OpenGL基本图元

OpenGL可以支持很多种不同的图元类型。不过它们最后都可以归结为三种类型中的一种，即点、线或者三角形。线和三角形图元类型可以再组合为条带、循环体（线），或者扇面（三角形）。点、线和三角形也是大部分图形硬件设备所支持的基础图元类型（所谓的硬件支持，也就是图形处理器中直接提供了这些图元类型的光栅化操作。其他图元类型，例如Patch和邻接图元，是无法直接进行光栅化的）。

OpeGL中图元的连接方式大致分为以下几种：

图元	描述
GL_POINTS	每个顶点在屏幕上都是单独点
GL_LINES	每一对顶点定义一个线段
GL_LINE_STRIP	一个从第一个顶点依次经过每一个后续顶点而绘制的线条
GL_LINE_LOOP	和GL_LINE_STRIP相同，但是最后一个顶点和第一个顶点连接起来了
GL_TRIANGLES	每三个顶点定义一个新三角形
GL_TRIANGLE_STRIP	共用一个条带（strip）上的顶点的一组三角形
GL_TRIANGLE_FAN	以一个圆点为中心呈扇形排列，公用相邻顶点的一组三角形
...	...

部分示意图如下图所示：

实例

接下来以代码演示其中部分连接方式并且增加旋转功能。

主要相关代码如下：

// 各种需要的类
GLShaderManager		shaderManager;
GLMatrixStack		modelViewMatrix;
GLMatrixStack		projectionMatrix;
GLFrame				cameraFrame;
GLFrame             objectFrame;
//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;
GLBatch				lineBatch;
GLBatch				lineStripBatch;
GLBatch				lineLoopBatch;
GLBatch				triangleBatch;
GLBatch             triangleStripBatch;
GLBatch             triangleFanBatch;

//几何变换的管道
GLGeometryTransform	transformPipeline;

main函数：

int main(int argc, char* argv[])
{
    gltSetWorkingDirectory(argv[0]);
    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
    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_POINTS");
    //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;
    }
    //初始化工作
    SetupRC();
    //runloop运行循环
    glutMainLoop();
    return 0;
}

其中我们通过上下左右的方向键来控制屏幕的旋转，相关函数如下：

//特殊键位处理（上、下、左、右移动），
//GLFrame objectFrame
void SpecialKeys(int key, int x, int y)
{
    if(key == GLUT_KEY_UP) {
        objectFrame.RotateWorld(m3dDegToRad(-5.0f), 1.0, 0.0, 0.0);
    }
    if(key == GLUT_KEY_DOWN) {
        objectFrame.RotateWorld(m3dDegToRad(5.0f), 1.0, 0.0, 0.0);
    }
    if(key == GLUT_KEY_LEFT) {
        objectFrame.RotateWorld(m3dDegToRad(-5.0f), 0.0, 1.0, 0.0);
    }
    if(key == GLUT_KEY_RIGHT) {
        objectFrame.RotateWorld(m3dDegToRad(5.0f), 0.0, 1.0, 0.0);
    }
    //执行重绘
    glutPostRedisplay();
}

由于我们需要进行旋转，因此需要使用到对应的mvp（modelViewPrejection）矩阵，在ChangeSize回调中进行设置

// 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)
{
    glViewport(0, 0, w, h);
    //设置透视模式
    viewFrustum.SetPerspective(35.f, float(w)/float(h), 1.0f, 500.f);
    //把透视矩阵加载到透视矩阵堆栈中
    projectionMatrix.LoadMatrix(viewFrustum.GetProjectionMatrix());
    //modelViewMatrix 矩阵堆栈 加载单元矩阵,这一步可以省略，因为堆栈底部默认就是一个单元矩阵
    modelViewMatrix.LoadIdentity();
}

我们通过在对SetupRC函数以及RenderScene回调的不同设置来达到显示不同图元的目的。

GL_POINTS

实现效果如下：

SetupRC

// 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()
{
    //设置背景颜色
    glClearColor(0.34f, 0.34f, 0.5f, 1.0f);
    //初始化固定着色器
    shaderManager.InitializeStockShaders();
    //设定变换管线来使用模型视图矩阵和投影矩阵
    transformPipeline.SetMatrixStacks(modelViewMatrix, projectionMatrix);
    //为了让效果明显，将观察者坐标位置Z移动往屏幕里移动15个单位位置
    // 参数：表示离屏幕之间的距离。 负数，是往屏幕后面移动；正数，往屏幕前面移动
    //GLFrame类型，表示camera
    cameraFrame.MoveForward(-15.0f);
    
    GLfloat vCoast[9] = {
        3,3,0,
        0,3,0,
        3,0,0
    };
    //批次类
    pointBatch.Begin(GL_POINTS, 3);
    pointBatch.CopyVertexData3f(vCoast);
    pointBatch.End();
}

RenderScene

// 召唤场景
void RenderScene(void)
{
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT | GL_STENCIL_BUFFER_BIT);
    //模型视图矩阵堆栈
    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;
    objectFrame.GetMatrix(mObjectFrame);
    //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(mObjectFrame);
    //使用平面着色器
    shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT, transformPipeline.GetModelViewProjectionMatrix(), vBlack);
    
    glPointSize(10.0f);
    pointBatch.Draw();
    glPointSize(1.0f);
    
    modelViewMatrix.PopMatrix();
    glutSwapBuffers();
}

通过以上的代码，即可实现在屏幕中渲染出三个顶点的功能。接下来解释一下关于RenderScene中与矩阵相关的操作，与之相关联的有以下几个：