用Python编写OpenGL程序

介绍

OpenGL是一种图形库，它被广泛应用在计算机图形学、虚拟现实、三维建模等领域。Python是一种脚本语言，在科学计算、人工智能、数据分析等领域也有广泛应用。因此，将Python和OpenGL结合起来使用，可以为图形学工程师和计算机科学爱好者提供更简单、更方便的编程工具。

本篇文章将介绍如何使用Python编写OpenGL程序，步骤包括安装OpenGL库、编写简单的OpenGL程序、显示3D图形和应用纹理等。

安装OpenGL库

如果你还没有安装OpenGL库，请先按如下命令安装：

pip install PyOpenGL
pip install PyOpenGL_accelerate

然后，你就可以开始写OpenGL程序了。

编写简单的OpenGL程序

下面给出一个简单的OpenGL程序：

from OpenGL.GL import *
from OpenGL.GLUT import *
from OpenGL.GLU import *

def draw():
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT)
    glutSolidTeapot(0.5)
    glFlush()

if __name__ == '__main__':
    glutInit()
    glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGBA)
    glutInitWindowSize(500, 500)
    glutCreateWindow("My First OpenGL Window")
    glClearColor(1, 1, 1, 1)
    glutDisplayFunc(draw)
    glutMainLoop()

代码解释：

• 第1行：导入OpenGL库。
• 第3到12行：编写绘制函数draw()，清空缓存区、画出一个茶壶（glutSolidTeapot()）并刷新缓存区。
• 第14到22行：初始化OpenGL窗口，并注册绘制函数。
• 第24行：启动OpenGL主循环。

执行这段代码，你会看到窗口中显示出一个白色的茶壶。

显示3D图形

OpenGL最常用的操作就是旋转、缩放和平移3D图形。下面给出一个简单的示例程序：

from OpenGL.GL import *
from OpenGL.GLUT import *
from OpenGL.GLU import *
import math

theta = 0

def draw():
    global theta

    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT)
    glEnable(GL_DEPTH_TEST)

    glMatrixMode(GL_MODELVIEW)
    glLoadIdentity()
    gluLookAt(0, 0, 5, 0, 0, 0, 0, 1, 0)
    glRotatef(theta, 0, 1, 0)

    glBegin(GL_TRIANGLES)
    glColor3f(1, 0, 0)
    glVertex3f(-1, -1, 0)
    glColor3f(0, 1, 0)
    glVertex3f(1, -1, 0)
    glColor3f(0, 0, 1)
    glVertex3f(0, 1, 0)
    glEnd()

    glFlush()
    glutSwapBuffers()

    theta += 1

if __name__ == '__main__':
    glutInit()
    glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB | GLUT_DEPTH)
    glutInitWindowSize(500, 500)
    glutCreateWindow("My First 3D OpenGL Window")
    glClearColor(1, 1, 1, 1)
    glutDisplayFunc(draw)
    glutIdleFunc(draw)
    glutMainLoop()

代码解释：

• 第1行：导入OpenGL库。
• 第3到10行：定义全局变量theta，表示旋转角度。
• 第12到24行：绘制函数draw()，清空缓存区、启用深度测试、设置模型视图矩阵、设置旋转矩阵、画出一个三角形。
• 第26到33行：初始化OpenGL窗口、注册绘制和闲置函数。

执行这段代码，你会看到窗口中显示出一个旋转的三角形。

应用纹理

OpenGL可以将一个图像作为纹理贴在3D图形上。下面给出一个简单的示例程序：

from OpenGL.GL import *
from OpenGL.GLUT import *
from OpenGL.GLU import *
from PIL import Image

texture = None

def load_texture(filename):
    global texture

    image = Image.open(filename)
    image_data = image.tobytes("raw", "RGBX", 0, -1)

    texture = glGenTextures(1)
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture)
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR)
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR)
    glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, 3, image.size[0], image.size[1], 0,
                 GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, image_data)

def draw():
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT)
    glEnable(GL_TEXTURE_2D)
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture)

    glBegin(GL_QUADS)
    glTexCoord2f(0.0, 0.0); glVertex3f(-1, -1, 0)
    glTexCoord2f(1.0, 0.0); glVertex3f(1, -1, 0)
    glTexCoord2f(1.0, 1.0); glVertex3f(1, 1, 0)
    glTexCoord2f(0.0, 1.0); glVertex3f(-1, 1, 0)
    glEnd()

    glFlush()
    glutSwapBuffers()

if __name__ == '__main__':
    glutInit()
    glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB | GLUT_DEPTH)
    glutInitWindowSize(500, 500)
    glutCreateWindow("My First Texture OpenGL Window")
    glClearColor(1, 1, 1, 1)
    glutDisplayFunc(draw)
    glutIdleFunc(draw)
    load_texture("texture.png")
    glutMainLoop()

代码解释：

• 第1，2，4行：导入OpenGL库和PIL库。
• 第6到10行：定义全局变量texture。
• 第12到24行：定义加载纹理贴图的函数load_texture()，读取图像并将其作为纹理贴图。
• 第26到37行：定义绘制函数draw()，清空缓存区、启用2D纹理贴图、绑定纹理贴图、绘制一个四边形。
• 第39到45行：初始化OpenGL窗口、注册绘制和闲置函数、加载纹理贴图。

执行这段代码，你会看到窗口中显示出一张带有纹理贴图的四边形。