OpenGL - 画一个正方形，可以通过方向键来移动

海浪宝宝
391 阅读7分钟

我们开始做第一个OpenGL项目，使用固定存储着色器渲染三角形，并能通过键盘移动

一、介绍几个工具类

1、GLShaderManager

#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基本 的渲染操作

2、GLTools

GLTool.h头⽂文件包含了大部分GLTool中类似C语言的独⽴立函数。

3、GLUT

在Mac 系统下，#include<glut/glut.h>是导入关于OpenGL的一些宏定义

在Windows 和 Linux上，我们使⽤用freeglut的静态库版本并且需要添加⼀一个宏

二、代码


#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
};

/*
 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);
    
    //将颜色传递到存储着色器，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();
    
}

/// 一些初始化操作
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。
    //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();
    
    //GL_TRIANGLE_FAN 说明是画正方形，4个顶点
    triangleBatch.Begin(GL_TRIANGLE_FAN, 4);
    triangleBatch.CopyVertexData3f(vVerts);
    triangleBatch.End();
    
}

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);
    //调用该函数会触发重绘函数RenderScene
    glutPostRedisplay();
}


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

    //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");
    
    /*
     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，用于重绘更新显示
    glutDisplayFunc(RenderScene);
    //注册特殊函数，当点击键盘方向键的时候会触发SpecialKeys函数
   glutSpecialFunc(SpecialKeys);
    /*
     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;
    
}

三、关键函数

1、changeSize

  • 自定义的函数，
  • 通过glutReshapeFunc(changeSize);将该函数注册成回调函数，
  • 当屏幕发生变化，或者第一次创建窗口时，会调用该函数来调整窗口大小或者视口大小

2、RenderScene

  • 自定义的重绘函数，
  • 通过glutDisplayFunc(RenderScene);注册为显示渲染函数，
  • 当屏幕发生变化或者开发者主动渲染时候会调用该函数，用来实现数据--->渲染

3、setupRC

用来做一写渲染前的准备工作，例如清屏、初始化着色器、指定顶点、利用GLBatch批次类将数据传递到着色器等

4、SpecialKeys

  • 自定义的重绘函数
  • 通过glutSpecialFunc(SpecialKeys);注册为特殊回调函数
  • 在该函数里面修改顶点数据等，然后将新的顶点数据添加到批次容器triangleBatch
  • 再通过调用glutPostRedisplay()来触发重绘回调函数RenderScene，来重新绘制窗口

5、关于顶点移动的优化

顶点坐标：

顶点坐标的显示：

从上面顶点重新计算的代码来看，我们发现一个个计算顶点坐标非常复杂冗余，假如N个顶点要算懵了，所以系统提供了矩阵的方式来简化我们的计算逻辑

  • 传的是顶点，那么只能通过批次类来传递
  • 传的是矩阵，只能通过着色管理器传递给着色器

通过矩阵重写SpecialKeys函数：

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
    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();
    
}

重写RenderScene函数

void RenderScene(void)
{
    //---------方法2--------
    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;
    
    //将平移量传进去，会得到一个新的矩阵mTransfromMatrix
    m3dTranslationMatrix44(mTransfromMatrix, xPos, yPos, 0.0f);
    
    //每次平移时，旋转5度
    static float yRot = 0.0f;
    yRot += 0.0f;
    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();
}

四、效果

五、三角形绘制流程

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