opengl

OpenGL学习之路(2.0)：OpenGL 基础渲染

2019-03-04  本文已影响0人  velue

学习目标：

OpenGL 渲染结构

源码实例

/*
 实现功能：
    点击屏幕，将固定位置上的顶点数据以6种不同形态展示！
 */

#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

/*
 GLMatrixStack 变化管线使用矩阵堆栈
 
 GLMatrixStack 构造函数允许指定堆栈的最大深度、默认的堆栈深度为64.这个矩阵堆在初始化时已经在堆栈中包含了单位矩阵。
 GLMatrixStack::GLMatrixStack(int iStackDepth = 64);
 
 //通过调用顶部载入这个单位矩阵
 void GLMatrixStack::LoadIndentiy(void);
 
 //在堆栈顶部载入任何矩阵
 void GLMatrixStack::LoadMatrix(const M3DMatrix44f m);
 */
// 各种需要的类
GLShaderManager     shaderManager;
GLMatrixStack       modelViewMatrix;
GLMatrixStack       projectionMatrix;
GLFrame             cameraFrame;//观察者位置
GLFrame             objectFrame;//被观察者位置

//投影矩阵
GLFrustum           viewFrustum;

//容器类（7种不同的图元对应7种容器对象）
GLBatch             pointBatch; // 点
GLBatch             lineBatch; // 线
GLBatch             lineStripBatch; // 线段
GLBatch             lineLoopBatch;//线环
GLBatch             triangleBatch;
GLBatch             triangleStripBatch;
GLBatch             triangleFanBatch;

//几何变换的管道
GLGeometryTransform transformPipeline;
M3DMatrix44f        shadowMatrix;


GLfloat vGreen[] = { 0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f };
GLfloat vBlack[] = { 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f };


// 跟踪效果步骤
int nStep = 0;



// 此函数在呈现上下文中进行任何必要的初始化。.
// 这是第一次做任何与opengl相关的任务。
void SetupRC()
{
    //灰色背景
    glClearColor(0.7f, 0.7f, 0.7f, 1.0f);
    //初始化
    shaderManager.InitializeStockShaders();
    // 开启深度测试
    glEnable(GL_DEPTH_TEST);
    
    //设置变换管线以使用两个矩阵堆栈
    transformPipeline.SetMatrixStacks(modelViewMatrix, projectionMatrix);
    
    //观察者移动位置
    cameraFrame.MoveForward(-20.0f);
    
    /*
     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，类似佛罗里达州的形状。
    GLfloat vCoast[24][3] = {
        {2.80, 1.20, 0.0 }, {2.0,  1.20, 0.0 },
        {2.0,  1.08, 0.0 },  {2.0,  1.08, 0.0 },
        {0.0,  0.80, 0.0 },  {-.32, 0.40, 0.0 },
        {-.48, 0.2, 0.0 },   {-.40, 0.0, 0.0 },
        {-.60, -.40, 0.0 },  {-.80, -.80, 0.0 },
        {-.80, -1.4, 0.0 },  {-.40, -1.60, 0.0 },
        {0.0, -1.20, 0.0 },  { .2, -.80, 0.0 },
        {.48, -.40, 0.0 },   {.52, -.20, 0.0 },
        {.48,  .20, 0.0 },   {.80,  .40, 0.0 },
        {1.20, .80, 0.0 },   {1.60, .60, 0.0 },
        {2.0, .60, 0.0 },    {2.2, .80, 0.0 },
        {2.40, 1.0, 0.0 },   {2.80, 1.0, 0.0 }
    };
    // 用点的形式--表示佛罗里达州的形状
    pointBatch.Begin(GL_POINTS, 24);
    pointBatch.CopyVertexData3f(vCoast);
    pointBatch.End();
    
    //通过线的形式--表示佛罗里达州的形状
    lineBatch.Begin(GL_LINES, 24);
    lineBatch.CopyVertexData3f(vCoast);
    lineBatch.End();
    
    //通过线段的形式表示表示佛罗里达州的形状
    lineStripBatch.Begin(GL_LINE_STRIP, 24);
    lineStripBatch.CopyVertexData3f(vCoast);
    lineStripBatch.End();
    
    //通过线环的形式表示佛罗里达州的形状
    lineLoopBatch.Begin(GL_LINE_LOOP, 24);
    lineLoopBatch.CopyVertexData3f(vCoast);
    lineLoopBatch.End();
    
    //通过三角形逆时针创建金字塔
    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]; // 超过我们需要的数组
    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 / 6.0) {
        
        //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）
    printf("三角形扇形顶点数：%d\n", nVerts);
    //添加闭合的终点
    nVerts++;
    vPoints[nVerts][0] = r;
    vPoints[nVerts][1] = 0.0f;
    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 <= (2.0*M3D_PI); angle += 0.3f) {
        
        //获取圆形的顶点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();
}



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);
}



// 召唤场景
void RenderScene(void)
{
    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，相乘的结果随后简储存在堆栈的顶部
    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);
    
    //根据nStep值来表示
    switch (nStep) {
        case 0:
            //设置点的大小
            glPointSize(4.0f);
            pointBatch.Draw();
            //画完之后，避免影响到其他的设置，所以要设置恢复默认值
            glPointSize(1.0f);
            break;
        case 1:
            //设置线的宽度
            glLineWidth(2.0f);
            lineBatch.Draw();
            glLineWidth(1.0f);
            break;
        case 2: //线段
            glLineWidth(2.0f);
            lineStripBatch.Draw();
            glLineWidth(1.0f);
            break;
        case 3: //线环
            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();
}


//特殊键位处理（上、下、左、右移动）
void SpecialKeys(int key, int x, int y)
{
    // 围绕一个指定的X，Y，Z轴旋转
    /**
     RotateWorld(float fAngle, float x, float y, float z)
     x,y,z中的值，1表示YES，0表示NO来判断指定哪个轴旋转
     */
    if (key == GLUT_KEY_UP) {

        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();
}




//根据空格次数。切换不同的“窗口名称”
void KeyPressFunc(unsigned char key, int x, int y)
{
    //判断key的次数
    if (key == 32) {
        
        nStep++;
        if (nStep > 6) {
            nStep = 0;
        }
    }

    //switch 判断显示具体操作
    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;
    }
    
    
    //重新绘制
    glutPostRedisplay();

}


// 窗口已更改大小，或刚刚创建。无论哪种情况，我们都需要
// 使用窗口维度设置视口和投影矩阵.
void ChangeSize(int w, int h)
{
    // 窗口大小
    glViewport(0, 0, w, h);
    //创建投影矩阵，并将它载入投影矩阵堆栈中
    //创建投影矩阵，并将它载入投影矩阵堆栈中
    /**
     @params    fFov        角度
     @params    fAspect    纵横比（宽高比）
     @params    fNear
     @params    fFar
     */
    viewFrustum.SetPerspective(35.0f, float(w) / float(h), 1.0, 500.0f);
    //投影矩阵
    projectionMatrix.LoadMatrix(viewFrustum.GetProjectionMatrix());
    //调用顶部载入单元矩阵：因为不用做什么模型变化，所以用单元矩阵就行了
    modelViewMatrix.LoadIdentity();
}


int main(int argc, char* argv[])
{
    
    ////设置工作路径
    gltSetWorkingDirectory(argv[0]);
    //初始化
    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
    /**
     GLUT_DOUBLE    双缓存区
     GLUT_RGBA      颜色缓存区
     GLUT_DEPTH     深度缓存区
     GLUT_STENCIL   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_Point");
    //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;
}
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