目录，针对MAC OS X
/*
`GLTools`函数`glSetWorkingDrectory`用来设置当前工作目录。实际上在Windows中是不必要的，因为工作目录默认就是与程序可执行执行程序相同的目录。但是在Mac OS X中，这个程序将当前工作文件夹改为应用程序捆绑包中的`/Resource`文件夹。`GLUT`的优先设定自动进行了这个中设置，但是这样中方法更加安全。
*/
gltSetWorkingDirectory(argv[0]);
//初始化GLUT库,这个函数只是传说命令参数并且初始化glut库
glutInit(&argc, argv);
/*
初始化双缓冲窗口，其中标志GLUT_DOUBLE、GLUT_RGBA、GLUT_DEPTH、GLUT_STENCIL分别指
双缓冲窗口、RGBA颜色模式、深度测试、模板缓冲区
--GLUT_DOUBLE`：双缓存窗口，是指绘图命令实际上是离屏缓存区执行的，然后迅速转换成窗口视图，这种方式，经常用来生成动画效果；
--GLUT_DEPTH`：标志将一个深度缓存区分配为显示的一部分，因此我们能够执行深度测试；
--GLUT_STENCIL`：确保我们也会有一个可用的模板缓存区。
深度、模板测试后面会细致讲到
*/
glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE|GLUT_RGBA|GLUT_DEPTH|GLUT_STENCIL);
//GLUT窗口大小、窗口标题
//glutInitWindowSize(600, 800);
glutInitWindowSize(500, 500);
glutCreateWindow("正方形");
3.3 注册回调函数
//注册重塑函数
glutReshapeFunc(changeSize);
//注册显示函数
glutDisplayFunc(RenderScene);
3.3.1 重塑函数实现
/*
在窗口大小改变时，接收新的宽度&高度。
*/
void changeSize(int w,int h)
{
/*
x,y 参数代表窗口中视图的左下角坐标，而宽度、高度是像素为表示，通常x,y 都是为0
*/
glViewport(0, 0, w, h);
}
3.3.2 显示函数实现
void RenderScene(void)
{
//1.清除一个或者一组特定的缓存区
/*
缓冲区是一块存在图像信息的储存空间，红色、绿色、蓝色和alpha分量通常一起分量通常一起作为颜色缓存区或像素缓存区引用。
OpenGL 中不止一种缓冲区（颜色缓存区、深度缓存区和模板缓存区）
清除缓存区对数值进行预置
参数：指定将要清除的缓存的
GL_COLOR_BUFFER_BIT :指示当前激活的用来进行颜色写入缓冲区
GL_DEPTH_BUFFER_BIT :指示深度缓存区
GL_STENCIL_BUFFER_BIT:指示模板缓冲区
*/
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT|GL_STENCIL_BUFFER_BIT);
//2.设置一组浮点数来表示红色
GLfloat vRed[] = {1.0,0.0,0.0,1.0f};
//传递到存储着色器，即GLT_SHADER_IDENTITY着色器，这个着色器只是使用指定颜色以默认笛卡尔坐标第在屏幕上渲染几何图形
shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_IDENTITY,vRed);
//提交着色器
triangleBatch.Draw();
//在开始的设置openGL 窗口的时候，我们指定要一个双缓冲区的渲染环境。这就意味着将在后台缓冲区进行渲染，渲染结束后交换给前台。这种方式可以防止观察者看到可能伴随着动画帧与动画帧之间的闪烁的渲染过程。缓冲区交换平台将以平台特定的方式进行。
//将后台缓冲区进行渲染，然后结束后交换给前台
glutSwapBuffers();
}
3.4 初始化GLEW库，确保OpenGL API对程序完全可用，然后设置我们的渲染环境
GLenum status = glewInit();
if (GLEW_OK != status) {
printf("GLEW Error:%s\n",glewGetErrorString(status));
return 1;
}
//设置我们的渲染环境
setupRC();
glutMainLoop();
3.4.1 设置渲染环境的函数实现
void setupRC()
{
//设置清屏颜色（背景颜色）
glClearColor(0.98f, 0.40f, 0.7f, 1);
//没有着色器，在OpenGL 核心框架中是无法进行任何渲染的。初始化一个渲染管理器。
shaderManager.InitializeStockShaders();
//修改为GL_TRIANGLE_FAN ，4个顶点
triangleBatch.Begin(GL_TRIANGLE_FAN, 4);
triangleBatch.CopyVertexData3f(vVerts);
triangleBatch.End();
}
3.5 以上，正方形的的绘制就基本完成了，接下来我们注册一个特殊函数，实现用键盘上下左右来控制正方形移动。
glutSpecialFunc(SpecialKeys);
这个方法需要添加在glutMainLoop();之前，因为glutMainLoop();这个方法才能监听到函数的实现。
3.5.1 使用键盘控制正方形移动的函数实现
void SpecialKeys(int key, int x, int y){
GLfloat stepSize = 0.025f;
GLfloat blockX = vVerts[0];
GLfloat blockY = vVerts[10];
printf("v[0] = %f\n",blockX);
printf("v[10] = %f\n",blockY);
if (key == GLUT_KEY_UP) {
blockY += stepSize;
}
if (key == GLUT_KEY_DOWN) {
blockY -= stepSize;
}
if (key == GLUT_KEY_LEFT) {
blockX -= stepSize;
}
if (key == GLUT_KEY_RIGHT) {
blockX += stepSize;
}
//触碰到边界（4个边界）的处理
//当正方形移动超过最左边的时候
if (blockX < -1.0f) {
blockX = -1.0f;
}
//当正方形移动到最右边时
//1.0 - blockSize * 2 = 总边长 - 正方形的边长 = 最左边点的位置
if (blockX > (1.0 - blockSize * 2)) {
blockX = 1.0f - blockSize * 2;
}
//当正方形移动到最下面时
//-1.0 - blockSize * 2 = Y（负轴边界） - 正方形边长 = 最下面点的位置
if (blockY < -1.0f + blockSize * 2 ) {
blockY = -1.0f + blockSize * 2;
}
//当正方形移动到最上面时
if (blockY > 1.0f) {
blockY = 1.0f;
}
printf("blockX = %f\n",blockX);
printf("blockY = %f\n",blockY);
// Recalculate vertex positions
vVerts[0] = blockX;
vVerts[1] = blockY - blockSize*2;
printf("(%f,%f)\n",vVerts[0],vVerts[1]);
vVerts[3] = blockX + blockSize*2;
vVerts[4] = blockY - blockSize*2;
printf("(%f,%f)\n",vVerts[3],vVerts[4]);
vVerts[6] = blockX + blockSize*2;
vVerts[7] = blockY;
printf("(%f,%f)\n",vVerts[6],vVerts[7]);
vVerts[9] = blockX;
vVerts[10] = blockY;
printf("(%f,%f)\n",vVerts[9],vVerts[10]);
triangleBatch.CopyVertexData3f(vVerts);
glutPostRedisplay();
}
以上的方法是通过移动每个顶点的相对位置来进行计算，这种方法是非常低效。所以，我们可以通过矩阵的方式，记录移动的步长和碰撞检测。所以我们加2个全局变量分别记录在x轴和y轴上的偏移。
GLfloat xPos = 0.0f;
GLfloat yPos = 0.0f;
void SpecialKeys(int key, int x, int y){
GLfloat stepSize = 0.025f;
if (key == GLUT_KEY_UP) {
yPos += stepSize;
}
if (key == GLUT_KEY_DOWN) {
yPos -= stepSize;
}
if (key == GLUT_KEY_LEFT) {
xPos -= stepSize;
}
if (key == GLUT_KEY_RIGHT) {
xPos += stepSize;
}
//碰撞检测
// 这里的xPos,yPos指的的是平移距离
if (xPos < (-1.0f + blockSize)) {
xPos = -1.0f + blockSize;
}
if (xPos > (1.0f - blockSize)) {
xPos = 1.0f - blockSize;
}
if (yPos < (-1.0f + blockSize)) {
yPos = -1.0f + blockSize;
}
if (yPos > (1.0f - blockSize)) {
yPos = 1.0f - blockSize;
}
glutPostRedisplay();
}
接下来，我们需要在RenderScene()方法里重新定义了。
void RenderScene(void)
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT|GL_STENCIL_BUFFER_BIT);
GLfloat vRed[] = {1.0f,0.0f,0.0f,0.0f};
M3DMatrix44f mFinalTransform,mTransfromMatrix,mRotationMartix;
//平移
m3dTranslationMatrix44(mTransfromMatrix, xPos, yPos, 0.0f);
//每次平移时，旋转5度
static float yRot = 0.0f;
yRot += 5.0f;
m3dRotationMatrix44(mRotationMartix, m3dDegToRad(yRot), 0.0f, 0.0f, 1.0f);
//将旋转和移动的矩阵结果 合并到mFinalTransform （矩阵相乘）
m3dMatrixMultiply44(mFinalTransform, mTransfromMatrix, mRotationMartix);
//将矩阵结果 提交给固定着色器（平面着色器）中绘制
shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT,mFinalTransform,vRed);
triangleBatch.Draw();
//执行交换缓存区
glutSwapBuffers();
}
