[游戏开发]opengl编程基础篇

基本名词

图元

图形渲染管道的输入量是几何图元（比如，三角形，点，直线或者四边形），它们都可以通过一个或者若干个几何顶点来描述。OpenGL支持三种类型的几何图元：点，线段和封闭的多边形。它们都是通过顶点来描述。每个顶点都有几个特定的属性，比如位置，颜色，法线和纹理。OpenGL提供了10种图元（如下图）。球体，三维盒子，角锥体都不是图元，它们都是可以通过图元组合生成。

顶点

顶点可以说是用来描述图元的基本单位，三维中，三角形图元需要三个点空间点确认，而这个空间点就是顶点。四边形由四个顶点组成，点图元就使用一个顶点就行。

如上图正方形，由6个四边形图元组成，每个四边形图元又由四个顶点描述。

其他

1. Rendering(渲染)： 把数学和图形数据转换成3D空间图像的操作或指图像。
2. Transformaton(转换)： 把2D下的点连接，使得观察者产生3D的错觉。
3. Projection(投影)： 把3D坐标转换为2D屏幕坐标。
4. Rasterization(光栅化)： 绘制或填充每个定点之间的像素形成线段。在大多数渲染的情况下，我们并不使用线段，而是用实心三角形进行渲染。将每个图元转换为一系列的碎片。我们可以认为一个碎片就是三维空间中的一个像素，同样具有位置，颜色，法线和纹理属性。
5. Shading(着色)： 改变顶点间的表面的颜色值。
6. Shader(着色器)： 在图形硬件上执行的单独程序，用来处理顶点和执行光栅化。
7. Texture Mapping(纹理贴图)： 把图片贴到三角形或多边形上，使3D效果更加显著。
8. Blending(混合)： 把不同颜色混在一起。可以在一个图形中绘制另一个图形，使得效果真实。
9. 顶点处理：对模型的各个顶点进行计算（着色）以及坐标变换

3D图像渲染管道

包括以下几个主要步骤：

1. 顶点处理： 对模型的各个顶点进行计算（着色）以及坐标变换
2. 光栅化： 将每个图元转换为一系列的碎片。我们可以认为一个碎片就是三维空间中的一个像素，同样具有位置，颜色，法线和纹理属性。
3. 碎片处理： 光栅化之后，我们得到一些列的碎片，这个阶段则是对碎片进行处理（着色）
4. 合并输出： 将所有的碎片（3D概念中）转化成二维的颜色像素，最后输出显示到屏幕上

上述步骤中，顶点处理和碎片处理是可编程的。你可以编写顶点着色程序和碎片着色程序，来实现顶点和碎片的自定义运算处理。

一般着色程序使用类似C语言的高级语言编写，比如GLSL（OpenGL Shading Language），HLSL（High-Level Shading Language for Miscrosoft Direct3D），或者Cg（C for Graphics by NVIDIA）。

此外，光栅化和合并输出两个步骤是不可编程的，但是可以配置GPU中处理这两个步骤的一些参数。

opengl接口

可参考文章：https://www.cnblogs.com/linkzijun/p/6196172.html

编程

QT中为我们把OpenGL进行了封装，使用较原生OpenGL简单，除了对OpenGL原生接口的支持，QGLWidget还为OpenGL在多个操作系统平台上的应用进行了浅层封装。

1、在Qt中为OpenGL提供支持的类主要有以下几个：

1. OpenGLWindow
2. QOpenGLWidget
3. QOpenGLFunctions
4. QOpenGLBuffer
5. QGLWidget：用于渲染OpenGL场景的易于使用的Qt部件。
6. QGLColormap：用于在QGLWidget中安装用户自定义的颜色图。
7. QGLContext：封装了用于OpenGL渲染的场景。
8. QGLFormat：指定OpenGL演染场景的显示模式。
9. QGLFrameBufferObject 和 QGLPixelBuffer分别提供了对GL帧缓冲对象和GL像素缓冲的支持。
10. QGLPaintEngine：QPaintEngine的派生类，为QPainter提供了OpenGL绘图引擎。

2、项目文件中添加opengl模块。

QT += opengl

3、有时候编译很多报错，动态库方向的，那就是没有添加对应的动态库，项目文件中添加对应库。

win32:LIBS += -lOpengl32 \
              -lglu32 \
              -lglut

4、在QT中写OpenGL需要继承自QOpenGLWidget，QOpenGLWidget提供了三个虚函数用以重载来实现OpenGL的绘制。

1. initializeGL() 注册函数：
   设置GL的渲染绘制属性、定义显示列表、载入固定纹理等初始化工作。在initializeGL()在调用paintGL()之前只被调用一次，之后不再调用。

2. paintGL() 绘制函数：
   在此使用OpenGL中的接口进行场景绘制，QGLWidget的paintEvent( QPaintEvent* )将会自动调用 paintGL()进行部件的显示绘制。也可在需要重绘时通过updateGL()时调用paintGL()，和paintEvent使用基本相似。

3. resizeGL() 该函数：
   用于处理当部件大小发生改变时，对OpenGL绘图管线各矩阵需要进行的操作。该函数paintGL()第一次调用之前，initializeGL()调用之后被第一次被调用， 之后每当QGLWidget的不见大小发生改变时，都将调用该函数来对视图、投影矩阵等进行相应的设置。

5、绘制一个彩色正方形的opengl代码。

glBegin(GL_QUADS); // of the color cube
 
   // Top-face (v1-0-5-6)
   glColor3f(0.0f, 1.0f, 0.0f); 	// green
   glVertex3f(1.0f, 1.0f, -1.0f);
   glVertex3f(-1.0f, 1.0f, -1.0f);
   glVertex3f(-1.0f, 1.0f, 1.0f);
   glVertex3f(1.0f, 1.0f, 1.0f);
 
   // Bottom-face
   glColor3f(1.0f, 0.5f, 0.0f); // orange
   glVertex3f(1.0f, -1.0f, 1.0f);
   glVertex3f(-1.0f, -1.0f, 1.0f);
   glVertex3f(-1.0f, -1.0f, -1.0f);
   glVertex3f(1.0f, -1.0f, -1.0f);
 
   // Front-face
   glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f); // red
   glVertex3f(1.0f, 1.0f, 1.0f);
   glVertex3f(-1.0f, 1.0f, 1.0f);
   glVertex3f(-1.0f, -1.0f, 1.0f);
   glVertex3f(1.0f, -1.0f, 1.0f);
 
   // Back-face
   glColor3f(1.0f, 1.0f, 0.0f); // yellow
   glVertex3f(1.0f, -1.0f, -1.0f);
   glVertex3f(-1.0f, -1.0f, -1.0f);
   glVertex3f(-1.0f, 1.0f, -1.0f);
   glVertex3f(1.0f, 1.0f, -1.0f);
 
   // Left-face
   glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f); // blue
   glVertex3f(-1.0f, 1.0f, 1.0f);
   glVertex3f(-1.0f, 1.0f, -1.0f);
   glVertex3f(-1.0f, -1.0f, -1.0f);
   glVertex3f(-1.0f, -1.0f, 1.0f);
 
   // Right-face
   glColor3f(1.0f, 0.0f, 1.0f); // magenta
   glVertex3f(1.0f, 1.0f, -1.0f);
   glVertex3f(1.0f, 1.0f, 1.0f);
   glVertex3f(1.0f, -1.0f, 1.0f);
   glVertex3f(1.0f, -1.0f, -1.0f);
 
glEnd(); // of the color cube