OpenGL图形软件包.pptx

OpenGL简介简介一、一、OpenGL是什么是什么开放图形库开放图形库OpenGL（Open Graphics Library）是图形硬）是图形硬件的一个软件接口，它实现了各种二维和三维的高级图形件的一个软件接口，它实现了各种二维和三维的高级图形处理技术，是实现逼真的三维效果与建立交互式三维景观处理技术，是实现逼真的三维效果与建立交互式三维景观的强大工具。的强大工具。OpenGL独立于硬件系统和操作系统，可以在各种类型的独立于硬件系统和操作系统，可以在各种类型的计算机、各种操作系统上使用，还可以在网络环境下以客计算机、各种操作系统上使用，还可以在网络环境下以客户户-服务器模式工作，具有很高的可移植性。服务器模式工作，具有很高的可移植性。OpenGL中的图形函数定义为独立于任何程序设计语言的中的图形函数定义为独立于任何程序设计语言的一组规范，在各种编程语言中，如一组规范，在各种编程语言中，如C+、FORTRAN、JAVA等都可以调用等都可以调用OpenGL的库函数。的库函数。OpenGL简介简介一一.OpenGL是什么是什么OpenGL是一套应用程序编程接口是一套应用程序编程接口(Application Programming Interface，API)，借助于，借助于OpenGL编程编程可实现对图形硬件的访问。可实现对图形硬件的访问。OpenGL有两个重要的优点：有两个重要的优点：1、OpenGL非常接近底层硬件，使用非常接近底层硬件，使用OpenGL编写的程编写的程序具有较高的运行效率；序具有较高的运行效率；2、OpenGL易于掌握和使用。易于掌握和使用。OpenGL简介简介【注注】API：在计算机图形学的诸多应用领域，如交互游在计算机图形学的诸多应用领域，如交互游戏、交互网站、戏、交互网站、CAD软件包设计中，应用软件各项功能软件包设计中，应用软件各项功能的实现依赖硬件和底层软件。为避免应用程序所共有的标的实现依赖硬件和底层软件。为避免应用程序所共有的标准功能代码重复编写，也为了程序员在编写代码时不必关准功能代码重复编写，也为了程序员在编写代码时不必关心图形硬件的细节，同时提高应用程序的可移植性，心图形硬件的细节，同时提高应用程序的可移植性，API应运而生。应运而生。API通过一套精心定义的接口函数，实现图形通过一套精心定义的接口函数，实现图形软件与系统的交互。软件与系统的交互。OpenGL简介简介OpenGL API：OpenGL为多种图形硬件所支持，它包含为多种图形硬件所支持，它包含200多个可用于多个可用于构建应用程序的函数。几乎所有的计算机和操作系统中都构建应用程序的函数。几乎所有的计算机和操作系统中都有有OpenGL的相应实现，使用的相应实现，使用OpenGL编写的程序可被移编写的程序可被移植到任何支持该接口的计算机。一个典型的植到任何支持该接口的计算机。一个典型的OpenGL应用应用程序可运行在具有任意实现方式的平台中。程序可运行在具有任意实现方式的平台中。此外，此外，OpenGL具有高度的稳定性。具有高度的稳定性。OpenGL简介简介总结总结OpenGL的优势主要体现在下面三方面：的优势主要体现在下面三方面：1.与与C语言紧密结合语言紧密结合OpenGL命令最初就是用命令最初就是用C语言函数来描述的，对于学过语言函数来描述的，对于学过C语言的人而言，语言的人而言，OpenGL容易理解和掌握的。容易理解和掌握的。2.强大的可移植性强大的可移植性与与DirectX相比较，相比较，OpenGL有更强的可移植性。有更强的可移植性。DirectX基于基于Windows系统，游戏开发还必须基于系统，游戏开发还必须基于XBOX游戏机。游戏机。OpenGL不依赖操作系统，真正做到与硬件无关，与平台不依赖操作系统，真正做到与硬件无关，与平台无关。无关。3.高性能的图形渲染高性能的图形渲染OpenGL是一个工业标准，各显卡厂家无一不对是一个工业标准，各显卡厂家无一不对OpenGL提供强力支持，使得提供强力支持，使得OpenGL得以广泛用于各行业图形软得以广泛用于各行业图形软件的开发。件的开发。OpenGL简介简介二二.OpenGL的主要功能的主要功能1、模型绘制：模型绘制：OpenGL能够绘制点、线和多边形，并利能够绘制点、线和多边形，并利用这些基本图元，几乎可以构造出所有的三维模型。用这些基本图元，几乎可以构造出所有的三维模型。OpenGL还提供球、多面体、茶壶等复杂形体，以及还提供球、多面体、茶壶等复杂形体，以及Bezier、NURBS曲线曲面的绘制函数。曲线曲面的绘制函数。2、模型观察：模型观察：OpenGL提供完备的几何变换函数，使用提供完备的几何变换函数，使用户可以选择三维模型的观察方式户可以选择三维模型的观察方式。3、颜色模式：颜色模式：OpenGL提供两种颜色模式提供两种颜色模式RGBA模模式和颜色索引模式；三维模型着色有平面着色模式式和颜色索引模式；三维模型着色有平面着色模式和光滑着色模式和光滑着色模式。OpenGL简介简介二二.OpenGL的主要功能的主要功能4、光照应用：光照应用：OpenGL依据光线追踪理论，提供依据光线追踪理论，提供多种光多种光源模拟函数，以及模型表面反射特征，即模拟材质源模拟函数，以及模型表面反射特征，即模拟材质属性的函数，能够实现三维场景的光照模拟。属性的函数，能够实现三维场景的光照模拟。5、图形效果增强：图形效果增强：OpenGL提供了一系列增强三维景观提供了一系列增强三维景观图形效果的函数，包括反走样、混合和雾化。图形效果的函数，包括反走样、混合和雾化。6、位图和图像处理：位图和图像处理：OpenGL提供了一系列针对位图和提供了一系列针对位图和图像进行操作的函数。位图和图像的数据均采用像图像进行操作的函数。位图和图像的数据均采用像素矩阵来表示。素矩阵来表示。OpenGL简介简介二二.OpenGL的主要功能的主要功能7、纹理映射：纹理映射：OpenGL提供了一系列纹理映射函数，可提供了一系列纹理映射函数，可以方便的把真实图像贴到景物的多边形上，从而绘以方便的把真实图像贴到景物的多边形上，从而绘制逼真的三维景观。制逼真的三维景观。8、实时动画：实时动画：OpenGL采用双缓存技术实现动画效果。采用双缓存技术实现动画效果。9、交互技术：交互技术：OpenGL提供了方便的三维图形人机交互提供了方便的三维图形人机交互接口，用户通过输入设备可选择和修改三维景观中接口，用户通过输入设备可选择和修改三维景观中物体的方位、观察角度等。物体的方位、观察角度等。OpenGL简介简介三、构建三、构建OpenGL运行环境运行环境1.将将 OpenGL文件文件dll文件夹内的所有文件夹内的所有dll文件复制至系统文件复制至系统的的system32文件夹。如文件夹。如C盘为系统盘的盘为系统盘的Windows XP系统，系统，system32文件夹路径为文件夹路径为“C:WINDOWSsystem32”。2.将将 OpenGL文件文件lib文件夹内的所有文件拷贝到文件夹内的所有文件拷贝到VCLib文件夹内，如文件夹内，如E:SOFTWAREMicrosoft Visual StudioVC98Lib3.将将 OpenGL文件文件include文件夹内的文件夹内的gl拷贝到拷贝到VCinclude文件夹内，例如文件夹内，例如E:SOFTWAREMicrosoft Visual StudioVC98IncludeOpenGL简介简介四四.Visual C+中新建工程的步骤和为运行中新建工程的步骤和为运行OpenGL需作需作的设置的设置1、新建工程的步骤、新建工程的步骤 1）菜单）菜单“文件文件”“新建新建”弹出新建对话框弹出新建对话框 2）选择）选择“Win32 Console Application”，选择存放工程，选择存放工程的目录，为工程文件起一个名字。（如下图）的目录，为工程文件起一个名字。（如下图）OpenGL简介简介OpenGL简介简介3）点击）点击“完成完成”按钮。按钮。OpenGL简介简介4）点菜单）点菜单“文件文件”“新建新建”弹出新建对话框，按下弹出新建对话框，按下图设置后，点确定。图设置后，点确定。OpenGL简介简介2、为运行、为运行OpenGL程序，程序，VC+6.0需要进行的设置：需要进行的设置：1）取得）取得OpenGL编译运行所需文件。编译运行所需文件。2）菜单）菜单“工程工程”“设置设置”“C/C+”选项卡选项卡 “分类分类”下拉框选下拉框选“preprocessor”即即“预处理器预处理器”中填入中填入OpenGL头文件目录的路径。如下图。头文件目录的路径。如下图。OpenGL简介简介OpenGL简介简介3）“Link”选项卡选项卡 “分类分类”下拉框选下拉框选“Input”“对象库模块对象库模块”中增加中增加“opengl.lib”、“glu.lib”、“glut.lib”“附加库路径附加库路径”中填入中填入OpenGL lib文件的目文件的目录路径。如下图。然后点录路径。如下图。然后点“确定确定”按钮。按钮。OpenGL简介简介OpenGL简介简介#pragma comment(lib,opengl32.lib);#pragma comment(lib,glu.lib);#pragma comment(lib,glut.lib);或者在源文件头文件包含之后加上以下三段语句：或者在源文件头文件包含之后加上以下三段语句：OpenGL简介简介五五.OpenGL的基本语法的基本语法 1、相关库、相关库uOpenGL核心库，包含核心库，包含115个最基本的函数，这些函个最基本的函数，这些函数以数以gl为前缀，如：为前缀，如：glColor3f(1.0,1.0,1.0);/用于设定绘图的颜色用于设定绘图的颜色 核心库函数用于常规的、核心的图形处理，如建立核心库函数用于常规的、核心的图形处理，如建立各种几何模型，产生光照效果，进行反走样及投影各种几何模型，产生光照效果，进行反走样及投影变换。变换。OpenGL简介简介五五.OpenGL的基本语法的基本语法 1、相关库、相关库uOpenGL实用程序库，包含实用程序库，包含43个函数，这些函数以个函数，这些函数以glu为为前缀，如：前缀，如：gluOrtho2D(0.0,200.0,0.0,150.0);/设置投影参数设置投影参数 实用程序库的函数用于实现较复杂的操作，如纹理映射、实用程序库的函数用于实现较复杂的操作，如纹理映射、坐标变换、网格化、曲线曲面以及二次函数物体（圆柱、坐标变换、网格化、曲线曲面以及二次函数物体（圆柱、球）的绘制。球）的绘制。OpenGL简介简介五五.OpenGL的基本语法的基本语法 1、相关库、相关库uOpenGL实用程序工具包，包含实用程序工具包，包含30多个函数，以多个函数，以glut为为前缀，如：前缀，如：glutInitWindowPosition(100,120);/设置窗口的位置设置窗口的位置 实用程序工具包主要提供基于窗口的工具，如窗口系统实用程序工具包主要提供基于窗口的工具，如窗口系统的初始化、多窗口管理、菜单管理等。的初始化、多窗口管理、菜单管理等。GLUT库中的窗库中的窗口管理函数不依赖运行环境，因此口管理函数不依赖运行环境，因此GLUT可以在所有的可以在所有的OpenGL平台上运行。平台上运行。OpenGL简介简介五五.OpenGL的基本语法的基本语法 2、命名规则、命名规则OpenGL函数都遵循一个命名约定，通过这个约定可以了解函数都遵循一个命名约定，通过这个约定可以了解函数源于哪个库，需要参数的个数以及参数的类型。函数源于哪个库，需要参数的个数以及参数的类型。命名规则：命名规则：如：如：glColor3f(1.0,1.0,1.0);gl 表示该函数来自核心库表示该函数来自核心库gl.h；Color 函数的根命令，表示该函数用于颜色设定；函数的根命令，表示该函数用于颜色设定；3f 表示该函数有表示该函数有3个浮点类型的参数；个浮点类型的参数；OpenGL简介简介五五.OpenGL的基本语法的基本语法 2、命名规则、命名规则有些函数使用一个或多个符号常量，各常量之间以符号有些函数使用一个或多个符号常量，各常量之间以符号“|”分隔。分隔。OpenGL符号常量均以库前缀的大写形式开头，符号常量均以库前缀的大写形式开头，各个组成词间用下划线分开。各个组成词间用下划线分开。如：如：glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE|GLUT_RGB);GLUT_SINGLE：单缓冲区：单缓冲区GLUT_RGB：颜色模式为：颜色模式为RGBOpenGL简介简介OpenGL数据类型数据类型含义含义定义为定义为C类型类型C字面值后缀字面值后缀GLbyte8位整数signed charBGLshort16位整数shortSGLint，GLsizei32位整数longLGLfloat，GLclampf32位浮点数floatFGLdouble，GLclampd64位浮点数doubleDGLubyte，GLboolean8位无符号整数unsigned charUbGLshort16位无符号整数unsigned shortUsGLuint，GLenum，GLbitfield32位无符号整数unsigned longUi五五.OpenGL的基本语法的基本语法 3、数据类型、数据类型OpenGL定义有自己的数据类型，这些数据类型可以映射为常规的定义有自己的数据类型，这些数据类型可以映射为常规的C语言语言的数据类型的数据类型OpenGL简介简介六六.OpenGL基本程序剖析基本程序剖析（初始化（初始化firstgl.cpp)程序的结构：程序的结构：u头文件包含头文件包含u图形窗口初始化图形窗口初始化init()u绘图显示函数绘图显示函数display()u显示窗口设置函数显示窗口设置函数reshape()u主函数主函数main()OpenGL简介简介利用利用OpenGL绘图，需要引入绘图，需要引入OpenGL核心库以及其他需要核心库以及其他需要使用的库的头文件。由于使用的库的头文件。由于OpenGL没有包含窗口系统，因此没有包含窗口系统，因此还需要引入窗口系统，在还需要引入窗口系统，在windows操作系统下，应包含操作系统下，应包含windows.h文件。文件。#include windows.h#include/本例使用本例使用glut库函数实现窗口管理库函数实现窗口管理六六.OpenGL基本程序剖析基本程序剖析 first.cppu头文件包含头文件包含OpenGL简介简介如果使用如果使用gl或或glu库函数实现窗口管理，则包含语句应写库函数实现窗口管理，则包含语句应写为：为：#include#include六六.OpenGL基本程序剖析基本程序剖析 first.cppu头文件包含头文件包含OpenGL简介简介初始化函数初始化函数init()剖析：剖析：void init(void)glClearColor(0.0,0.0,0.0,0.0);/设置清除颜色设置清除颜色 glShadeModel(GL_FLAT);/设置着色模型，可选择的参数为设置着色模型，可选择的参数为：GL_FLAT：单色着色：单色着色GL_SMOOTH：平滑着色：平滑着色 六六.OpenGL基本程序剖析基本程序剖析 first.cppu图形窗口初始化图形窗口初始化init()OpenGL简介简介void display(void)glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);/清除颜色缓冲区，其效果清除颜色缓冲区，其效果为将整个窗口清除为当前清除颜色为将整个窗口清除为当前清除颜色glBegin(GL_LINE_STRIP);/设置绘制连续直线设置绘制连续直线 glColor3f(1.0,0.0,0.0);/设置绘制颜色，即前景色，颜色参设置绘制颜色，即前景色，颜色参数是比例值，值域数是比例值，值域0,1 glVertex3f(0.25,0.25,0.0);/点坐标点坐标 glVertex3f(0.75,0.75,0.0);glVertex3f(0.75,0.25,0.0);glVertex3f(0.25,0.25,0.0);glEnd();glFlush();/强制之前所发出的强制之前所发出的OpenGL命令开始执行，并保证它们命令开始执行，并保证它们能够在有限的时间内完成。能够在有限的时间内完成。六六.OpenGL基本程序剖析基本程序剖析 first.cppu绘图显示函数绘图显示函数display()OpenGL简介简介【注注】OpenGL常用的混合色常用的混合色混合色混合色红色成分（红色成分（R）绿色成分（绿色成分（G）蓝色成分（蓝色成分（B）黑黑0.00.00.0红红1.00.00.0绿绿0.01.00.0黄黄1.01.00.0蓝蓝0.00.01.0紫紫1.00.01.0青青0.01.01.0深灰深灰0.250.250.25浅灰浅灰0.750.750.75棕棕0.600.400.12南瓜橙南瓜橙0.980.6250.12粉红粉红0.980.040.70紫红紫红0.600.400.70白白1.01.01.0OpenGL简介简介void reshape(int w,int h)glMatrixMode(GL_PROJECTION);/指定投影矩阵为当指定投影矩阵为当前矩阵前矩阵glLoadIdentity();/该函数重置当前指定的矩阵为单位矩阵该函数重置当前指定的矩阵为单位矩阵 gluOrtho2D(0.0,1.0,0.0,1.0);/该函数把原点（该函数把原点（0，0）放）放在最左下角的位置，并设置单位长度。在最左下角的位置，并设置单位长度。六六.OpenGL基本程序剖析基本程序剖析 first.cppu显示窗口设置函数显示窗口设置函数reshape()OpenGL简介简介/*窗口管理窗口管理*/glutInit(&argc,argv);/初始化初始化GLUT并处理命令行参数，应在调用其并处理命令行参数，应在调用其它函数前调用它函数前调用 glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE|GLUT_RGB);/指定使用单缓存指定使用单缓存RGBA颜色模式颜色模式 glutInitWindowSize(640,480);/指定窗口的大小，单位为像素指定窗口的大小，单位为像素 glutInitWindowPosition(100,100);/指定窗口左上角在屏幕上的位置指定窗口左上角在屏幕上的位置 glutCreateWindow(“OpenGL初始化初始化”);/该函数返回一个标识符，唯该函数返回一个标识符，唯一的标识新建的窗口一的标识新建的窗口 init();/调用图形窗口初始化函数调用图形窗口初始化函数六六.OpenGL基本程序剖析基本程序剖析 first.cppu主函数主函数void main(int argc,char*argv)OpenGL简介简介/*回调函数回调函数*/glutReshapeFunc(reshape);/注册重画回调函数注册重画回调函数 glutDisplayFunc(display);/注册显示回调函数注册显示回调函数 glutMainLoop();/进入进入GLUT事件处理循环，让所有与事件处理循环，让所有与“事件事件”有有关的函数调用都无限循环关的函数调用都无限循环。六六.OpenGL基本程序剖析基本程序剖析 first.cppu主函数主函数void main(int argc,char*argv)OpenGL简介简介七、关于坐标系统定义函数的说明：七、关于坐标系统定义函数的说明：OpenGL在绘制最终图形时所使用的坐标系统，决定了图像在绘制最终图形时所使用的坐标系统，决定了图像将如何映射到屏幕上。将如何映射到屏幕上。glOrtho()u 该函数创建了该函数创建了一个正交平行的一个正交平行的三维视景体，与三维视景体，与之相适应的映射之相适应的映射函数中的点坐标函数中的点坐标应该是三维的。应该是三维的。OpenGL简介简介glOrtho()u函数用途：设置或修改修剪空间的范围函数用途：设置或修改修剪空间的范围u句法：句法：void glOrtho(GLdouble left,GLdouble right,GLdouble bottom,GLdouble top,GLdouble near,GLdouble far);说明：说明：这个函数描述了一个平行修剪空间。这种投影意味着离这个函数描述了一个平行修剪空间。这种投影意味着离观察者较远的对象看上去不会变小（与透视投影相反）。在观察者较远的对象看上去不会变小（与透视投影相反）。在3D笛卡尔坐标中想象这个修剪空间，左边和右边是最小和最大的笛卡尔坐标中想象这个修剪空间，左边和右边是最小和最大的X值，上边和下边是最小和最大的值，上边和下边是最小和最大的Y值，近处和远处是最小和最大值，近处和远处是最小和最大的的Z值。值。七、关于坐标系统定义函数的说明：七、关于坐标系统定义函数的说明：OpenGL简介简介以以glOrtho()函数定义坐标系统的代码函数定义坐标系统的代码 glOrtho(0.0,1.0,0.0,1.0,-1.0,1.0);/视景体坐标系大小按比例确定视景体坐标系大小按比例确定 glBegin(GL_POLOYGON);glVertex3f(0.25,0.25,0.0);glVertex3f(0.75,0.25,0.0);glVertex3f(0.75,0.75,0.0);/以比例方式确定视景体中点的位置以比例方式确定视景体中点的位置 glEnd();glFlush();七、关于坐标系统定义函数的说明：七、关于坐标系统定义函数的说明：OpenGL简介简介以以glOrtho()函数定义坐标系统的代码函数定义坐标系统的代码glOrtho(0.0,(GLdouble)w,0.0,(GLdouble)h,-1.0,1.0);/以窗口实际大小定义视景体的坐标系以窗口实际大小定义视景体的坐标系glBegin(GL_POLOYGON);glVertex3f(100.0,100.0,0.0);glVertex3f(500.0,500.0,0.0);glVertex3f(500.0,100.0,0.0);/以坐标值确定点在视景体中的位置以坐标值确定点在视景体中的位置glEnd();glFlush();七、关于坐标系统定义函数的说明：七、关于坐标系统定义函数的说明：OpenGL简介简介如果绘制的图空间本身就是二维的，可以使用如果绘制的图空间本身就是二维的，可以使用gluOrtho2D函数。函数。u句法：句法：void gluOrtho2D（左下角（左下角x坐标，右上角坐标，右上角x坐标，坐标，左下角左下角y坐标，右上角坐标，右上角y坐标）坐标）;u描述：用这个函数描述的平行空间，描述：用这个函数描述的平行空间，near和和far默认为默认为-1和和1，坐标系原点的坐标系原点的Z坐标为坐标为0.0，所以图像相当与映，所以图像相当与映射到射到Z=0的坐标面上。的坐标面上。七、关于坐标系统定义函数的说明：七、关于坐标系统定义函数的说明：OpenGL简介简介【注意注意】以（以（0.0，1.0，0.0，1.0，-1.0，1.0）来定义窗口）来定义窗口坐标的大小容易产生浮点数的溢出。如在坐标的大小容易产生浮点数的溢出。如在glVertex3f()函数中将坐标值设置为函数中将坐标值设置为0.13等数值，会造成计算出的坐等数值，会造成计算出的坐标值超过标值超过float的范围。的范围。七、关于坐标系统定义函数的说明：七、关于坐标系统定义函数的说明：