计算机图形学(OpenGL总结)

1、1 主讲人：桂进斌2 参考书 1、OpenGL编程指南（第八版），编程指南（第八版），Dave Shreiner等（李军等译），机械工业出版社，2014年。 2、计算机图形学（第四版），Donald Hearn，电子工业出版社，2014年。3 1、图形软件包 2、用VC+编写OpenGL程序 3、图形变换 4、图元绘制 5、颜色和光照 6、混合、反走样和雾化 7、显示列表、位图和图像 8、纹理映射 9、复杂图形绘制4 1、Direct 3D和DirectX DirectX是微软公司的多媒体应用软件包，Direct 3D是其中的一部分。DirectX支持图形、音响、应用程序安装和设备管理等。 D

2、irect 3D至少支持游戏或其他应用中的12种3D图形效果处理。5 2、Heidi Heidi主要应用于CAD和CAM技术中，如AutoCAD、3D Studio以及3DS MAX。 Heidi是专业性强的软件包，在CAD和CAM领域应用比较广泛，在其它领域如多媒体或游戏软件中应用较少。6 3、OpenGL OpenGL是以SGI公司为首，联合IBM、Intel等8家公司共同制定的3D图形标准。 OpenGL与硬件无关、独立于操作系统、支持网络运行。7 1、OpenGL函数库 基本库 基本库是OpenGL的核心函数库。所有OpenGL操作都可用这些函数来实现。可以在平台之间移植。这些函数以“

3、gl”为前缀。 实用库 实用库建立在基本库的基础之上，目的是为了减轻使用者的编程负担。这些函数以“glu”为前缀。 辅助库 提供窗口管理函数、事件处理函数和简单模型制作函数。这些函数以“aux”为前缀。8 2、帧缓存 在OpenGL中，帧缓存由颜色缓存、深度缓存、模板缓存和累积缓存组成。 颜色缓存：用于存储每个像素点的颜色，包括左前、(左后、右前、右后)和辅助颜色缓存。 深度缓存：用于存储每个像素点的深度值。 模板缓存：用于将作图限制在屏幕中的某些部分。 累积缓存：在RGBA模式中，用于将一系列图像累加成一幅图像。 3、建立OpenGL控制台应用程序（.NET) （4）OpenGL实用程序工具

4、包（OpenGL utility toolkit，GLUT）：glut Windows专用函数 API92022-3-1104、OpenGL中的数据类型中的数据类型 数据类型 内部表示法 定义为C类型 GLbyte 8位整数 signed char GLshort 16位整数 short GLint,GLsizei 32位整数 long GLfloat,GLclampf 32位浮点数 float GLdouble,GLclampd 64位浮点数 double GLubyte,GLboolean 8位无符号整数 unsigned char GLshort 16位无符号整数 unsigned sh

5、ort GLuint,GLenum,GLbitfield 32位无符号整数 unsigned long 2022-3-1115、函数命名约定、函数命名约定OpenGL函数都遵循一个命名约定，即采用以下格式：例如函数glColor3f()，gl表示这个函数来自库gl.h，color表示该函数用于颜色设定，3f表示这个函数采用了三个浮点数参数。 2022-3-1126、OpenGL中的颜色中的颜色在OpenGL中，一种颜色用红、绿、蓝成分的混合来表示，每种成分的值范围是0.0到1.0 。数据类型 红色成分 绿色成分蓝色成分黑 0.0 0.00.0红 1.00.00.0绿 0.0 1.00.0黄 1

6、.0 1.00.0紫 1.0 0.01.0青 0.0 1.01.0深灰 0.25 0.250.25在在WindowsWindows下开发和创建一个下开发和创建一个OpenGLOpenGL程程序的基本步骤：序的基本步骤： 第一步，选择一个编译环境，如第一步，选择一个编译环境，如VC+ 第二步，安装第二步，安装GLUT工具包工具包 第三步，建立一个第三步，建立一个OpenGL工程工程 第四步，编译连接第四步，编译连接 第五步，执行程序第五步，执行程序 OpenGL库和头文件：库和头文件：动态库：动态库：opengl32.dll glu32.dll glut32.dll 放入windowssyste

7、m32目录下静态库：静态库：opengl32.lib glu32.lib glut32.lib放入VC安装目录的LIB目录下头文件：头文件：gl.h glu.h glut.h放入VC安装目录的IncludeGL文件夹下 绝大多数OpenGL程序具有类似的结构，包含下述函数 main(): 定义回调函数 打开一个或多个具有指定属性的窗口 进入事件循环（最后一条可执行语句） init(): 设置状态变量设置状态变量 视图 属性 回调 显示函数 输入和窗口函数 #include / glut.h includes gl.h and glu.h void display() . . . void in

8、it() . . . int main( int argc, char *argv) . . . void display() glClear( GL_COLOR_BUFFER_BIT); / Clear the frame buffer glColor3f( 0.0, 1.0, 0.0); / Set current color to green glBegin( GL_POLYGON); / Draw the triangle glVertex2f( -0.7, -0.7); glVertex2f( 0.7, -0.7); glVertex2f( 0, 0.7); glEnd(); glF

9、lush(); / Force to display the new drawings immediatelyvoid init() glClearColor( 0.0, 0.0, 0.0, 0.0); / Set the clear color to black / Specify the boundaries of the viewing window glMatrixMode(GL_PROJECTION); glLoadIdentity();gluOrtho2D(-1.0, 1.0, -1.0, 1.0); / The para are: (left, right, bottom, to

10、p) glMatrixMode(GL_MODELVIEW);int main( int argc, char *argv) glutInit( &argc, argv); / Initialize GLUT function callings/ Set window size (width, height) in number of pixels glutInitWindowSize( 400, 400); / Set window position, from the left and top of the screen, glutInitWindowPosition( 200, 100);

11、 / in numbers of pixels / Specify a window creation event glutCreateWindow( Green Triangle); / Specify the drawing function that is called when the window glutDisplayFunc( display); / is created or re-drew init(); / Invoke this function for initializationglutMainLoop(); / Enter the event processing

12、loop return 0; / Indicate normal termination / (Required by ANSI C)#include main(int argc 这自动包含了gl.hint argc, char* argv)glutInit(&argc,argv);glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE|GLUT_RGB);glutInitWindowSize(500,500);glutInitWindowPosition(0,0);glutCreateWindow(“简单示例”);定义窗口属性glutCreateWindow( );glutDispl

13、ayFunc(mydisplay);init();显示回调函数glutMainLoop();设置OpenGL状态进入事件循环21 1、投影 void glOrtho(GLdouble left, GLdouble right, GLdouble bottom, GLdouble top, GLdouble zNear, GLdouble zFar); 函数功能：用一个正射投影矩阵右乘当前投影矩阵。 输入参数：裁剪面left,right,bottom,top,zNear,zFar。 输出参数：无 返回值：无 void glOrtho2D(GLdouble left, GLdouble right

14、, GLdouble bottom, GLdouble top);22 正射投影nearfarview directiontopbottomleftright23 正射投影矩阵24 void gluPerspective(GLdouble fovy, GLdouble aspect, GLdouble zNear, GLdouble zFar); 函数功能：设置一个透视投影矩阵。 输入参数：视域的角度fovy,视域宽与高的比率，视点到近和远裁剪面的距离zNear和zFar。 输出参数：无 返回值：无25 void glFrustum(GLdouble left, GLdouble right,

15、 GLdouble bottom, GLdouble top, GLdouble zNear, GLdouble zFar); 函数功能：用一个透视投影矩阵右乘当前投影矩阵。 输入参数：裁剪面left,right,bottom,top,到近和远裁剪面的距离zNear和zFar。 输出参数：无 返回值：无26 透视投影(glFrustum)nearfarleftrightbottomtopview point27 透视投影(glFrustum)矩阵28 2、视区变换 void glViewport(GLint x, GLint y, GLint width, GLint height); 函数功

16、能：在窗口中定义一个视区。 输入参数：视区左下角坐标(x,y),视区的宽width,视区的高height。 输出参数：无 返回值：无29 3、裁剪变换 void glClipPlane(GLenum plane,const GLdouble *equation); 函数功能：定义附加裁剪平面。 输入参数： 参数plane表示裁剪平面索引号GL_CLIP_PLANEi (i取0到到GL_MAX_CLIP_PLANES-1 之间的整数), 参数equation表示三维平面方程Ax+By+Cz+D=0的系数A，B，C和D构成的数组。 输出参数：无 返回值：无30 4、几何变换 void glRota

17、tef,d(TYPE angle, TYPE x, TYPE y, TYPE z); 函数功能：对局部坐标系进行旋转。 输入参数：旋转角度angle,旋转轴方向矢量(x,y,z)。 输出参数：无 返回值：无31 void glTranslatef,d(TYPE x, TYPE y, TYPE z); 函数功能：对局部坐标系进行平移。 输入参数：在坐标轴方向的平移量x,y和z。 输出参数：无 返回值：无 void glScalef,d(TYPE x, TYPE y, TYPE z); 函数功能：对局部坐标系进行缩放。 输入参数：在坐标轴方向的缩放量x,y和z。 输出参数：无 返回值：无32 1、

18、图元定义 void glBegin(GLenun mode); 函数功能：定义图元，图元顶点序列开始。 输入：图元类型 输出：无 返回值：无 void glEnd(void); 函数功能：定义图元，图元顶点序列结束。 输入：无 输出：无 返回值：无33 2、画点 void glPointSize(GLfloat size); 函数功能：定义顶点大小。 输入：顶点大小size,size必须大于0.0,缺省为1.0。 输出：无 返回值：无 void glVertex2,3,4sifdv(TYPE coords); 函数功能：定义顶点。 输入：顶点坐标。 输出：无 返回值：无34 3、画线 void

19、 glLineWidth(GLfloat width); 函数功能：定义线宽。 输入：线宽width,该值必须大于0.0,缺省为1.0。 输出：无 返回值：无 void glLineStipple(GLint factor,GLushort pattern); 函数功能：定义线模式。 输入：factor表示重复次数（1到255）, pattern表示线模式。 输出：无 返回值：无35 4、画多边形 void glPolygonMode(GLenum face,GLenum mode); 函数功能：定义多边形模式。 输入：face表示绘制多边形的哪些面（GL_FRONT,GL_BACK,GL_F

20、RONT_AND_BACK),mode表示面模式（GL_POINT, GL_LINE, GL_FILL)。 输出：无 返回值：无 void glPolygonFace(GLenum mode); 函数功能：定义多边形的正面。 输入：mode表示多边形的哪个面为正面（GL_CCW, GL_CW)。 输出：无 返回值：无36 void glCullFace(GLenum mode); 函数功能：剔除多边形的某些面。 输入：mode表示被剔除的面（GL_FRONT,GL_BACK,GL_FRONT_AND_BACK 。 输出：无 返回值：无 void glPolygonStipple(const G

21、Lubyte *mask); 函数功能：定义填充模式。 输入：mask指向一个32x32位图。 输出：无 返回值：无37 5、实例 图元绘制实例：见pointp.c,lines.c和polys.c glBegin(GLenun mode); mode可能的取值有： GL_POINTS; GL_LINES, GL_LINE_STRIP, GL_LINE_LOOP; GL_TRIANGLES， GL_TRIANGLE_STRIP; GL_QUADS, GL_QUAD_STRIP; GL_POLYGON. 在二维投影下，glRectf可以绘制矩形38 1、绘图颜色 void glClearColor

22、(GLclampf red, GLclampf green, GLclampf blue, GLclampf alpha); 函数功能：设定清颜色缓冲区颜色值。 void glClear(GLbitfield mask); 函数功能：清除指定的缓冲区。39 void glColor3b,f,d,s,i,ub,ui,us(TYPE red, TYPE green, TYPE blue); void glColor4b,f,d,s,i,ub,ui,us(TYPE red, TYPE green, TYPE blue, TYPE alpha); void glColor3b,f,d,s,i,ub,u

23、i,usv(TYPE *v); void glColor4b,f,d,s,i,ub,ui,usv(TYPE *v); 函数功能：指定当前颜色。 void glIndexs,i,f,d(TYPE c); void glIndexs,i,f,dv(TYPE *c); 函数功能：设置当前颜色索引值。40 2、阴影模式 void glShadeMode(GLenum mode); 函数功能：设置阴影模式。 输入参数：阴影模式类型mode。mode取值为GL_FLAT或GL_SMOOTH。当阴影模式为GL_FLAT时，多边形用一个顶点的颜色进行绘制；当阴影模式为GL_SMOOTH时，多边形用各个顶点颜色

24、的插值结果进行绘制。 输出参数：无 返回值：无41 3、材质 void glMateriali,f(GLenum face,Glenum pName, TYPE param); void glMateriali,fv(GLenum face,Glenum pName, TYPE *param); 函数功能：定义当前多边形的材质。 输入参数：参数face表示材质应用于多边形的哪个面(GL_FRONT、GL_BACK或GL_FRONT_AND_BACK)，参数pName表示光线类型(GL_AMBIENT、GL_DIFFUSE、GL_SPECULAR、GL_SHINESS或GL_EMISSION)。

25、参数param表示反射率或镜面反射指数。GL_SHINESS表示镜面反射指数，此时param允许取值范围为0到128。 输出参数：无 返回值：无42 void glColorMaterial(GLenum face, GLenum mode); 函数功能：定义当前多边形的材质。 输入参数：参数face表示材质应用于多边形的哪个面(GL_FRONT、GL_BACK或GL_FRONT_AND_BACK)，参数pName表示光线类型(GL_AMBIENT、GL_DIFFUSE、GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE、GL_SPECULAR、GL_SHINESS或GL_EMISSION) 。参数

26、face缺省为GL_FRONT_AND_BACK，参数pName缺省为GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE。 输出参数：无 返回值：无 void glColor*();43 4、光照 void glLight i,f(GLenum light,Glenum pName, TYPE param); void glLighti,fv(GLenum light,Glenum pName, TYPE *param); 函数功能：创建光源。 输入参数：参数light表示光源编号GL_LIGHTi(i取0到GL_MAX_LIGHTS-1之间的值)，参数pName表示操作类型(GL_AMBIENT、

27、GL_DIFFUSE、GL_SPECULAR、GL_POSITION、GL_SPOT_DIRECTION、GL_SPOT_EXPONEXT、GL_SPOT_CUTOFF或GL_CONST_ATTENUATION)。参数param表示光的强度、 光源位置、衰减因子或其他。 输出参数：无 返回值：无44 5、光照模型 void glLightModeli,f(GLenum pName,TYPE param); void glLightModeli,fv(GLenum pName,TYPE *param); 函数功能：建立光照模型。 输入参数：参数pName表示光照模型的类型(GL_LIGHG_MO

28、DEL_AMBIENT、GL_LIGHT_MODEL_LOCAL_VIEWER或GL_MODEL_TWO_SIDE)。参数param表示要设置的参数值。参数pName取GL_LIGHG_MODEL_AMBIENT时，param表示全局环境光，参数pName取GL_LIGHG_MODEL_LOCAL_VIEWER时，param表示镜面反射光视角的计算方法。 输出参数：无 返回值：无45 6、实例 见matarial.c,colormat.c4647 void glNormal3b,s,i,f,d(TYPE nx, TYPE ny, TYPE nz); void glNormal3 b,s,i,f

29、,d v(const TYPE *v); 函数功能：设置当前法向量。 输入参数：法向量分量或法向量矢量。法向量的方向影响镜面反射光和散射光的强度。 输出参数：无 返回值：无48 1、混合 void glBlendFunc(GLenum sfactor, GLenum dfactor); 函数功能：设置混合因子。 输入参数：参数sfactor和dfactor分别表示混合源因子和混合目标因子。 输出参数：无 返回值：无 结果颜色值 RsSr+RdDr,GsSg+GdDg,BsSb+BdDb,AsSa+AdDa其中Rs,Rd等表示源和目标颜色，Sr,Dr等表示混合因子。各分量的值被截取到0,1.49

30、50515253 2、反走样 void glHint(GLenum target, GLenum mode); 函数功能：设置实现线索。 输入参数：参数target表示行为(GL_POINT_SMOOTH_HINT、 GL_LINE_SMOOTH_HINT、 GL_FOG_HINT、 GL_POLYGON_SMOOTH_HINT)，参数mode表示计算时的首选考虑(GL_FASTEST、GL_NICEST或GL_DONT_CARE)。 输出参数：无 返回值：无54 3、雾化 void glFogi,f(GLenum pName, TYPE param); void glFogi,fv(GLen

31、um pName, TYPE *param); 函数功能：设置混合因子。 输入参数：参数pName表示将要设置的参数类型(GL_FOG_MODE、 GL_FOG_ DENSITY、GL_FOG_START、 GL_FOG_END、 GL_FOG_ COLOR、GL_FOG_INDEX)，参数param表示参数值。当pName为GL_FOG_MODE时，param取值为GL_LINEAR、GL_EXP或GL_EXP2。 输出参数：无 返回值：无5556 例：见alpha.c,aargb.c和fog.c,57 1、显示列表 显示列表为优化绘图性能而设计，尤其是为优化网络应用而设计。OpenGL的显

32、示列表在程序运行过程中是不可修改的。 显示列表的典型 应用 位图和图像：将位图或图像的定义添加到显示列表中，在显示列表编译 (而不是在图形显示)时将数据转换成硬件支持的格式。 光照、材质及光照模型：可将材质定义添加到显示列表中，避免在材质选择时反复计算。 纹理：将纹理定义添加到显示列表中，在显示列表编译 (而不是在图形显示)时将纹理格式转换成硬件支持的格式。 矩阵操作：将计算某些矩阵及其逆矩阵的OpenGL命令添加到显示列表。58 void glNewList(GLuint list, GLenum mode); 函数功能：新建一个显示列表。 输入参数：参数list表示显示列表的名称，参数mo

33、de表示显示列表的状态(GL_COMPILE、 GL_COMPILE_AND_EXECUTE)。 输出参数：无 返回值：无 void glEndList(); 函数功能：显示列表定义结束。 void glCallList(GLuint list); 函数功能：调用显示列表。59 GLuint glGenLists(GLsizei range); 函数功能：新建一组空显示列表。 输入参数：参数range表示将要创建的显示列表的数目。 输出参数：无 返回值：成功时返回最前面一个显示列表的索引值，否则返回0。 GLboolean glIsList(GLuint list); 函数功能：测试显示列表是

34、否存在。 输入参数：参数list表示被测试显示列表的名称。 输出参数：无 返回值：被测试的显示列表存在时返回GL_TRUE，否则返回GL_FALSE。60 例：见list.c61 2、位图 OpenGL提供了位图操作函数。利用这些函数可以实现字符(串)输出。 void glRasterPos2 d,f,i,s(TYPE x, TYPE y); void glRasterPos3 d,f,i,s(TYPE x, TYPE y, TYPE z); void glRasterPos4 d,f,i,s(TYPE x, TYPE y, TYPE z, TYPE w); void glRasterPos2

35、,3,4d,f,i,sv(TYPE *v); 函数功能：指定像素操作的光栅位置。62 void glBitmap(GLsizei width, GLsizei height, GLfloat x, GLfloat y, GLfloat dx, GLfloat dy,const GLubyte *bitmap); 函数功能：绘制位图。 输入参数：参数width,height表示位图按像素表示的宽和高，参数x,y表示位图的左下角(相对于当前光栅位置的)坐标，参数dx,dy表示当前位图画完之后，当前光栅位置在水平和垂直方向的偏移量，参数bitmap表示位图的地址。 输出参数：无 返回值：无。63 g

36、lPixelStorei,f(GLenum pName,TYPE param); 函数功能：设置像素存储模式。 输入参数：参数pName表示存储模式名，参数param为特定存储模式设定的值。 输出参数：无 返回值：无。646566 例：见font.c67 3、图像 在位图中，每个像素点用一位来存储它的信息；在图像中，一个像素点可以用多位来存储它的信息。 图像可以用作纹理图。68 void glReadPixels(GLint x, GLint y, GLsizei width, GLsizei height, GLenum format, GLenum type, GLvoid *pixels

37、); 函数功能：从帧缓存中读取像素块。 输入参数：参数x,y表示像素块左下角的坐标，参数width,height表示像块的宽和高，参数format表示像素数据的格式(GL_RGB、GL_RGBA、GL_RED、GL_GREEN、GL_BLUE、GL_ALPHA、 GL_LUMINANCE_ALPHA、 GL_LUMINANCE、GL_DEPTH_COMPONENT、GL_STENCIL_INDEX、GL_COLOR_INDEX)，参数type表示像素数据的数据类型(GL_UNSIGNED_BYTE、GL_BYTE、GL_BITMAP、GL_UNSIGNED_SHORT、GL_SHORT、GL_

38、UNSIGNED_INT、GL_INT、GL_FLOAT)，参数pixels指向像素数据。 输出参数：无 返回值：无。69 void glDrawPixels(GLsizei width, GLsizei height, GLenum format, GLenum type, GLvoid *pixels); 函数功能：在当前光栅位置绘制像素块。 输入参数：参数width,height表示像块的宽和高，参数format表示像素数据的格式(GL_RGB、GL_RGBA、GL_RED、GL_GREEN、GL_BLUE、GL_ALPHA、 GL_LUMINANCE_ALPHA、 GL_LUMINAN

39、CE、GL_DEPTH_COMPONENT、GL_STENCIL_INDEX、GL_COLOR_INDEX)，参数type表示像素数据的数据类型(GL_UNSIGNED_BYTE、GL_BYTE、BL_BITMAP、GL_UNSIGNED_SHORT、GL_SHORT、GL_UNSIGNED_INT、GL_INT、GL_FLOAT)，参数pixels指向像素数据。 输出参数：无 返回值：无。70 void glCopyPixels(GLint x, GLint y, GLsizei width, GLsizei height, GLenum type); 函数功能：从帧缓存拷贝像素块到当前光栅

40、位置。 输入参数：参数x,y表示像素块左下角的窗口坐标，参数width,height表示像块的宽和高，参数type表示拷贝操作的类型(GL_COLOR、GL_STENCIL、GL_DEPTH) 。 输出参数：无 返回值：无。71 void glPixelZoom(GLfloat xfactor, GLfloat yfactor); 函数功能：在x 和y方向进行缩放。 void glPixelTransferi,f(GLenum pName,TYPE param); 函数功能：设置像素转换模式。 输入参数：参数pName表示像素转换模式名，参数param表示pName要设定的值 。 输出参数：无

41、 返回值：无。72737475 void glPixelMapui,us,fv(GLenum map,GLint mapsize,const TYPE *values); 函数功能：设置像素(转换)映射。 输入参数：参数map表示像素映射表名称，参数mapsize表示映射表的大小，参数values表示mapsize个值对组成的数组。 输出参数：无 返回值：无767778 例：见image.c79808182838485 1、生成和绑定纹理名称 void glGenTextures(GLsizei n,GLuint *textures); 函数功能：生成纹理名称。 输入参数：参数n为纹理名称的数

42、目，参数textures表示被生成的纹理名称构成的数组。 输出参数：无 返回值：无。8687 2、纹理定义 物体表面细节分为两类：一类是表面的颜色纹理，如桌上的木纹；另一类是表面的几何纹理，如凹凸不平的树皮。 简单规则的颜色纹理可用表面细节多边形来模拟；当纹理变得精致复杂时，可采用纹理映射(texture map)技术，即将一幅平面图映射到物体表面上，从而产生物体表面的细节。 纹理是一块矩形区域，可以从图像中读取。可以将纹理映射到非矩形区域。88 纹理映射的基本步骤： 纹理定义 控制颜色 启用纹理映射 指定纹理坐标和几何坐标89 void glTexImage2D(GLenum target,

43、GLint level,GLint internalFormat,GLsizei width, GLsizei height,GLint border, GLenum format, GLenum type,const GLvoid *pixels); 函数功能：定义一个二维纹理图像。 输入参数：参数target为纹理类型，只能是GL_TEXTURE_2D，参数level表示多分率图像的级数，参数internalFormat表示纹理中颜色分量的数目，参数width和height表示图像的宽和高，参数border表示图像边界的大小，参数format表示像素数据的格式，参数type表示像素数据的类型，参数pixels是指向像素数据的指针。 输出参数：无 返回值：无。90 void glTexImage1D(GLenum target,GLint level,GLint internalFormat,GLsizei width, GLsizei height,GLint border, GLenum format, GLenum type,const GL