openGl从零开始之基本图元

从本篇开始，会给出一些代码实例，所以要配置好编译环境。

环境配置：vs2012下配置链接http://www.cnblogs.com/dreampursuer/archive/2014/05/27/3754528.html

　　　　　vc++6.0下配置链接http://blog.csdn.net/hbuxiaoshe/article/details/5047564

 

在给出具体的绘图代码之前，先讲解一下创建一个openGl程序窗口的初始化，在上一篇文章里已经介绍了，这里再贴一遍。

void display(void)
{
    //这是我们自己的绘图函数，我们在这里进行具体地绘制。
}

int main(int argc, char** argv)
{
    glutInit(&argc, argv);  //对GLUT进行初始化,必须一开始就初始化
    glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_SINGLE);  //设置显示方式，参数之后再解释
    glutInitWindowPosition(100, 100);  //设置程序窗口在屏幕中的位置
    glutInitWindowSize(400, 400);  //设置程序窗口的大小
    glutCreateWindow("第一个OpenGL程序");  //给程序窗口添加标题

    glutDisplayFunc(&display);  //*调用我们自己的绘图函数来绘制
    glutMainLoop();  //启动消息循环后程序运行起来

    return 0;
}

 

OpenGL的基本图元有点（Point）、线段（Line）、多边形（Ploygon）、三角形（Triangle）、四边形（Quadrangle）。组成关系我想大部分人都能够理解：

　　①无数个“点”的线性排列组成----“线段”

　　②多个“线段”可以围成一个“多边形”

　　③多个“多边形”在三维空间中可以围成“多面体”

有此，可以看出，点是最基本的图元，其他的图元都是由顶点组合构成的，因此我们从点开始介绍。

1、点

在OpenGL中，“点”称为顶点（Vertex），通常用一个形如（x, y, z）的三维坐标值表示。

有时候会采用齐次坐标表示，就是一个形如（x, y, z, w）的四元组，可以这样理解这个四元组，前面的（x,y,z）表示“点”所在的方向，而w表示在该方向上的距离比例，所以（x, y, z, w）表示的实际坐标值就是（x/w, y/w, z/w）坐标点。如果w为0，则表示方向为（x, y, z）的无穷远点；如果w＝10，表示取（x,y,z）的十分之一作为坐标点（x/10,y/10,z/10）。

 

一般情况 下,OpenGL 中的点将被画成单个的像素。实际上点还可以更小，虽然它可能足够小,但并不会是无穷小，一个像素内可以描绘多个点，取决于对点大小的设定，默认一个点的大小为一个像素。

当然我们也可以改变点的大小，函数原型为：

//size 必须大于 0.0f,默认值为 1.0f,单位为“像素”。
//对于具体的 OpenGL 实现,点的大小都有个限度的,如果设置的 size 超过最大值,则设置可能会有问题，一般情况是不在增大。
void glPointSize(GLfloat size);

代码实现画一个点，我们只需要在我们的绘图函数中添加如下代码即可：

void display(void)
{
    glPointSize(5);//在绘制之前要设置要相关参数，这里设置点的大小为5像素
    glBegin(GL_POINTS);
    {
        glVertex2f(0.0f, 0.0f); //OpenGl内的点是齐次坐标的四元组，缺省的z坐标为0.0f，w为1.0f，所以该点为(1, 2, 0, 1)
        glVertex2f(0.0f, 0.5f); //绘制的第二个点
        glVertex2f(0.5f, 0.25f); //绘制的第三个点
    }
    glEnd();

    glFlush();//glFlush，保证前面的OpenGL命令立即执行（而不是让它们在缓冲区中等待）
}

需要注意的是：坐标的值默认是1.0为最大，即屏幕边缘，所以如果大于1，则会超出屏幕，这时候除非改变观察点，否则是看不到的。（0,0）表示在屏幕的中间，也就是坐标系原点。

OpenGL中绘制几何图元，必须使用 glBegain() 和 glEnd() 这一对函数，glBegin() 和 glEnd() 需要成对使用，两者之间是绘图语句。

glBegin()的参数就是需要绘制的图元类型，它决定了在glBegin()和glEnd()之间绘图的点将如何组织成目标图元，如参数为“GL_POINTS”，表示每一个点都是独立的，互不相连的，因此也就绘制出了一个个“点”。

2、线段

线段是由两个顶点连接起来形成的图元。线段间的连接方式有三种：

①独立线段：图元类型参数--GL_LINES

②线段间首尾相连但最终不闭合：折线，图元类型参数--GL_LINE_STRIP

③线段间首尾相连最终封口闭合：图形，图元类型参数--GL_LINE_LOOP

对应的图例：

 

线段代码实例：

void display(void)
{
    /*同样用5个点，画出不同类型的线段组合*/
    //独立线段，5个点能画出2条线段
    glBegin(GL_LINES);
    {
        glVertex2f(-0.8f, -0.5f); 
        glVertex2f(-0.5f, -0.5f);

        glVertex2f(-0.8f, 0.0f); 
        glVertex2f(-0.5f, 0.0f); 

        glVertex2f(-0.8f, 0.5f); //最后的这个点没有与之配对的点，无法连成线段，所以不会被画出来，在独立线段模式下被舍弃
    }
    glEnd();

    //连续不闭合折线，5个点能画出4条线段
    glBegin(GL_LINE_STRIP);
    {
        glVertex2f(-0.3f, -0.5f); //起始点

        //后面的每一个点都会与前一个相连生成一条线段
        glVertex2f(-0.0f, -0.5f);
        glVertex2f(-0.3f, 0.0f); 
        glVertex2f(-0.0f, 0.0f); 
        glVertex2f(-0.3f, 0.5f);
    }
    glEnd();

    //连续闭合折线，5个点能画出5条线段
    glBegin(GL_LINE_LOOP);
    {
        glVertex2f(0.2f, -0.5f); //起始点

        //后面的每一个点都会与前一个相连生成一条线段
        glVertex2f(0.5f, -0.5f);
        glVertex2f(0.2f, 0.0f); 
        glVertex2f(0.5f, 0.0f); 
        //最后一个点不仅与前一个点相连，还与起始点相连，形成闭合
        glVertex2f(0.2f, 0.5f);
    }
    glEnd();

    glFlush();//保证前面的OpenGL命令立即执行（而不是让它们在缓冲区中等待）
}

程序运行示例图：

同样的，直线可以指定宽度：

void glLineWidth(GLfloat width); //width表示线宽，单位：像素

特殊的是线除了直线，还有虚线。可以用虚线连接两个点。

在绘制虚线之前必须先启动“虚线模式”：glEnable(GL_LINE_STIPPLE);

虚线有不同的类型，调节函数如下：

/*
        参数pattern是16位二进制数（0或1），如OxAAAA表示1010101010101010
        从低位开始，每一个二进制位代表一个像素， 1表示用当前颜色绘制一个像素，0表示当前不绘制，只移动一个像素位，中间留下一个像素的空白
        factor是用来调节二进制位0和1代表的像素个数，如果factor为2，则表示遇到二进制1的时候用当前颜色绘制两个像素，0移动两个像素不绘制
*/ 
        void glLineStipple(GLint factor,GLushort pattern);

代码示例:

void display(void)
{
    //开启虚线模式
    glEnable(GL_LINE_STIPPLE);
    //调节虚线类型参数
    glLineStipple(2,0xAAAA);
    //调节线宽
    glLineWidth(3);
    //绘制一条虚线
    glBegin(GL_LINES);
    {
        glVertex2f(0,0);
        glVertex2f(0.5,0.5);
    }
    glEnd();

    glFlush();//保证前面的OpenGL命令立即执行（而不是让它们在缓冲区中等待）
}

程序运行示例：

3、多边形

类似于点组合线段的方式，OpenGL定义的多边形是由多个点连接成线段再围成封闭区域。

多边形有两种：凸多边形（指多边形任意非相邻的两点的连线位于多边形的内部）和凹多边形，但OpenGL中规定的多边形必须是凸多边形。

但有时需要绘制一些凹多边形，通常解决的办法是对它们进行分割，用多个三角形来组合替代。显然，绘制这些三角形时，有些边不应该进行绘制，否则，多边形内部就会出现多余的线框。OpenGL提供的解决办法是通过设置边标志命令glEdgeFlag（）来控制某些边产生绘制，而另外一些边不产生绘制，这里只需知道有这个工能，具体细节待遇到在研究，接下来看重点。

（1）连接方式

<1>按点的定义顺序依次连接：图元类型参数--GL_POLYGON

<2>从第1个点开始，每三个点一组画一个三角形，三角形之间是独立的：图元类型参数--GL_TRIANGLES

<3>从第三个点开始，每点与前面的两个点组合画一个三角形，即线性连续三角形串：图元类型参数--GL_TRIANGLE_STRIP

<4>从第三个点开始，每点与前一个点和第一个点组合画一个三角形，即扇形连续三角形：图元类型参数--GL_TRIANGLE_FAN

对应的图例：

 

四边形的绘制模式和三角形类似。

（2）多边形的正反两面

多边形为什么会有正反面这一说法呢？举个简单的例子。

虽然多边形是二维的，但是我们知道三维物体可以理解为多边形围成的，也就是说在三维空间物体上有二维多边形的存在。

一张“正方形”纸片，如果极限的薄，我们可以认为是一个多边形（正方形），那么纸仍然会存在两面，纸的正反面。更具体一点，如果我们用同大小6张正方形的纸片围成一个正方体，那么正方体的任何一个面都是一个多边形，而且这个多边形是有正反面，朝外的你能看到的部分是正面（假设），那么朝内的看不到的那部分就是反面。同样的道理，OpenGL要区分多边形的正反面。那么到底怎么定义正面或者反面呢？

有一个函数来定义：

glFrontFace(GL_CCW);//设置点序列逆时针方向围成的多边形为正面
glFrontFace(GL_CW); //设置点序列顺时针方向围成的多边形为正面

设置这个的原因是，默认情况下，OpenGL绘制三维物体时两面都会绘制，而实际的时候很多面我们是看不到的，如物体朝内方向的多边形，还有一些物体间遮挡的情况导致有些多边形是不可见的，因此为了提高性能，我们需要剔除这些不必要的绘制。

glEnable(GL_CULL_FACE); //来启动剔除功能
glCullFace(); //参数可以是GL_FRONT、GL_BACK、GL_FRONT_AND_BACK，表示剔除多边形的哪种面，设定后该类型的多边形不绘制

（3）绘制模式

常用的多边形绘制模式有：填充式(默认)、轮廓线式、顶点式和镂空图案填充式。

前三种都是使用glPolygonMode()函数来指定模式，最后一种比较特殊。

void glPolygonMode(GLenum face,GLenum mode);//该函数要求说明是对多边形哪一个面是定face设置模式

画一个多边形，设置不同的绘制模式，看一下效果：

代码：

void myDisplay(void)
{
    //设置点的大小，以便容易观察
    glPointSize(5);

    //设置正面的绘制模式为：填充式，反面不设定则默认为填充式
    glPolygonMode(GL_FRONT,GL_FILL);
    glBegin(GL_POLYGON);
    {
        glVertex2f(0,0);
        glVertex2f(0,0.3);
        glVertex2f(-0.3,0.3);
        glVertex2f(-0.3,0);
    }
    glEnd();

    //设置正面的绘制模式为：轮廓线式
    glPolygonMode(GL_FRONT,GL_LINE);
    glBegin(GL_POLYGON);
    {
        glVertex2f(0.5,0);
        glVertex2f(0.5,0.3);
        glVertex2f(0.2,0.3);
        glVertex2f(0.2,0);
    }
    glEnd();

    //设置正面的绘制模式为：顶点式
    glPolygonMode(GL_FRONT,GL_POINT);
    glBegin(GL_POLYGON);
    {
        glVertex2f(0.9,0);
        glVertex2f(0.9,0.3);
        glVertex2f(0.6,0.3);
        glVertex2f(0.6,0);
    }
    glEnd();

    glFlush();
}

示例图：

关于最后一种镂空图案样式，有点类似于线段中的虚线，这里只不过是针对多边形内部区域进行像素点的绘制与否，来做镂空效果。具体的细节还需查阅资料。

 

以上为基本图元的知识讲解，并给出了针对性的代码实例，在此基础之上会进一步学习更加复杂的图形绘制。