OpenGl 初级入门学习视频教程, 绘制一个立方体

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OpenGl 初级入门学习视频教程, 绘制一个立方体

老朱教授 2017-10-01 22:22:00 浏览762
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首先还是以前课程的连接: 
第一课,编写第一个OpenGL程序 
第二课,绘制几何图形 
第三课,绘制几何图形的一些细节问题 
第四课,颜色的选择 
第五课,三维的空间变换 
第六课,动画的制作 
第七课,使用光照来表现立体感 
第八课,使用显示列表 
第九课,使用混合来实现半透明效果 
第十课,BMP文件与像素操作 
第十一课,纹理的使用入门 
第十二课,OpenGL片断测试 
第十三课,OpenGL是一个状态机 
第十四课,OpenGL版本和OpenGL扩展 
第十五课,从”绘制一个立方体”来看OpenGL的进化过程 –→ 本次课程的内容

这次讲的所有内容都装在一个立方体中,呵呵。

呵呵,绘制一个立方体,简单呀,我们学了第一课第二课,早就会了。 
先别着急,立方体是很简单,但是这里只是拿立方体做一个例子,来说明OpenGL在绘制方法上的改进。从原始一点的办法开始 
一个立方体有六个面,每个面是一个正方形,好,绘制六个正方形就可以了。

glBegin(GL_QUADS); 
glVertex3f(…); 
glVertex3f(…); 
glVertex3f(…); 
glVertex3f(…);

// … 
glEnd();

为了绘制六个正方形,我们为每个正方形指定四个顶点,最终我们需要指定6*4=24个顶点。但是我们知道,一个立方体其实总共只有八个顶点,要指定24次,就意味着每个顶点其实重复使用了三次,这样可不是好的现象。最起码,像上面这样重复烦琐的代码,是很容易出错的。稍有不慎,即使相同的顶点也可能被指定成不同的顶点了。 
如果我们定义一个数组,把八个顶点都放到数组里,然后每次指定顶点都使用指针,而不是使用直接的数据,这样就避免了在指定顶点时考虑大量的数据,于是减少了代码出错的可能性。

// 将立方体的八个顶点保存到一个数组里面 
static const GLfloat vertex_list[][3] = { 
-0.5f, -0.5f, -0.5f, 
0.5f, -0.5f, -0.5f, 
// … 
}; 
// 指定顶点时,用指针,而不用直接用具体的数据 
glBegin(GL_QUADS); 
glVertex3fv(vertex_list[0]); 
glVertex3fv(vertex_list[2]); 
glVertex3fv(vertex_list[3]); 
glVertex3fv(vertex_list[1]);

// … 
glEnd();

修改之后,虽然代码变长了,但是确实易读得多。很容易就看出第0, 2, 3, 1这四个顶点构成一个正方形。 
稍稍观察就可以发现,我们使用了大量的glVertex3fv函数,其实每一句都只有其中的顶点序号不一样,因此我们可以再定义一个序号数组,把所有的序号也放进去。这样一来代码就更加简单了。

// 将立方体的八个顶点保存到一个数组里面 
static const GLfloat vertex_list[][3] = { 
-0.5f, -0.5f, -0.5f, 
0.5f, -0.5f, -0.5f, 
-0.5f, 0.5f, -0.5f, 
0.5f, 0.5f, -0.5f, 
-0.5f, -0.5f, 0.5f, 
0.5f, -0.5f, 0.5f, 
-0.5f, 0.5f, 0.5f, 
0.5f, 0.5f, 0.5f, 
};

// 将要使用的顶点的序号保存到一个数组里面 
static const GLint index_list[][4] = { 
0, 2, 3, 1, 
0, 4, 6, 2, 
0, 1, 5, 4, 
4, 5, 7, 6, 
1, 3, 7, 5, 
2, 6, 7, 3, 
};

int i, j;

// 绘制的时候代码很简单 
glBegin(GL_QUADS); 
for(i=0; i<6; ++i) // 有六个面,循环六次 
for(j=0; j<4; ++j) // 每个面有四个顶点,循环四次 
glVertex3fv(vertex_list[index_list[i][j]]); 
glEnd();

这样,我们就得到一个比较成熟的绘制立方体的版本了。它的数据和程序代码基本上是分开的,所有的顶点放到一个数组中,使用顶点的序号放到另一个数组中,而利用这两个数组来绘制立方体的代码则很简单。 
关于顶点的序号,下面这个图片可以帮助理解。

2010122216261979.png

正对我们的面,按逆时针顺序,背对我们的面,则按顺时针顺序,这样就得到了上面那个index_list数组。 
为什么要按照顺时针逆时针的规则呢?因为这样做可以保证无论从哪个角度观察,看到的都是”正面”,而不是背面。在计算光照时,正面和背面的处理可能是不同的,另外,剔除背面只绘制正面,可以提高程序的运行效率。(关于正面、背面,以及剔除,参见第三课,绘制几何图形的一些细节问题) 
例如在绘制之前调用如下的代码:

glFrontFace(GL_CCW); 
glCullFace(GL_BACK); 
glEnable(GL_CULL_FACE); 
glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_LINE);


则绘制出来的图形就只有正面,并且只显示边线,不进行填充。 
效果如图:

2010122216262956.png

顶点数组 
(提示:顶点数组是OpenGL 1.1所提供的功能) 
前面的方法中,我们将数据和代码分离开,看起来只要八个顶点就可以绘制一个立方体了。但是实际上,循环还是执行了6*4=24次,也就是说虽然代码的结构清晰了不少,但是程序运行的效率,还是和最原始的那个方法一样。 
减少函数的调用次数,是提高运行效率的方法之一。于是我们想到了显示列表。把绘制立方体的代码装到一个显示列表中,以后只要调用这个显示列表即可。 
这样看起来很不错,但是显示列表有一个缺点,那就是一旦建立后不可再改。如果我们要绘制的不是立方体,而是一个能够走动的人物,因为人物走动时,四肢的位置不断变化,几乎没有办法把所有的内容装到一个显示列表中。必须每种动作都使用单独的显示列表,这样会导致大量的显示列表管理困难。 
顶点数组是解决这个问题的一个方法。使用顶点数组的时候,也是像前面的方法一样,用一个数组保存所有的顶点用一个数组保存顶点的序号。但最后绘制的时候,不是编写循环语句逐个的指定顶点了,而是通知OpenGL,”保存顶点的数组”和”保存顶点序号的数组”所在的位置,由OpenGL自动的找到顶点,并进行绘制。 
下面的代码说明了顶点数组是如何使用的:

glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY); 
glVertexPointer(3, GL_FLOAT, 0, vertex_list); 
glDrawElements(GL_QUADS, 24, GL_UNSIGNED_INT, index_list);

其中: 
glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY); 表示启用顶点数组。 
glVertexPointer(3, GL_FLOAT, 0, vertex_list); 指定顶点数组的位置,3表示每个顶点由三个量构成(x, y, z),GL_FLOAT表示每个量都是一个GLfloat类型的值。第三个参数0,参见后面介绍”stride参数”。最后的vertex_list指明了数组实际的位置。 
glDrawElements(GL_QUADS, 24, GL_UNSIGNED_INT, index_list); 根据序号数组中的序号,查找到相应的顶点,并完成绘制。GL_QUADS表示绘制的是四边形,24表示总共有24个顶点,GL_UNSIGNED_INT表示序号数组内每个序号都是一个GLuint类型的值,index_list指明了序号数组实际的位置。 
上面三行代码代替了原来的循环。可以看到,原来的glBegin/glEnd不再需要了,也不需要调用glVertex*系列函数来指定顶点,因此可以明显的减少函数调用次数。另外,数组中的内容可以随时修改,比显示列表更加灵活。 

详细一点的说明。 
顶点数组实际上是多个数组,顶点坐标、纹理坐标、法线向量、顶点颜色等等,顶点的每一个属性都可以指定一个数组,然后用统一的序号来进行访问。比如序号3,就表示取得颜色数组的第3个元素作为颜色、取得纹理坐标数组的第3个元素作为纹理坐标、取得法线向量数组的第3个元素作为法线向量、取得顶点坐标数组的第 3个元素作为顶点坐标。把所有的数据综合起来,最终得到一个顶点。 
可以用glEnableClientState/glDisableClientState单独的开启和关闭每一种数组。 
glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY); 
glEnableClientState(GL_COLOR_ARRAY); 
glEnableClientState(GL_NORMAL_ARRAY); 
glEnableClientState(GL_TEXTURE_COORD_ARRAY); 
用以下的函数来指定数组的位置: 
glVertexPointer 
glColorPointer 
glNormalPointer 
glTexCoordPointer

为什么不使用原来的glEnable/glDisable函数,而要专门的规定一个glEnableClientState /glDisableClientState函数呢?这跟OpenGL的工作机制有关。OpenGL在设计时,认为可以将整个OpenGL系统分为两部分,一部分是客户端,它负责发送OpenGL命令。一部分是服务端,它负责接收OpenGL命令并执行相应的操作。对于个人计算机来说,可以将CPU、内存等硬件,以及用户编写的OpenGL程序看做客户端,而将OpenGL驱动程序、显示设备等看做服务端。 
通常,所有的状态都是保存在服务端的,便于OpenGL使用。例如,是否启用了纹理,服务端在绘制时经常需要知道这个状态,而我们编写的客户端OpenGL程序只在很少的时候需要知道这个状态。所以将这个状态放在服务端是比较有利的。 
但顶点数组的状态则不同。我们指定顶点,实际上就是把顶点数据从客户端发送到服务端。是否启用顶点数组,只是控制发送顶点数据的方式而已。服务端只管接收顶点数据,而不必管顶点数据到底是用哪种方式指定的(可以直接使用glBegin/glEnd/glVertex*,也可以使用顶点数组)。所以,服务端不需要知道顶点数组是否开启。因此,顶点数组的状态放在客户端是比较合理的。 
为了表示服务端状态和客户端状态的区别,服务端的状态用glEnable/glDisable,客户端的状态则用glEnableClientState/glDisableClientState。

stride参数。 
顶点数组并不要求所有的数据都连续存放。如果数据没有连续存放,则指定数据之间的间隔即可。 
例如:我们使用一个struct来存放顶点中的数据。注意每个顶点除了坐标外,还有额外的数据(这里是一个int类型的值)。

typedef struct __point__ { 
GLfloat position[3]; 
int id; 
} Point; 
Point vertex_list[] = { 
-0.5f, -0.5f, -0.5f, 1, 
0.5f, -0.5f, -0.5f, 2, 
-0.5f, 0.5f, -0.5f, 3, 
0.5f, 0.5f, -0.5f, 4, 
-0.5f, -0.5f, 0.5f, 5, 
0.5f, -0.5f, 0.5f, 6, 
-0.5f, 0.5f, 0.5f, 7, 
0.5f, 0.5f, 0.5f, 8, 
}; 
static GLint index_list[][4] = { 
0, 2, 3, 1, 
0, 4, 6, 2, 
0, 1, 5, 4, 
4, 5, 7, 6



本文转自黄聪博客园博客,原文链接:http://www.cnblogs.com/huangcong/archive/2010/12/22/1914001.html,如需转载请自行联系原作者

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