OpenGL入门之正方形键位控制

目标

这篇文章要实现的效果主要是，先画出一个正方形，然后通过监听特殊键位函数，并实现相应代码的方式来做到移动这个正方形。

首先附上本篇文章的思维导图。

正方形思维导图.png

一、准备工作

1、环境搭建

1.1 创建项目

首先创建一个Mac App，如图(创建.png)所示

创建.png

并将AppDelegate.h、AppDelegate.m、ViewController.h、ViewController.m、main.m等文件删除，如图(删除.png)所示。

删除.png

再创建一个空文件，并改名为main.cpp或者main.mm。如图（改名.png）

改名.png

1.2 资源库集成

如需下载资源库，可在此百度网盘链接下载，链接永久有效
链接: https://pan.baidu.com/s/1ZtkJyAAkhI2iCC9EDKJHfQ 密码: kgfa

1）添加依赖库OpenGl.framework 和 GLUT.framework，如下图

image.png

1.3 main函数

可以先将如下代码粘贴进main.cpp中。


#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);
    
    
    //2.设置一组浮点数来表示红色
    GLfloat vRed[] = {1.0,0.0,0.0,1.0f};
    
    //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();
    
}

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();
    
    
//    //指定顶点
//    //在OpenGL中，三角形是一种基本的3D图元绘图原素。
//    GLfloat vVerts[] = {
//        -0.5f,0.0f,0.0f,
//        0.5f,0.0f,0.0f,
//        0.0f,0.5f,0.0f
//    };
    
    //图元的连接方式修改为GL_TRIANGLE_FAN ，4个顶点
    triangleBatch.Begin(GL_TRIANGLE_FAN, 4);
    triangleBatch.CopyVertexData3f(vVerts);
    triangleBatch.End();
    
}


int main(int argc,char *argv[])
{
    //设置当前工作目录，针对MAC OS X
    /*
     `GLTools`函数`glSetWorkingDrectory`用来设置当前工作目录。实际上在Windows中是不必要的，因为工作目录默认就是与程序可执行执行程序相同的目录。但是在Mac OS X中，这个程序将当前工作文件夹改为应用程序捆绑包中的`/Resource`文件夹。`GLUT`的优先设定自动进行了这个中设置，但是这样中方法更加安全。
     */
    gltSetWorkingDirectory(argv[0]);
    
    
    //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(600, 800);
    glutInitWindowSize(500, 500);
    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
    glutDisplayFunc(RenderScene);
    
    
    
    /*
     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;
    
}

PS：int main(int argc,char *argv[]) 函数必须实现，否则会抱无入口函数的错误：xcode implicit entry/start for main executable。

至此，一个完整的OpenGL的项目就搭建完成了，跑起来的效果如下图。

image.png

二、正方形绘制与键位控制流程

2.1 初始化

在代码编写之前，首先需要创建一些全局变量。

//批次容器类对象，其中存放了顶点数据，并通过相关方法，承载了顶点数据以及片元着色器的相关操作
GLBatch triangleBatch;
//渲染管理器
GLShaderManager shaderManager;

//顶点到坐标轴的距离
GLfloat blockSize = 0.1f;
//顶点数据
GLfloat vVerts[] = {
    -blockSize,-blockSize,0.f,
    blockSize,-blockSize,0.f,
    blockSize,blockSize,0.f,
    -blockSize,blockSize,0.f
};

//移动图形时，x轴偏移量
GLfloat xPos = 0.f;
//移动图形时，y轴偏移量
GLfloat yPos = 0.f;

2.1.1 main函数

在main.app中，有一个main函数，它是整个程序的入口函数，在该函数中，需要做一些OpenGL的初始化工作。

设置当前目录，该方法针对MAC OS X；

初始化glut库；

初始化双缓冲窗口；

设置glut窗口的大小以及标题；

注册重塑函数，changeSize为重塑函数；

注册渲染函数，RenderScene为渲染函数；

注册特殊函数，SpecialKeys为特殊函数；

调用setupRC() 函数，做准备&设置顶点数据等操作；

开启glutMainLoop。

具体代码如下：

int main(int argc,char *argv[])
{
    //设置当前工作目录，针对MAC OS X
    gltSetWorkingDirectory(argv[0]);
    
    //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(500, 500);
    glutCreateWindow("Triangle");
    //注册重塑函数
    glutReshapeFunc(changeSize);
    //注册显示函数
    glutDisplayFunc(RenderScene);
    //注册特殊函数
   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;
}

2.1.2 setupRC

初始化渲染管理器
如果没有着色器，OpenGL是无法进行工作的，因此，首先初始化一个渲染管理器，目前是使用固定管线做渲染。因此，需要通过思维导图中提到的着色器manager(shaderManager) 初始化渲染管理器。

设置清屏颜色 glClearColor(0.98f, 0.40f, 0.7f, 1);

设置顶点数据

代码如下

void SetupRC()
{
    glClearColor(0.98, 0.34, 0.14, 1);
    
     //初始化shader，固定着色器
    shaderManager.InitializeStockShaders();
    //将顶点数据复制到顶点着色器
    triangleBatch.Begin(GL_TRIANGLE_FAN, 4);
    triangleBatch.CopyVertexData3f(vVerts);
    triangleBatch.End();
}

2.2 RunLoop

2.2.1 重塑方法

该方法在窗口大小改变或者第一次创建窗口的时候会调用，传入窗口的宽度和高度。

//窗口大小改变时接受新的宽度和高度，其中0,0代表窗口中视口的左下角坐标，w，h代表像素
void ChangeSize(int w,int h)
{
    //设置视口
    glViewport(0, 0, w, h);
}

2.2.2 渲染方法

该方法在屏幕发生变化或者用户手动调用的时候，会调用，用来实现数据->渲染的过程。

//开始渲染
void RenderScene(void)
{
    //清空颜色缓冲区、深度缓冲区、模板缓冲区
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT | GL_STENCIL_BUFFER_BIT);
    //设置颜色
    GLfloat vRed[] = {1,0,0,1};
    
    M3DMatrix44f mTransformMatrix;
    //xPos和yPos是顶点的偏移量，mTransformMatrix为结果矩阵，
   //通过 m3dTranslationMatrix44方法及xPos和yPos得出偏移矩阵mTransformMatrix
    m3dTranslationMatrix44(mTransformMatrix, xPos, yPos, 0);
    shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT,mTransformMatrix,vRed);
    triangleBatch.Draw();
    //从缓冲区显示到屏幕
    glutSwapBuffers();
    
}

2.2.3 特殊键位方法

该方法在用户使用特殊键位的时候调用。

void SpecialFunc(int key,  int x, int y) {
    
    
    //复杂的图形  100个顶点之类的   用矩阵
    GLfloat  stepSize = 0.025;
    
    if (key == GLUT_KEY_LEFT) {
        xPos -= stepSize;
    } else if (key == GLUT_KEY_RIGHT) {
        xPos += stepSize;
    } else if (key == GLUT_KEY_UP) {
        yPos += stepSize;
    } else if (key == GLUT_KEY_DOWN) {
        yPos -= stepSize;
    }
    
    if (xPos < -1.f + blockSize) {
        xPos = -1.f + blockSize;
    } else if (xPos > 1.f - blockSize) {
        xPos = 1.f - blockSize;
    }
    
    if (yPos < -1.f + blockSize) {
        yPos = -1.f + blockSize;
    } else if (yPos > 1.f - blockSize) {
        yPos = 1.f - blockSize;
    }
    glutPostRedisplay();
}

最后，附上一张gluMainLoop的监听响应流程图。

流程图.png

完整demo链接

OpenGL入门之 正方形键位控制

目标