OpenGL示例

对于学习计算机而言，需要实践才能出真知。学习使用GLUT进行计算机图形学。与其他功能强大的API一样，OpenGL十分复杂，提供许多编程方法来解决问题。

mian函数一般由建立OpenGL系统的操作组成。通常有两种实现方法：1.通过GLUT创建并设置用户显示的系统窗口，第二，通过定义回调函数，建立时间处理系统。回调函数是事件发生时使用的，并初始化模型和显示环境。示例程序如下：

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#include <GL/glut.h>
const int W = 500;
const int H = 500;
const int POS_X =  100;
const int POS_Y = 100;
//显示回调函数
void display(){}
//改变窗口回调函数
void reshape(int w,int h){}
//空闲回调函数
void idle(void){}
//键盘回调函数
void keyFunc(unsigned char key,int x,int y){}
//鼠标回调函数
void MouseFunc(int button,int state,int x,int y){}
int main(int argc,char *argv[])
{
    glutInit(&argc,argv);
    glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGB);
    glutInitWindowSize(W,H);
    glutInitWindowPosition(POS_X,POS_Y);
    glutCreateWindow("a simple program");
    //定义事件回调函数
    glutDisplayFunc(display);
    glutReshapeFunc(reshape);
    glutIdleFunc(idle);
    glutKeyboardFunc(keyFunc);
    glutMouseFunc(MouseFunc);
    //进入事件主循环
    glutMainLoop();
    return 0;
}

回调函数是相关事件发生时，系统事件处理程序时调用的函数。上面的程序就是OpenGL程序的基本结构，display函数用于在屏幕中展示图像。OpenGL应用程序中的main()函数结有一些关键的操作，设置显示模式，定义用于显示的窗口，以及程序所需的初始化操作。使用glutInitDisplayMode()设置模式。

在模型空间使用glBegin()……glEnd()来绘制图像。模型变换则是哟个glPushMatrix()/glPopMatrix().而视图变换时使用:

glutLookAt(ex,ey,ez,lx,ly,lz,ux,uy,uz),

(ex,ey,ez)视点坐标，(lx,ly,lz)表示视线的方向，（ux,uy,uz）定义向上的矢量方向。投影操作使用:

glOrthon(left,right,bottom,top,near, far);

left,right表示正交视域体的左侧面和右侧面的x坐标，bottom和top分别时下底面和上底面的y坐标，near和far分别时前面与背面的z坐标。透视投影使用下面函数定义：

gluPerspective(fovy,aspect,near,far)

第一个参数是视场角，第二个参数aspect是高宽比，near和far分别时前面与背面的z坐标。

示例代码如下：

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#include <GL/glut.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <stdio.h>
#define ROWS 10
#define COLS 30  //金属条的长度
#define AMBIENT 25.0    //温度
#define HOT 50      //热源的温度
#define COLD 0.0    //冷槽的温度
#define NHOTS 4
#define NCOLDS  5
GLfloat  angle = 0.0;
GLfloat temps[ROWS][COLS],back[ROWS+2][COLS+2];
GLfloat  theta = 0.0,vp = 30.0;
//设置金属长条上固定热点和冷点的位置
int hotspots[NHOTS][2] = {
        {ROWS/2,0},{ROWS/2-1,0},{ROWS/2-2,0},{0,3*COLS / 4}
};
int coldspots[NCOLDS][2] = {
        {ROWS-1,COLS / 3},{ROWS-1,1+COLS/3},{ROWS-1,2+COLS/3},{ROWS-1,3+COLS/3},{ROWS-1,4+COLS/3}
};
int myWin;
void myinit(void){
    glEnable(GL_DEPTH_TEST);
    glClearColor(0.6,0.6,0.6,1.0);
    //设置初始温度
    for(int i=0;i < ROWS;i++){
        for (int j = 0; j < COLS; ++j) {
            temps[i][j] = AMBIENT;
        }
    }
    //热点
    for (int i = 0; i< NHOTS; ++i) {
        temps[hotspots[i][0]][hotspots[i][1]] = HOT;
    }
    //冷点
    for (int i = 0; i< NCOLDS; ++i) {
        temps[coldspots[i][0]][coldspots[i][1]] = COLD;
    }
}
//在模型坐标系的第一个八分象限内传教单位立方体
void cube(void){
    typedef GLfloat point[3];
    point  v[8] = {
            {0.0,0.0,0.0},{0.0,0.0,1.0},
            {0.0,1.0,0.0},{0.0,1.0,1.0},
            {1.0,0.0,0.0},{1.0,0.0,1.0},
            {1.0,1.0,0.0},{1.0,1.0,1.0}
    };
    glBegin(GL_QUAD_STRIP);
    glVertex3fv(v[4]);
    glVertex3fv(v[5]);
    glVertex3fv(v[0]);
    glVertex3fv(v[1]);
    glVertex3fv(v[2]);
    glVertex3fv(v[3]);
    glVertex3fv(v[6]);
    glVertex3fv(v[7]);
    glEnd();
    glBegin(GL_QUAD_STRIP);
    glVertex3fv(v[1]);
    glVertex3fv(v[3]);
    glVertex3fv(v[5]);
    glVertex3fv(v[7]);
    glVertex3fv(v[4]);
    glVertex3fv(v[6]);
    glVertex3fv(v[0]);
    glVertex3fv(v[2]);
    glEnd();
}
void setColor(float t){
    float r,g,b;
    r = (t-COLD) / (HOT - COLD);
    g = 0.0;
    b = 1.0 - r;
    glColor3f(r,g,b);
}
void display(void){
#define SCALE 10.0
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
    //定义视图变换
    glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
    glLoadIdentity();
    gluLookAt(vp,vp/2.,vp/4.0,0.0,0.0,0.0,0.0,0.0,1.0);
    //场景旋转
    glPushMatrix();
    glRotatef(angle,0.0,0.0,1.0);
    //画金属条
    for (int i = 0; i <ROWS ; ++i) {
        for (int j = 0; j < COLS; ++j) {
            setColor(temps[i][j]);
            //显示各项模型变换
            glPushMatrix();
            glTranslatef((float)i - ROWS / 2.0,(float)j - COLS / 2.0,0.0);
            //冷，热
            glScalef(1.0,1.0,0.1+3.9*temps[i][j]/HOT);
            cube();
            glPopMatrix();
        }
    }
    //选择操作和变换缓存来结束场景绘制
    glPopMatrix();
    glutSwapBuffers();
}
//定义投影变换
void reshape(int w,int h){
    glViewport(0,0,w,h);
    glMatrixMode(GL_PROJECTION);
    glLoadIdentity();
    gluPerspective(60.0,(float)w/(float)h,1.0,300.0);
    glutPostRedisplay();
}
void iterationStep(void){
    float filter[3][3] = {{0.0,0.125,0},{0.125,0.5,0.125},{0,0.125,0.0}};
    //增加材质的温度
    for (int i = 0; i < ROWS; ++i) {
        for (int j = 0; j < COLS; ++j) {
            back[i+1][j+1] = temps[i][j];
        }
    }
    //临界值填充边界
    for (int i = 1; i < ROWS+2; ++i) {
        back[i][0] = back[i][1];
        back[i][COLS+1] = back[i][COLS];
    }
    for (int j = 0; j < COLS+2; ++j) {
        back[0][j] = back[1][j];
        back[ROWS+1][j] = back[ROWS][j];
    }
    for (int i = 0; i < ROWS; ++i) {
        for (int j = 0; j < COLS; ++j) {
            temps[i][j] = 0.0;
            for (int k = -1; k <=1 ; ++k) {
                for (int n = -1; n <= 1 ; ++n) {
                    temps[i][j] += back[i+1+k][j+1+n] * filter[k+1][1+n];
                }
            }
        }
    }
    //热点
    for (int i = 0; i< NHOTS; ++i) {
        temps[hotspots[i][0]][hotspots[i][1]] = HOT;
    }
    //冷点
    for (int i = 0; i< NCOLDS; ++i) {
        temps[coldspots[i][0]][coldspots[i][1]] = COLD;
    }
    angle += 1.0;
}
void animate(void){
    //改变数据，显示下一幅图像
    _sleep(10);
    iterationStep();
    glutPostRedisplay();
}
int main(int argc,char *argv[])
{
    glutInit(&argc,argv);
    glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE| GLUT_RGB | GLUT_DEPTH);
    glutInitWindowSize(500,500);
    glutInitWindowPosition(50,50);
    glutCreateWindow("a simple program");
    //定义事件回调函数
    glutDisplayFunc(display);
    glutReshapeFunc(reshape);
    glutIdleFunc(animate);
    //进入事件主循环
    glutMainLoop();
    return 0;
}

上面所用到的OpenGL函数主要有：

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glBegin(xxx):指定由顶点函数定义的几何模型的类型

glClear(parms) : 清除由参数定义的窗口数据

glClearColor(r,g,b,a): 将图形窗口的颜色设为背景颜色

glColor3f(r,g,b): 为后续顶点调用设置RGB值

glEnable(parm): 激活参数定义的性能

glEnd() :几何模型定义区域的结束标记和glBegin()配对使用

glLoadIdentity():将单位矩阵写入由glMatrixMode指定的矩阵中

glPopMatrix() ： 在glMatrixMode指定的当前矩阵栈中，将栈顶的矩阵被glPopMatrix弹出后，该矩阵的值将恢复为最近调用的glPushMatrix栈顶矩阵值

glRoteta(angle,x,y,z): 旋转几何模型，旋转轴的参数为（x,y,z），旋转角度为angle

glScalef(dx,dy,dz): 对几何模型进行缩放

glTranslatef(tx,ty,tz): 顶点坐标加指定值，平移几何模型

glVertex3fv(array): 根据三维矩阵设置几何模型顶点

glViewPort(x,y,width,height):使用整数窗口坐标，指定会在图形的视口尺寸

GLU函数：

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gluLookAt(ex,ey,ez,vx,vy,vz,ux,uy,uz): 通过定义视点位置，视点观察位置和观测向上放心设置环境参数

gluPerspective(fieldofView,aspect,near,far): 基于观察环境参数，给定定义是雨天的四个参数以定义透视投影

GLUT函数:

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glutCreateWindow(title): 创建图形窗口，并给出窗口名

glutDisplayFunc(function): 为显示事件指定回调函数

glutIdleFunc(function): 为空闲事件指定回调函数

glutInit(parms): 根据main函数的部分参数初始化glut系统

glutInitDisplayMode(parms): 设置系统显示模式

glutInitWindowPosition(x,y): 设置窗口左上角顶点的屏幕坐标

glutInitWindowSize(x,y): 在屏幕坐标中设置窗口的宽和高

glutMainLoop(): glut事件处理循环

glutPostRedisplay() : 设置重绘事件，触发再次显示事件

glutReshapeFunct(function): 为改变窗口事件指定回调函数

glutSwapBuffers() : 后台颜色缓存中的内容交换到前台颜色缓存中用于显示

参数：

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GL_COLOR_BUFFER_BIT : 与glClear()一起使用，表明清空颜色缓存

GL_DEPTH_BUFFER_BIT: 与glClear()一起使用，表明清空深度缓存

GL_DEPTH_TEST: 指定使用深度测试

GL_MODEVIEW: 指定使用模视矩阵

GL_QUAD_STRIP :指定所用顶点是连续有序的四边形条带的顶点

GLUT_DEPTH: 指定窗口是哦那个的深度缓存

GLUT_DOUBLE : 指定窗口使用的后台缓存

GLUT_RGB : 指定窗口使用的RGB颜色模型
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