【OpenGL Tutorial】Lesson1 基本图形

程序是怎样运行起来的呢？最基本的思想就是我们告知OpenGL每个图形顶点的3D坐标。OpenGL使用标准的x，y坐标系，x水平指向右方，y竖直指向上方。但在3D中我们还需要一个z坐标系，它指向屏幕。

OpenGL是怎样利用3D坐标的呢？它模仿人类眼睛的工作机理，看下面这张图片。

OpenGL在画图前都将所有的3D点转化为一个像素坐标，正如上面这张图片所描述的，它为了将3D点转化为一个像素坐标，其通过将此3D点与眼睛联系，然后会与屏幕有一个焦点，此点就转化为了屏幕上的像素坐标。所以，当OpenGL要画一个三角形的时候，它将3D坐标转化为像素坐标，然后画一个“2D”的三角形。

用户的“眼睛”总位于原点，看向z轴的负方向。当然，OpenGL不会画出任何在“眼睛”后面的图像的。

屏幕离我们的眼睛到底有多远呢？其实这个真的不重要，无聊屏幕离我们有多远，一个给定的3D点都会定位到固定的像素点上，关键是我们眼睛的角度。

关于像素坐标的事情都是上面所说的，但是作为程序员，我们更想看看代码，让我们看看main.cpp吧。

你关注的第一件事就是指明此代码的License，此网站上的所有代码都是免费的，你甚至可以将其应用到商业工程上去。

第二件事就是你会发现代码中有许多注释，虽然有些碍眼，但这是第一节课。后面的课程中的代码注释将会减少。

让我们看一下代码，看看我们是否已经弄懂他们了。

#include <iostream>
#include <stdlib.h> //Needed for "exit" function

//Include OpenGL header files, so that we can use OpenGL
#ifdef __APPLE__
#include <OpenGL/OpenGL.h>
#include <GLUT/glut.h>
#else
#include <GL/glut.h>
#endif

首先，包含我们的头文件。标准C++的头文件。如果我们使用的是MAC，那么我们的程序还需要包含“OpenGL/OpenGL.h”和“GLUT/glut.h”两个头文件；否则我们只包含"GL/glut.h"一个头文件

using namespace std;

这一行代码位于main.cpp的顶端。它仅仅是让我们不用在写代码的过程中写太多的std::

//Called when a key is pressed
void handleKeypress(unsigned char key, //The key that was pressed
					int x, int y) {    //The current mouse coordinates
	switch (key) {
		case 27: //Escape key
			exit(0); //Exit the program
	}
}

这段代码处理用户的键盘触发事件。这段代码所做的就是当用户点击ESC时，程序将会退出。此函数还会传递鼠标坐标的信息，但我们并没有进行处理。

//Initializes 3D rendering
void initRendering() {
	//Makes 3D drawing work when something is in front of something else
	glEnable(GL_DEPTH_TEST);
}

initRendering函数初始化我们的渲染参数。现在，它做的很少。当我们初始化初始化渲染时，我们总是用glEnable(GL_DEPTH_TEST)。此函数表面某物体会出现在已经画过的物体之前，这也是我们希望的。

注意glEnable，就像OpenGL函数一样，它也是gl开头。

//Called when the window is resized
void handleResize(int w, int h) {
	//Tell OpenGL how to convert from coordinates to pixel values
	glViewport(0, 0, w, h);
	
	glMatrixMode(GL_PROJECTION); //Switch to setting the camera perspective
	
	//Set the camera perspective
	glLoadIdentity(); //Reset the camera
	gluPerspective(45.0,                  //The camera angle
				   (double)w / (double)h, //The width-to-height ratio
				   1.0,                   //The near z clipping coordinate
				   200.0);                //The far z clipping coordinate
}

当窗口改变大小的时候，handleResize函数就会被调用。w和h就是新的宽度和高度。handleResize的内容在我们的其他工程中改变很小，我们不需要关系太多。

这里有很多事情需要关注。45.0表示用户的“眼睛可以看到的角度”。1.0指明当物体的z坐标大于-1时，物体无法成像到屏幕上；200.0表示到物体的z坐标小于-200时，也无法成像。

那么，为什么gltPerspective是以“glu”开头的而不是以“gl”开头的那？那是因为技术上面他是GLU（GL Utility）函数。另外还有“gl”和“glu”，有些函数将“glut”作为前缀。其实我们无需但系OpenGL，GLU和GLUT的不同。

//Draws the 3D scene
void drawScene() {
	//Clear information from last draw
	glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

drawScene函数是3D画图真正起作用的地方。首先，我们调用glClear去清除上次我们的画图信息。在大多数OpenGL程序中，我们都这样使用。

        glMatrixMode(GL_MODELVIEW); //Switch to the drawing perspective
	glLoadIdentity(); //Reset the drawing perspective

现在，我们先不去管这两行代码，下一节课我们将讨论到，它们涉及到了转化。

	glBegin(GL_QUADS); //Begin quadrilateral coordinates
	
	//Trapezoid
	glVertex3f(-0.7f, -1.5f, -5.0f);
	glVertex3f(0.7f, -1.5f, -5.0f);
	glVertex3f(0.4f, -0.5f, -5.0f);
	glVertex3f(-0.4f, -0.5f, -5.0f);
	
	glEnd(); //End quadrilateral coordinates

这里我们开始了程序的主要部分。这部分画了一个梯形，我们调用glBegin(GL_QUADS)告诉OpenGL我们要画一个四边形，之后我们调用glVertex3f函数标定了4个3D坐标。当我们调用glVertex3f时，我们将3个浮点型值输入。当我们画完一个四边形的时，我们调用glEnd()。注意glBegin和glEnd必须配对。

在左右顶点坐标数值后的f都是强制编译器将其视为浮点型。技术上我并不觉得这样做有必要，但写代码时还是继续在做。

        glBegin(GL_TRIANGLES); //Begin triangle coordinates
	
	//Pentagon
	glVertex3f(0.5f, 0.5f, -5.0f);
	glVertex3f(1.5f, 0.5f, -5.0f);
	glVertex3f(0.5f, 1.0f, -5.0f);
	
	glVertex3f(0.5f, 1.0f, -5.0f);
	glVertex3f(1.5f, 0.5f, -5.0f);
	glVertex3f(1.5f, 1.0f, -5.0f);
	
	glVertex3f(0.5f, 1.0f, -5.0f);
	glVertex3f(1.5f, 1.0f, -5.0f);
	glVertex3f(1.0f, 1.5f, -5.0f);

现在，我们开始画五角星，我们将五角星分成3个三角形，这样对OpenGL来说更加直观。我们通过调用glBegin(GL_TRIANGLES)来向OpenGL说明我们要开始画三角形了，之后我们填入三角形的坐标。

OpenGL会自动将三个坐标组成一组，每一组构成一个三角形。

	//Triangle
	glVertex3f(-0.5f, 0.5f, -5.0f);
	glVertex3f(-1.0f, 1.5f, -5.0f);
	glVertex3f(-1.5f, 0.5f, -5.0f);

最后，我们再画一个三角形。我们并没有调用glEnd()来告知OpenGL我们已经画完了，所以我们可以再画一个三角形。

	glEnd(); //End triangle coordinates

我们已经画完三角形了，所以可以调用glEnd()。

其实我们可以通过调用四次glBegin()和glEnd()函数来画出四个三角形，但这样效率会很低，我们不应当这样做。

除了GL_TRIANGLES和GL_QUADS，我们还可以像更多其它的参数，但这两个变量是最常用的。

	glutSwapBuffers(); //Send the 3D scene to the screen
}

这段代码使OpenGL将结果显示在屏幕上，我们画完图基本上都要调用此代码。

int main(int argc, char** argv) {
	//Initialize GLUT
	glutInit(&argc, argv);
	glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB | GLUT_DEPTH);
	glutInitWindowSize(400, 400); //Set the window size
	
	//Create the window
	glutCreateWindow("Basic Shapes - videotutorialsrock.com");
	initRendering(); //Initialize rendering

这是程序的主功能，我们一开始初始化GLUT，一些相似的东西将会在我们的程序中出现，我们不需要关心它们。当调用glutInitWindowSize(400,400)，我们指明窗口的大小是400×400的，当我们调用glutCreateWindow函数，我们告知窗口的名称。initRendering函数则是我们上面介绍的初始化渲染的函数。

	//Set handler functions for drawing, keypresses, and window resizes
	glutDisplayFunc(drawScene);
	glutKeyboardFunc(handleKeypress);
	glutReshapeFunc(handleResize);

现在我们将原来写的处理按键、画图和屏幕改变的函数指针赋值给GLUT，有一件是必须注意：在drawScene之外我们不能调用任何的画图的代码。

	glutMainLoop(); //Start the main loop.  glutMainLoop doesn't return.
	return 0; //This line is never reached
}

最后我们调用glutMainLoop，此函数告知GLUT做它该做的事情。