一、OpenGL簡介
眾所周知，OpenGL原先是Silicon Graphics Incorporated（SGI公司）在他們的圖形工作站上開發高質量圖像的接口。但最近幾年它成為一個非常優秀的開放式三維圖形接口。實際上它是圖形軟件和硬件的接口，它包括有120多個圖形函數，"GL"是"GRAPHIC LIBRARY"的縮寫，意思是“圖形庫”。OpenGL的出現使大多數的程序員能夠在PC機上用C語言開發復雜的三維圖形。微軟在Visual C++ 5中已提供了三個OpenGL的函數庫(glu32.lib, glau.lib,OpenGL32.lib)，可以使我們方便地編程，簡單、快速地生成美觀、漂亮的圖形。例如，Windows NT中的屏幕保護程序中的花籃和迷宮等都給人們留下了深刻的印象。
二、生成OpenGL程序的基本步驟和條件
本文將給出一個例子，這個例子是一個用OpenGL顯示圖像的Windows程序，通過這個程序我們也可以知道用OpenGL編程的基本要求。我們知道，GDI是通過設備句柄（Device Context以下簡稱"DC"）來繪圖，而OpenGL則需要繪制環境（Rendering Context，以下簡稱"RC"）。每一個GDI命令需要傳給它一個DC，與GDI不同，OpenGL使用當前繪制環境(RC)。一旦在一個線程中指定了一個當前RC，所有在此線程中的OpenGL命令都使用相同的當前RC。雖然在單一窗口中可以使用多個RC，但在單一線程中只有一個當前RC。本例將首先產生一個OpenGL RC并使之成為當前RC，分為三個步驟：設置窗口像素格式；產生RC；設置為當前RC。
1、首先創建工程
用AppWizard產生一個EXE文件，選擇工程目錄，并在工程名字中輸入"GLSample1"，保持其他的不變；第一步、選單文檔(SDI)；第二步、不支持數據庫；第三步、不支持OLE；第四步、不選中浮動工具條、開始狀態條、打印和預覽支持、幫助支持的復選框（選中也可以，本文只是說明最小要求），選中三維控制(3D Controls)；第五步、選中產生源文件注釋并使用MFC為共享動態庫；第六步、保持缺省選擇。按Finish結束，工程創建完畢，如圖1所示。
�。▓D注vc-1） 圖1
2、將此工程所需的OpenGL文件 和庫加入到工程中
在工程菜單中，選擇"Build"下的"Settings"項。單擊"Link"標簽，選擇"General"目錄，在Object/Library Modules的編輯框中輸入"OpenGL32.lib glu32.lib glaux.lib"（注意，輸入雙引號中的內容，各個庫用空格分開；否則會出現鏈接錯誤），選擇"OK"結束。然后打開文件"stdafx.h"，將下列語句插入到文件中（劃下劃線的語句為所加語句）：
#define VC_EXTRALEAN // Exclude rarely-used stuff from Windows headers
#include <afxwin.h> // MFC core and standard components
#include <afxext.h> // MFC extensions
#include <gl\gl.h>
#include <gl\glu.h>
#ifndef _AFX_NO_AFXCMN_SUPPORT
#include <afxcmn.h> // MFC support for Windows 95 Common Controls
#endif // _AFX_NO_AFXCMN_SUPPORT
3、改寫OnPreCreate函數并給視 類添加成員函數和成員變量
OpenGL需要窗口加上WS_CLIPCHILDREN（創建父窗口使用的Windows風格，用于重繪時裁剪子窗口所覆蓋的區域）和 WS_CLIPSIBLINGS（創建子窗口使用的Windows風格，用于重繪時剪裁其他子窗口所覆蓋的區域）風格。把OnPreCreate改寫成如下所示：
BOOL CGLSample1View::PreCr- eateWindow(CREATESTRUCT& cs)
{
cs.style |= (WS_CLIPCHI- LDREN | WS_CLIPSIBLINGS);
return CView::PreCreate- Window(cs);
}
產生一個RC的第一步是定義窗口的像素格式。像素格式決定窗口著所顯示的圖形在內存中是如何表示的。由像素格式控制的參數包括：顏色深度、緩沖模式和所支持的繪畫接口。在下面將有對這些參數的設置。我們先在CGLSample1View的類中添加一個保護型的成員函數BOOL SetWindowPixel-Format(HDC hDC)（用鼠標右鍵添加），并編輯其中的代碼，見程序1。
BOOL CGLSample1View::SetWindowPixelFormat(HDC hDC)
{
PIXELFORMATDESCRIPTOR pixelDesc;
pixelDesc.nSize = sizeof(PIXELFORMATDESCRIPTOR);
pixelDesc.nVersion = 1;
pixelDesc.dwFlags = PFD_DRAW_TO_WINDOW |
PFD_DRAW_TO_BITMAP |
PFD_SUPPORT_OpenGL |
PFD_SUPPORT_GDI |
PFD_STEREO_DONTCARE;
pixelDesc.iPixelType = PFD_TYPE_RGBA;
pixelDesc.cColorBits = 32;
pixelDesc.cRedBits = 8;
pixelDesc.cRedShift = 16;
pixelDesc.cGreenBits = 8;
pixelDesc.cGreenShift = 8;
pixelDesc.cBlueBits = 8;
pixelDesc.cBlueShift = 0;
pixelDesc.cAlphaBits = 0;
pixelDesc.cAlphaShift = 0;
pixelDesc.cAccumBits = 64;
pixelDesc.cAccumRedBits = 16;
pixelDesc.cAccumGreenBits = 16;
pixelDesc.cAccumBlueBits = 16;
pixelDesc.cAccumAlphaBits = 0;
pixelDesc.cDepthBits = 32;
pixelDesc.cStencilBits = 8;
pixelDesc.cAuxBuffers = 0;
pixelDesc.iLayerType = PFD_MAIN_PLANE;
pixelDesc.bReserved = 0;
pixelDesc.dwLayerMask = 0;
pixelDesc.dwVisibleMask = 0;
pixelDesc.dwDamageMask = 0;
m_GLPixelIndex = ChoosePixelFormat( hDC, &pixelDesc);
if (m_GLPixelIndex==0) // Let's choose a default index.
{ m_GLPixelIndex = 1;
if (DescribePixelFormat(hDC, m_GLPixelIndex,
sizeof(PIXELFORMATDESCRIPTOR), &pixelDesc)==0)
{ return FALSE;
}
}
if (SetPixelFormat( hDC, m_GLPixelIndex, &pixelDesc)==FALSE)
{ return FALSE;
}
return TRUE;
}
接著用鼠標右鍵在CGLSample1View中添加保護型的成員變量：
int m_GLPixelIndex;
4、用ClassWizard添加WM_CREATE的消息處理函數OnCreate
添加OnCreate函數后如程序1所示。
至此，OpenGL工程的基本框架就建好了。但如果你現在運行此工程，則它與一般的MFC程序看起來沒有什么兩樣。
5、代碼解釋
現在我們可以看一看Describe-PixelFormat提供有哪幾種像素格式，并對代碼進行一些解釋：
PIXELFORMATDESCRIPTOR包括了定義像素格式的全部信息。
DWFlags定義了與像素格式兼容的設備和接口。
通常的OpenGL發行版本并不包括所有的標志(flag)。wFlags能接收以下標志：
PFD_DRAW_TO_WINDOW 使之能在窗口或者其他設備窗口畫圖；
PFD_DRAW_TO_BITMAP 使之能在內存中的位圖畫圖；
PFD_SUPPORT_GDI 使之能調用GDI函數（注：如果指定了PFD_DOUBLEBUFFER，這個選項將無效）；
PFD_SUPPORT_OpenGL 使之能調用OpenGL函數；
PFD_GENERIC_FORMAT 假如這種象素格式由Windows GDI函數庫或由第三方硬件設備驅動程序支持，則需指定這一項；
PFD_NEED_PALETTE 告訴緩沖區是否需要調色板，本程序假設顏色是使用24或 32位色，并且不會覆蓋調色板；
PFD_NEED_SYSTEM_PALETTE 這個標志指明緩沖區是否把系統調色板當作它自身調色板的一部分；
PFD_DOUBLEBUFFER 指明使用了雙緩沖區（注：GDI不能在使用了雙緩沖區的窗口中畫圖）；
PFD_STEREO 指明左、右緩沖區是否按立體圖像來組織。
PixelType定義顯示顏色的方法。PFD_TYPE_RGBA意味著每一位(bit)組代表著紅、綠、藍各分量的值。PFD_TYPE_COLORINDEX 意味著每一位組代表著在彩色查找表中的索引值。本例都是采用了PFD_TYPE_RGBA方式。
● cColorBits定義了指定一個顏色的位數。對RGBA來說，位數是在顏色中紅、綠、藍各分量所占的位數。對顏色的索引值來說，指的是表中的顏色數。
● cRedBits、cGreenBits、cBlue-Bits、cAlphaBits用來表明各相應分量所使用的位數。
● cRedShift、cGreenShift、cBlue-Shift、cAlphaShift用來表明各分量從顏色開始的偏移量所占的位數。
一旦初始化完我們的結構，我們就想知道與要求最相近的系統象素格式。我們可以這樣做：
m_hGLPixelIndex = ChoosePixelFormat(hDC, &pixelDesc);
ChoosePixelFormat接受兩個參數：一個是hDc，另一個是一個指向PIXELFORMATDESCRIPTOR結構的指針&pixelDesc；該函數返回此像素格式的索引值。如果返回0則表示失敗。假如函數失敗，我們只是把索引值設為1并用DescribePixelFormat得到像素格式描述。假如你申請一個沒得到支持的像素格式，則Choose-PixelFormat將會返回與你要求的像素格式最接近的一個值。一旦我們得到一個像素格式的索引值和相應的描述，我們就可以調用SetPixelFormat設置像素格式，并且只需設置一次。
現在像素格式已經設定，我們下一步工作是產生繪制環境(RC)并使之成為當前繪制環境。在CGLSample1View中加入一個保護型的成員函數BOOL CreateViewGLContext(HDC hDC)，使之如下所示：
BOOL CGLSample1View::CreateView GLContext(HDC hDC)
{ m_hGLContext = wglCreate Context(hDC);//用當前DC產生繪制環境(RC)
if (m_hGLContext == NULL)
{ return FALSE;
}
if (wglMakeCurrent(hDC, m_hGLContext)==FALSE)
{ return FALSE;
}
return TRUE;
}
并加入一個保護型的成員變量HGLRC m_hGLContext；HGLRC是一個指向rendering context的句柄。
在OnCreate函數中調用此函數：
int CGLSample1View::OnCreate (LPCREATESTRUCT lpCreateStruct)
{
if (CView::OnCreate(lpCreateS truct) == -1)
return -1;
HWND hWnd = GetSafeHwnd();
HDC hDC = ::GetDC(hWnd);
if (SetWindowPixelFormat (hDC)==FALSE)
return 0;
if (CreateViewGLContext (hDC)==FALSE)
return 0;
return 0;
}
添加WM_DESTROY的消息處理函數Ondestroy( )，使之如下所示：
void CGLSample1View::OnDestroy()
{
if(wglGetCurrentContext()!=NULL)
{ // make the rendering context not current
wglMakeCurrent(NULL, NULL) ;
}
if (m_hGLContext!=NULL)
{ wglDeleteContext(m_hGLContext);
m_hGLContext = NULL;
}
// Now the associated DC can be released.
CView::OnDestroy();
}
最后，編輯CGLSample1View的構造函數，使之如下所示：
CGLTutor1View::CGLTutor1View()
{ m_hGLContext = NULL;
m_GLPixelIndex = 0;
}
至此，我們已經構造好了框架，使程序可以利用OpenGL進行畫圖了。你可能已經注意到了，我們在程序開頭產生了一個RC，自始自終都使用它。這與大多數的GDI程序不同。在GDI程序中，DC在需要時才產生，并且是畫完立刻釋放掉。實際上，RC也可以這樣做；但要記住，產生一個RC需要很多處理器時間。因此，要想獲得高性能流暢的圖像和圖形，最好只產生RC一次，并始終用它，直到程序結束。
CreateViewGLContex產生RC并使之成為當前RC。WglCreateContext返回一個RC的句柄。在你調用CreateViewGLContex之前，你必須用SetWindowPixelFormat(hDC)將與設備相關的像素格式設置好。wglMakeCurrent將RC設置成當前RC。傳入此函數的DC不一定就是你產生RC的那個DC，但二者的設備句柄(Device Context)和像素格式必須一致。假如你在調用wglMakeforCurrent之前已經有另外一個RC存在，wglMakeforCurrent就會把舊的RC沖掉，并將新RC設置為當前RC。另外你可以用wglMakeCurrent(NULL, NULL)來消除當前RC。
我們要在OnDestroy中把繪制環境刪除掉。但在刪除RC之前，必須確定它不是當前句柄。我們是通過wglGetCurrentContext來了解是否存在一個當前繪制環境的。假如存在，那么用wglMakeCurrent(NULL, NULL)來把它去掉。然后就可以通過wglDelete-Context來刪除RC了。這時允許視類刪除DC才是安全的。注：一般來說，使用的都是單線程的程序，產生的RC就是線程當前的RC，不需要關注上述這一點。但如果使用的是多線程的程序，那我們就特別需要注意這一點了，否則會出現意想不到的后果。
三、實例
下面給出一個簡單的二維圖形的例子（這個例子都是以上述設置為基礎的）。
用Classwizard為CGLSample2view添加WMSIZE的消息處理函數OnSize，使之如程序2所示。
�。▓D注getpwd2） 圖2
用Classwizard為CGLSample2view添加WM_PAINT的消息處理函數OnPaint，使之如程序3所示。
這個程序的運行結果是黑色背景下的一個絢麗多彩的三角形（如圖2所示）。這里你可以看到用OpenGL繪制圖形非常容易，只需要幾條簡單的語句就能實現強大的功能。如果你縮放窗口，三角形也會跟著縮放。這是因為OnSize通過glViewport(0, 0, width, height)定義了視口和視口坐標。glViewport的第一、二個參數是視口左下角的像素坐標，第三、四個參數是視口的寬度和高度。
OnSize中的glMatrixMode是用來設置矩陣模式的，它有三個選項：GL_MODELVIEW、GL_PROJECTION、GL_TEXTURE。GL_MODELVIEW表示從實體坐標系轉到人眼坐標系。GL_PROJECTION表示從人眼坐標系轉到剪裁坐標系。GL_TEXTURE表示從定義紋理的坐標系到粘貼紋理的坐標系的變換。
glLoadIdentity初始化工程矩陣(project matrix)；gluOrtho2D把工程矩陣設置成顯示一個二維直角顯示區域。
這里我們有必要說一下OpenGL命令的命名原則。大多數OpenGL命令都是以"gl"開頭的。也有一些是以"glu"開頭的，它們來自OpenGL Utility。大多數"gl"命令在名字中定義了變量的類型并執行相應的操作。例如：glVertex2f就是定義了一個頂點，參數變量為兩個浮點數，分別代表這個頂點的x、y坐標。類似的還有glVertex2d、glVertex2f、glVertex3I、glVertex3s、glVertex2sv、glVertex3dv……等函數。
那么，怎樣畫三角形呢？我們首先調用glColor4f(1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f)，把紅、綠、藍分量分別指定為1、0、0。然后我們用glVertex2f(100.0f, 50.0f)在(100，50)處定義一個點。依次，我們在(450，400)處定義綠點，在(450，50)處定義藍點。然后我們用glEnd結束畫三角形。但此時三角形還沒畫出來，這些命令還只是在緩沖區里，直到你調用glFlush函數，由glFlush觸發這些命令的執行。OpenGL自動改變三角形頂點間的顏色值，使之絢麗多彩。
還可通過glBegin再產生新的圖形。glBegin(GLenum mode)參數有：
GL_POINTS,GL_LINES, GL_LINE_STRIP,GL_LINE_LOOP, GL_TRIANGLES,GL_TRIANGLE_STRIP, GL_TRIANGLE_FAN,GL_QUADS, GL_QUAD_STRIP, GL_POLYGON
在glBegin和glEnd之間的有效函數有:
glVertex,glColor,glIndex, glNormal,glTexCoord, glEvalCoord,glEvalPoint, glMaterial, glEdgeFlag
四、OpenGL編程小結
1、如果要響應WM_SIZE消息，則一定要設置視口和矩陣模式。
2、盡量把你全部的畫圖工作在響應WM_PAINT消息時完成。
3、產生一個繪制環境要耗費大量的CPU時間，所以最好在程序中只產生一次，直到程序結束。
4、盡量把你的畫圖命令封裝在文檔類中，這樣你就可以在不同的視類中使用相同的文檔，節省你編程的工作量。
5、glBegin和glEnd一定要成對出現，這之間是對圖元的繪制語句。
glPushMatrix()和glPopMatrix()也一定要成對出現。glPushMatrix()把當前的矩陣拷貝到棧中。當我們調用glPopMatrix時，最后壓入棧的矩陣恢復為當前矩陣。使用glPushMatrix()可以精確地把當前矩陣保存下來，并用glPopMatrix把它恢復出來。這樣我們就可以使用這個技術相對某個物體放置其他物體。例如下列語句只使用一個矩陣，就能產生兩個矩形，并將它們成一定角度擺放。
glPushMatrix();
glTranslated( m_transX, m_transY, 0);
glRotated( m_angle1, 0, 0, 1);
glPushMatrix();
glTranslated( 90, 0, 0);
glRotated( m_angle2, 0, 0, 1);
glColor4f(0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f);
glCallList(ArmPart);//ArmPart 且桓鼉卣竺
glPopMatrix();
glColor4f(1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
glCallList(ArmPart);
glPopMatrix();
6、 解決屏幕的閃爍問題。我們知道，在窗口中拖動一個圖形的時候，由于邊畫邊顯示，會出現閃爍的現象。在GDI中解決這個問題較為復雜，通過在內存中生成一個內存DC，繪畫時讓畫筆在內存DC中畫，畫完后一次用Bitblt將內存DC“貼”到顯示器上，就可解決閃爍的問題。在OpenGL中，我們是通過雙緩存來解決這個問題的。一般來說，雙緩存在圖形工作軟件中是很普遍的。雙緩存是兩個緩存，一個前臺緩存、一個后臺緩存。繪圖先在后臺緩存中畫，畫完后，交換到前臺緩存，這樣就不會有閃爍現象了。通過以下步驟可以很容易地解決這個問題：
1) 要注意，GDI命令是沒有設計雙緩存的。我們首先把使用InvalidateRect(null)的地方改成InvalidateRect(NULL,FALSE)。這樣做是使GDI的重畫命令失效，由OpenGL的命令進行重畫；
2) 將像素格式定義成支持雙緩存的（注：PFD_DOUBLEBUFFER和PFD_SUPPORT_GDI只能取一個，兩者相互沖突）。
pixelDesc.dwFlags =
PFD_DRAW_TO_WINDOW |
PFD_SUPPORT_OPENGL |
PFD_DOUBLEBUFFER |
PFD_STEREO_DONTCARE;
3) 我們得告訴OpenGL在后臺緩存中畫圖，在視類的OnSize()的最后一行加入：glDrawBuffer (GL_BACK)；
4) 最后我們得把后臺緩存的內容換到前臺緩存中，在視類的OnPaint()的最后一行加入：SwapBuffers(dc.m_ ps.hdc)。
7、生成簡單的三維圖形。我們知道，三維和二維的坐標系統不同，三維的圖形比二維的圖形多一個z坐標。我們在生成簡單的二維圖形時，用的是gluOrtho2D；我們在生成三維圖形時，需要兩個遠近裁剪平面，以生成透視效果。實際上，二維圖形只是視線的近裁剪平面z= -1，遠裁剪平面z=1；這樣z坐標始終當作0，兩者沒有本質的差別。
在上述基礎之上，我們只做簡單的變化，就可以生成三維物體。
1) 首先，在OnSize()中，把gluOrtho2D(0.0, 500.0*aspect,0.0, 500.0)換成gluPerspective(60, aspect, 1, 10.0)；這樣就實現了三維透視坐標系的設置。該語句說明了視點在原點，透視角是60度，近裁剪面在z=1處，遠裁剪面在z=10.0處。
2) 在RenderScene()中生成三維圖形；實際上，它是由多邊形組成的。下面就是一個三維多邊形的例子：
glMaterialfv(GL_FRONT_AND_BACK, GL_AMBIENT, RedSurface)
glBegin(GL_POLYGON);
glNormal3d( 1.0, 0.0, 0.0);
glVertex3d( 1.0, 1.0, 1.0);
glVertex3d( 1.0, -1.0, 1.0);
glVertex3d( 1.0, -1.0, -1.0);
glVertex3d( 1.0, 1.0, -1.0);
glEnd();
3) 我們使用glMaterialfv(GL_ FRONT_AND_BACK, GL_AMBIENT, RedSurface)這個函數來定義多邊形的表面屬性，為每一個平面的前后面設置環境顏色。當然，我們得定義光照模型，這只需在OnSize()的最后加上glEnable(GL_LIGHTING)；RedSufFace是一個顏色分量數組，例如：RedSufFace[] ={1.0f,0.0f,0.0f}；要定義某個平面的環境顏色，只需把glMaterialfv加在平面的定義前面即可，如上例所示。
4) Z緩沖區的問題：要使三維物體顯得更流暢，前后各面的空間關系正確，一定得使用Z緩沖技術；否則，前后各面的位置就會相互重疊，不能正確顯示。Z緩沖區存儲物體每一個點的值，這個值表明此點離人眼的距離。Z緩沖需要占用大量的內存和CPU時間。啟用Z緩沖只需在OnSize()的最后加上glEnable(GL_DEPTH_TEST)；要記�。涸诿看沃乩L之前，應使用glClear(GL_DEPTH_BUFFER_BIT)語句清空Z緩沖區。
5) 現在已經可以正確地生成三維物體了，但還需要美化，可以使物體顯得更明亮一些。我們用glLightfv函數定義光源的屬性值。下例就定義了一個光源：
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT,LightAmbient);
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, LightDiffuse);
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, LightSpecular);
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, LightPosition);
glEnable(GL_LIGHT0);
GL_LIGHT0是光源的標識號，標識號由GL_LIGHTi組成(i從0到GL_MAX_LIGHTS)。 GL_AMBIENT、GL_DIFFUSE、GL_SPECULAR、GL_POSITION分別定義光源的周圍顏色強度、光源的散射強度、光源的鏡面反射強度和光源的位置。
本文例子較簡單，Visual C++5.0中還有很多例子。參照本文的設置，你一定能體會到OpenGL強大的圖形、圖像繪制功能。
�。ㄗ髡叩刂罚褐袊刭|大學（武漢）研974班 430074 收稿日期：1999.4.30）
void CGLSample2View::OnSize(UINT nType, int cx, int cy)
{
CView::OnSize(nType, cx, cy);
GLsizei width, height;
GLdouble aspect;
width = cx;
height = cy;
if (cy==0)
aspect = (GLdouble)width;
else
aspect = (GLdouble)width/(GLdouble)height;
glViewport(0, 0, width, height);
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
gluOrtho2D(0.0, 500.0*aspect, 0.0, 500.0);
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity();
}
void CGLSample2View::OnPaint()
{ CPaintDC DC(this); // device context for painting (added by ClassWizard)
glLoadIdentity();
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glBegin(GL_POLYGON);
glColor4f(1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
glVertex2f(100.0f, 50.0f);
glColor4f(0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f);
glVertex2f(450.0f, 400.0f);
glColor4f(0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f);
glVertex2f(450.0f, 50.0f);
glEnd();
glFlush();
}
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