OpenGL(一) 初体验

一.走向3D
- 2D+透视 =3D

什么是OpenGL，它有什么用？
- OpenGL是一种应用程序编程接口（Application Programming Interface，API） OpenGL 主要为我们定义了用来操作图形和图片的一系列函数的API，需要注意的是OpenGL本身并非API而是规范。支持OpenGL的机器上正常这些接口，就可以在屏幕上看到绘制的结果。控制iOS图形渲染的是GPU，如果GPU芯片实现了OpenGL的glDrawArray接口，那么就算支持OpenGL。OpenGL发展至今，已经20余年，作为一个成熟而久负盛名的跨平台的计算机图形应用程序接口规范，它已经被广泛应用在游戏，影视，军事，航空航天，地理，医学，机械设计以及各类科学数据可视化的领域。

OpenGL与OpenGL ES 有什么关系？

• OpenGL ES是应用在移动端的

• OpenGL是应用在PC端的

  

  

  

二.3D术语（入门级）
- 光栅化：实际绘制或填充每个顶点之间的像素形成线程
- 着色：沿着顶点之间改变颜色值，能够轻松创建关照照射在一个立方体上的效果。GLSL
- 纹理贴图：不过是一个用来贴到三角形或多边形上的图片。在GPU上，纹理是快捷有效的。
- 混合：将不同的颜色混在一起

三.2D笛卡尔坐标

• X轴与Y轴是垂直的，它们共同定义了一个xy平面，简而言之，在任何坐标系统中，2条轴如果直角相交，就定义了一个平面，如果一个系统只有2个轴，那么就只有1个平面可以用来绘图。

3D笛卡尔坐标（世界坐标系）

只有点，线和三角形

四.Mac OS X环境下搭建OpenGL平台

GitHub教程地址：https://github.com/Goddreamwt/OpenGL_WT.git

五.OpenGL关键词

1. 渲染
2. 模型
3. 着色器
4. 四种不同的着色阶段

5. 帧缓存

   六.OpenGL渲染图像程序需要执行的操作：

6. 从OpenGL的几何图元中设置数据，用于构建形状
7. 使用不同的着色器对输入的图片数据执行计算操作，判断他们的位置，颜色以及其他渲染属性
8. 将输入的图元的数学描述转为屏幕位置对于的像素片元，这一步称为光栅化；
9. 最后，针对光栅化过程的每一个片元，执行片元着色器，从而决定这个片元的最终颜色和位置。

案例：1.简单绘制一个三角形
2.根据键盘的键位（上下左右键），能够移动图形；

#include "GLShaderManager.h"
/*
  固定管线！
 `#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 1/2边长
GLfloat blockSize = 0.1f;

GLfloat vVerts[] = {
    -blockSize,-blockSize,0.0f,
    blockSize,-blockSize,0.0f,
    blockSize,blockSize,0.0f,
    -blockSize,blockSize,0.0f
};

//x轴上移动的距离
GLfloat xPos = 0.0f;
//y轴上移动的距离
GLfloat yPos = 0.0f;


/*
 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.清除屏幕颜色
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

    //2.设置画笔颜色 RGBA
    GLfloat vRed[] = {1.0f,0.0f,0.0f,1.0f};

    //利用矩阵帮助移动
    //mFinalTransform 结果矩阵
    //mTransformMatrix 平移矩阵
    //mRotationMatrix  旋转矩阵
    M3DMatrix44f mFinalTransform,mTransformMatrix,mRotationMatrix;

    //平移 x,y,z,w（缩放因子= 1）
    //3D中平移的原理与矩阵之间关系
    /*
     参数1：矩阵
     参数2、3、4：X,Y,Z上平移距离
     */
    m3dTranslationMatrix44(mTransformMatrix, xPos, yPos, 0.0f);


    //增加难度! 一边移动，一边旋转
    static float yRot = 0.0f;

    /*
     参数1：矩阵
     参数2：弧度
     参数3：X:1，0 1：围绕X轴旋转，0不围绕X轴旋转
     参数4：Y:1，0
     参数5：Z:1，0
     */
    m3dRotationMatrix44(mRotationMatrix, m3dDegToRad(yRot), 0.0f, 0.0f, 1.0f);

    //修改旋转度数
    yRot += 5.0f;

    //思考：结合2个矩阵的结果 平移矩阵 * 旋转矩阵 = 最终结果矩阵
    m3dMatrixMultiply44(mFinalTransform, mTransformMatrix, mRotationMatrix);


    //平面着色器
    /*
     1.平移矩阵 mTransformMatrix 与 每个顶点 相乘 -> 新顶点 （顶点着色器）
     2.将片元着色红色 (片元着色器)
     */
    shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT,mFinalTransform,vRed);



    //单元着色器(类型，颜色)---第一种方法用到的
    //shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_IDENTITY,vRed);

    triangleBatch.Draw();

    //从后台缓存区进行渲染
    glutSwapBuffers();

}

//移动图形 -- 修改图形坐标！
void SpeacialKeys(int key,int x,int y)
{
    //步长
    GLfloat stepSize = 0.025f;

    //计算移动距离
    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;
    }

    //边界检查
    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();

   //第一种方法：通过修改坐标移动物体
   /*
    //步长
    GLfloat stepSize = 0.025f;

    //相对点 D点
    GLfloat blockX = vVerts[0];

    GLfloat blockY = vVerts[10];

    //上
    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;
    }

    //左边
    if (blockX < -1.0f) {
        blockX = -1.0f;
    }

    //右边
    if (blockX > 1.0 - blockSize * 2) {
        blockX = 1.0 - blockSize * 2;
    }

    if (blockY > 1.0f) {
        blockY = 1.0f;
    }

    if (blockY < -1.0f + blockSize * 2) {

        blockY = -1.0f + blockSize * 2;
    }

    //计算参考点移动，借助参考D 帮助实现4个顶点的修改。

    //A：
    vVerts[0] = blockX;
    vVerts[1] = blockY - blockSize * 2;

    //B
    vVerts[3] = blockX + blockSize * 2;
    vVerts[4] = blockY - blockSize * 2;

    //C
    vVerts[6] = blockX + blockSize * 2;
    vVerts[7] = blockY;

    //D
    vVerts[9] = blockX;
    vVerts[10] = blockY;

    triangleBatch.CopyVertexData3f(vVerts);


    glutPostRedisplay();
    */

}

void setupRC()
{
    //1.设置清屏颜色
    glClearColor(0.33, 0.45, 0.8, 1.0f);

    //初始化固定管线
    shaderManager.InitializeStockShaders();

    /*
    //指定三角形的顶点数据 x,y,z
    GLfloat vVerts[] = {
        -0.5f,0.0f,0.0f,
        0.5f,0.0f,0.0f,
        0.0f,0.5f,0.0f
    };
    */

    triangleBatch.Begin(GL_TRIANGLE_FAN , 4);
    triangleBatch.CopyVertexData3f(vVerts);
    triangleBatch.End();


}

int main(int argc,char *argv[])
{
    //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);


    glutInitDisplayMode(GLUT_RGBA);

    //GLUT窗口大小、窗口标题
    glutInitWindowSize(800, 600);
    glutCreateWindow("Triangle");


    /*
     GLUT 内部运行一个本地消息循环，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：
     1）为窗口改变大小而设置的一个回调函数
     2）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);

    glutSpecialFunc(SpeacialKeys);

    /*
     初始化一个GLEW库,确保OpenGL API对程序完全可用。
     在试图做任何渲染之前，要检查确定驱动程序的初始化过程中没有任何问题
     */
    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();

    return  0; 
}