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【OpenGL】绘制一个点

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使用 glew

glew 全称是 OpengGL Extension Wrangler Library，它能够帮忙解决 OpengGL 不断扩展的问题。初始化 glew 之后，它将查询系统上所有可用的扩展功能并自动加载它们，然后提供一个头文件作为接口，我们直接通过头文件就可以使用这些扩展功能。

glew 的下载地址


http://glew.sourceforge.net/


下载之后进行解压，得到的目录结构 

|-glew-2.1.0
    |-bin
    |-lib
    |-include
    |-doc

接下来开始配置环境，配置的方式有两种，第一种方式跟配置 glut 一样，系统级的配置，配置之后所有的 opengl 项目都不需要配置

  • 第一步，把 include 目录下的头文件放在 %VISUAL_STUDIO%\VC\include\gl 目录下
  • 第二步，把 lib 目录下的 lib 文件放在 %VISUAL_STUDIO%\VC\lib 目录下，然后在项目属性的

    链接器

    –>

    输入

    添加相应库的引用
  • 第三步，把 bin 目录下的 dll 文件放在 system32 目录下，同样的 64 位系统要放在 sysWOW64 目录下

这种方式虽然能够一劳永逸，但因为 win32 和 x64 的库文件名一样，所以无法做到兼容，即无法同时把 32 位的库文件和 64 位的库拷到系统路径；另外过多地把库文件拷到系统路径也不好，因此推荐使用第二种方式，即给每个创建的项目配置环境

  • 把头文件放在 $PROJECT_ROOT%\include\GL 目录下，然后在项目属性的

    C/C++

    –>

    附加包含目录

    中添加

    .\include
  • 把静态库 lib 文件放在

    $PROJECT_ROOT%\lib

    目录下，然后在项目属性的

    链接器

    –>

    常规

    –>

    附加库目录

    中添加

    .\lib

    ，在

    链接器

    –>

    输入

    中添加相应库的引用
  • 把动态库 dll 文件放在可执行程序 exe 同级目录下

如果一个项目想同时编译 32 位和 64 位，则可以分别把 32 位的 lib 文件和 64 位的 lib 文件放在 .\lib\win32 和 .\lib\x64 目录下，然后分别修改附加库目录，再把相应的 dll 文件拷到编译后的 32 位程序和 64 位程序目录下。

GL context

在开始绘制图形之前，我们必须先了解 GL context 和 GL objects 这两个重要概念，参考文档

https://www.khronos.org/opengl/wiki/Main_Page

上一篇文章讲到 OpenGL 渲染是基于状态(state)的。OpenGL context 是一个重要的概念的，只有创建了 context，OpenGL 才存在，context 一旦被销毁了，OpenGL 就不存在了。context 存储了一个 OpenGL 实例的所有状态，类似于一个程序开辟的所有内存空间。context 可以看作进程在操作系统中的一个执行过程，一个进程可以创建多个 context，每一个 context 代表一个可视面，就像一个应用程序的一个界面一样。

简单来讲，context 保存了一个 OpenGL 实例的所有状态，在使用 OpenGL 之前必须先创建一个 context。 

int main(int argc, char **argv)
{
    char *GL_version=(char *)glGetString(GL_VERSION);
    char *GL_vendor=(char *)glGetString(GL_VENDOR);
    char *GL_renderer=(char *)glGetString(GL_RENDERER);
    return 0;
}

这里是想获取一些系统信息，但得到的结果却全是空，这里因为此时还没有创建 context，OpenGL 相当于不存在。 

int main(int argc, char** argv)
{
    glutInit(&argc, argv);
    glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGBA);

    glutInitWindowSize(400, 400);
    glutInitWindowPosition(100, 100);
    glutCreateWindow("Create Dot");

    //获取 OpenGL 版本号
    char *GL_version = (char *)glGetString(GL_VERSION);
    //获取本机提供 GL 支持的公司
    char *GL_vendor = (char *)glGetString(GL_VENDOR);
    //获取渲染器的名称
    char *GL_renderer = (char *)glGetString(GL_RENDERER);
    //获取着色器的版本号
    char* GL_shader_version =  (char*)glGetString(GL_SHADING_LANGUAGE_VERSION);
    //获取本机硬件支持的最大顶点属性数
    GLint max_vertex_attrib;
    glGetIntegerv(GL_MAX_VERTEX_ATTRIBS, &max_vertex_attrib);

    return 0;
}

这样就可以正常获取信息了，因为

glutCreateWindow

创建一个窗口的同时就相当于已经创建了一个 context。

GL objects

再重申一遍，OpenGL 基于状态来渲染，可以说 OpenGL 被定义成“状态机”，所有的 API 都是修改状态、查询状态或者使用状态来渲染。GL Object 是一些状态的集合，这点看起来跟 GL Context 有点像，也可以这样类比，但要知道 object 和 context 的 state 是相互独立的，context 有一套状态，每个 object 也会有自己的一些状态。只有把 object 绑定到 context 上，它的状态都会映射到 context 上，绑定之后修改 context 的状态，object 也会受影响；相反基于 context 状态的函数也可以使用 object 的状态。

对象可以分成两大类，

regular objects

和

container objects

。

regular object 包括

Buffer Objects，Query Objects，Renderbuffer Objects，Sampler Objects，Texture Objects

。

container objects 包括

Vertex Array Objects，Framebuffer Objects，Program Pipeline Objects，Transform Feedback Objects

。

对象创建、销毁和绑定

使用 glGen* 函数给对象生成一个名字，就是创建对象了。 

 void glGen*(GLsizei n, GLuint *objects);

这个函数可以同时创建多个对象，只需要给定一个对象数组的指针；对象名是 Glsizei 类型，也就是一个 32 位无符号整型，这个整数并不是一个指针，只是对象的一个引用，用于标识这个对象。另外，整数 0 这个名字用于特殊对象，所以我们给对象起名时只能从 1 开始。 

void glDelete*(GLsizei n, const GLuint *objects);

这个函数用于销毁对象，同样如果传进来的 object 是一个数组的话，可以批量销毁多个对象。关于对象销毁有几点要注意的

  • 如果对象已经绑定到 context ，则对象销毁后会自动解绑；但如果对象附加到另一个对象上，则这我种附加关系不会解除
  • 对象被 delete 之后并不会立即删除，它的名字还可以使用，但请不要用 
void glBind*(GLenum target, GLuint object);

这个函数用于把对象绑定到 context。target 指明了对象的类型，有些对象可以绑定为多个类型，比如一个 buffer obejct 可以绑定为 array buffer，index buffer，pixel buffer，transform buffer 或者其它。

VAO && VBO

我们知道了 OpenGL 是一个状态机，使用 object 来保存数据和状态，钴绑定到 context，将 object 的状态和 context 的状态关联起来，然后使用 context 的状态进行渲染。接下来就着手准备绘制一个点，这里需要用到两个对象 VBO 和 VAO。

VAO 即 Vertex Array Object，它保存了所有顶点数据的状态，并没有保存顶点数据，而是保存了顶点数据的格式和所需 buffer 对象的引用。每一个状态属性都是可以开启和关闭的，使用下面两个函数 

void glEnableVertexAttribArray(GLuint index);
void glDisableVertexAttribArray(GLuint index);

VBO，即 Vertex Buffer Object，在缓存区保存的就是顶点数据了。为了让 VAO 能使用 VBO 的数据，我们需要告诉 OpenGL，编号为 index 属性使用当前绑定到 GL_ARRAY_BUFFER 的 VBO 

glVertexAttribPointer(index, size, type, normalized, stride, pointer);

index 是第几个属性，像顶点的第 0 个属性就是位置；size 指定构成属性的分量个数，像顶点位置由 x,y,z 三个分量组成，所以 size=3；type 指定属性值的类型，像顶点位置为 GL_FLOAT；normalized 指属性在管线中使用之前是否需要被规范化；stride 指两个相同属性值之间间隔的字节数，只有一个属性时间隔为 0；pointer 指存储数据的偏移值，同样只有一个属性时偏移值为 0。

绘制一个点

#include <gl/glew.h>
#include <gl/glut.h>
#include <math3d.h>
#include <iostream>

using namespace std;

void init();
void renderPerFrame();

int main(int argc, char** argv)
{
    glutInit(&argc, argv);
    glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGBA);

    glutInitWindowSize(400, 400);
    glutInitWindowPosition(100, 100);
    glutCreateWindow("Create Dot");

    char *GL_version = (char *)glGetString(GL_VERSION);
    char *GL_vendor = (char *)glGetString(GL_VENDOR);
    char *GL_renderer = (char *)glGetString(GL_RENDERER);

    GLenum res = glewInit();
    if (GLEW_OK != res)
    {
        cout << "glewInit failed: " << glewGetErrorString(res) << endl;
        system("pause");
        return 1;
    }

    init();

    glutDisplayFunc(renderPerFrame);
    glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);

    glutMainLoop();
}

void init()
{
    //创建 buffer 对象
    GLuint VBO;
    glGenBuffers(1, &VBO);

    //绑定 buffer 对象
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);

    //定义数据
    M3DVector3f vertices[1];
    vertices[0][0] = 0.0f;
    vertices[0][1] = 0.0f;
    vertices[0][2] = 0.0f;
    //填充 buffer 的值
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);
}

void renderPerFrame()
{
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

    //开启顶点属性
    glEnableVertexAttribArray(0);
    //指定属性使用的 buffer
    glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, 0);
    //绘制顶点 
    glDrawArrays(GL_POINTS, 0, 1);
    //关闭顶点属性
    glDisableVertexAttribArray(0);

    glutSwapBuffers();
}

总结一下这个过程：

首先，创建顶点缓冲对象，即 VBO；然后将顶点缓冲对象绑定到 context；最后给顶点缓冲对象赋顶点数据。

经过上面三步之后，在 context 中就已经有了一个顶点缓冲对象，这个对象保存了顶点数据。接下来就是在主回调函数中取顶点数据进行绘制，这里使用的是固定管线，所以不用 VAO，后面主要使用可编程管线。

绘制的时候是基于状态的，要绘制顶点，必须知道每个状态属性从哪里取数据，即把顶点对象(VAO)和顶点缓冲对象(VBO)关联起来。首先，要开启顶点对象的某个属性；然后指定该属性使用的 buffer 对象；然后开始绘制；最后关闭顶点对象属性。

绘制一个点


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