在Qt中使用OpenGL（一）

原创最新推荐文章于 2026-09-24 12:47:52 发布 2.8w 阅读 AI写同款

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OpenGL

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Qt中的OpenGL 也叫可编程管线，提供了更多的灵活性，更高的效率，更重要的是可以更深入的理解图形编程。其中，顶点着色器和片段着色器需要自己去编写，几何着色器可选择性编写，有这三个可以编辑的部分，即为可编程管线（管线可以理解为一个处理流程）。Ps：状态机是一种理论模型，用于描述一个系统在不同时间点的行为和状态转移规律。OpenGL自身是一个巨大的状态机上下文（Context）通常把OpenGL上下文比作一个大的结构体，包含很多子集：当前状态只有一份。阅读详情

AI摘要

本文介绍了如何在Qt中使用OpenGL渲染动态点云数据。包括初始化OpenGL、设置shader程序、配置顶点缓存及绘制过程等关键步骤。

前言

之前一段时间在研究Kinect的深度摄像头，发现了深度摄像头存在一个“点云”模式。
也就是可以将摄像头识别到的深度信息在3D空间以一个一个点的形式给表现出来。
于是想要自己试着渲染一个点云出来。
既然是在3D空间，那么显然需要使用3D相关的技术了。
在Qt中……那就用Qt提供的OpenGL吧。
恰好之前（挺早之前了）我也算是接触过OpenGL的，然而当我查找了一下相关的文档才发现……新的OpenGL已经和我之前了解的OpenGL是两个东西了……
详见LearnOpenGL CN：https://learnopengl-cn.github.io/
新的OpenGL竟然在最简单的例子中要求写shader？
好家伙，直接给我整不会了。
不过没办法，既然需要写shader那就写吧……
于是最终的成品就是如下所示：
在这里插入图片描述距离摄像机越近，点的颜色越红，越远越蓝，适中就是绿色。

Qt中的OpenGL

要怎么说呢，Qt中对OpenGL的使用是进行了很多层的包装的，我尽可能的挑选了Qt原生的对OpenGL的使用方法，也就是继承QOpenGLWidget和QOpenGLExtraFunctions的方案：
在这里插入图片描述
大致上，你的用于显示OpenGL渲染结果的窗口，应该是这么一个类，即拥有以下特性：

继承QOpenGLWidget和QOpenGLExtraFunctions
重载void initializeGL(),void paintGL()还有void resizeGL(int w, int h)三个函数
提供一些函数，用于设置你的摄像机的位置与旋转
提供一些函数，用于设置你需要显示的内容具体数据（在本例子中，就是提供点云的具体数据。在其他例子中，可能就是提供模型数据了。比如加载模型，卸载模型等）
提供一些函数，用于设置你要显示内容的缩放，旋转与位移（在本例子中，就是点云。在其它例子中，可能就是设置加载的模型的缩放，位置，旋转了）

注意：当你需要显示复杂的内容时，就需要额外的编写逻辑，例如模型管理，贴图管理等等。本例子中因为只显示一个点云数据，所以并没有什么复杂的资源管理逻辑，只需要一个顶点缓存用来保存点云数据，然后在有一些矩阵数据保存各种变化矩阵即可。

initializeGL

在void initializeGL()函数中，我们需要对OpenGL进行一定的初始化。
具体来说，就是：

初始化函数指针以便可以使用OpenGL的各种函数。
Qt帮我们提供了这么一个函数：initializeOpenGLFunctions()只要调用就可以了。如果不调用这个函数，则我们将无法使用OpenGL提供的函数。
启用一些flag
例如glEnable(GL_DEPTH_TEST)启用深度测试等。深度测试可以让我们在绘制3D图形的时候，总是看到“近处的物体可以挡住远处的物体”这个效果。
进行一些缓存的创建。
OpenGL使用的时候需要一些缓存对象，顶点队列对象（VAO），顶点缓存对象（VBO）之类的，都可以在初始化的时候进行创建。
至于什么是VAO，VBO我们之后再说。目前只需要知道OpenGL在3D绘制的时候，其数据的来源，就是来自于这些缓存之中。
初始化shader程序并链接：
Qt提供了一个类QOpenGLShaderProgram，我们用它就可以了。
new出来这个类，然后用addShaderFromSourceCode或addShaderFromSourceFile加载你的shader，最后用link函数连接即可。
至于shader是干什么用的我们之后再说。目前只需要知道shader可以让OpenGL在3D绘制的时候，对数据来源进行一定程度的修改。例如你感受到的3D空间的位置的变化或旋转实际上都是通过shader对要绘制的模型的顶点进行了额外处理模拟出来的，并不是真的存在一个摄像机，而是模拟出来了一个摄像机。
根据需要，如果你要显示的内容是静态的（例如一个静态的模型），那么就可以在初始化的时候加载，否则就需要实时的加载了。我们的点云数据是动态变化的，所以不能初始化加载，而是动态加载。

paintGL

在void paintGL()函数中，我们就可以进行主要的3D绘制逻辑了。
我们主要需要进行以下行为：

清除之前绘制的内容，包含颜色与深度信息
```
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
```
启用shader，调用bind函数
```
m_program->bind();
```
设置shader中的全局数据，例如摄像机矩阵，投影矩阵，每个模型自身的变换矩阵等

	// 设置视图矩阵
	m_view.setToIdentity();
	QVector3D _lookDir{ 0, 0, 1 };
	QVector3D _up{ 0, -1, 0 };
	_lookDir = _lookDir * m_cameraRotate;
	_up = _up * m_cameraRotate;
	m_view.lookAt(m_cameraPos, m_cameraPos + _lookDir, _up);
	m_program->setUniformValue("view", m_view);
	// 设置投影矩阵
	m_program->setUniformValue("projection", m_projection);
	// 针对本模型, 设置模型矩阵
	m_model.setToIdentity();
	m_model *= m_scale;
	m_model *= m_rotate;
	m_model *= m_translate;
	m_program->setUniformValue("model", m_model);

启用顶点队列对象（VAO）

	m_vao.bind();

启用并设置顶点缓存（VBO），即告诉OpenGL当前要绘制的顶点信息和其它信息

	// 绑定本模型需要的顶点缓冲
	m_vbo.bind();
	m_vbo.setUsagePattern(QOpenGLBuffer::StaticDraw);
	m_vbo.allocate(m_vertices, m_vertecesCount * 3 * sizeof(float));

将shader与顶点缓存进行对应，即告知OpenGL要如何使用将顶点缓存中的数据转化为shader中的顶点数据

		// 针对本模型, 设置如何渲染
		m_program->setAttributeBuffer(0, GL_FLOAT, 0, 3, 0);
		m_program->enableAttributeArray(0);

调用OpenGL的绘制函数，绘制顶点缓存中的内容

		// 绘制模型
		glDrawArrays(GL_POINTS, 0, m_vertecesCount);

释放顶点队列对象（VAO）

	m_vao.release();

释放shader

	m_program->release();

其中，第5步和第6步就是动态加载数据的步骤。如果你要显示的内容是静态的（例如一个静态模型），你实际上应该在初始化的时候进行这个操作。注意，初始化的时候也要先启用shader和VAO后在操作，并在最后释放VAO和shader。

总结

说了这么多，实际上我们只是对整个OpenGL的使用流程做了一个最初步的介绍，如果你是第一次接触肯定会依旧感到莫名其妙。
但是不要紧，因为我们现在其实并不需要真的理解，面对复杂的内容，我个人的习惯是首先了解整个流程，然后再找到一个最小样的例来体验这个流程。
目前我们已经了解了整个流程，即初始化然后绘制。
简单来说，就是：

初始阶段：