c++與opengl的結合

一、概述

c++作為一種高效、面向對象的編程語言，在計算機圖形學中有着廣泛的應用。而opengl作為一種開源的圖形庫，可以提供高質量的圖形處理和顯示，使得圖形學的編程變得更加易於實現。

二、opengl的基礎知識

在使用opengl進行圖形編程之前，需要掌握一些基礎知識。例如，如何創建窗口、如何設置窗口參數、如何創建OpenGL上下文等。下面是一些關鍵代碼片段：

// 初始化GLUT庫，創建窗口
int main(int argc, char** argv) {
    glutInit(&argc, argv);
    glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB);
    glutInitWindowSize(800, 600);
    glutCreateWindow("OpenGL Tutorial");
    
    // 初始化OpenGL上下文
    glEnable(GL_DEPTH_TEST);
    glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 0.0);
    glMatrixMode(GL_PROJECTION);
    glLoadIdentity();
    gluPerspective(45.0, 1.333, 0.1, 100.0);
    glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
    glLoadIdentity();
    
    // 註冊回調函數
    glutDisplayFunc(display);
    glutKeyboardFunc(keyboard);
    
    glutMainLoop();
    return 0;
}

上述代碼中，我們先使用glut庫中的glutInit函數來初始化glut，然後指定一些窗口參數，例如窗口大小、顯示模式等。接着，我們通過GLUT庫的回調函數機制來註冊用於響應事件的回調函數，例如窗口的顯示函數和鍵盤響應函數。最後調用glutMainLoop函數進入消息循環。

三、opengl的基礎圖形

opengl可以創建各種基礎圖形，例如點、線段、三角形等。下面是一些示例代碼：

// 畫出一個點
void drawPoint() {
    glBegin(GL_POINTS);
    glVertex2f(0.0, 0.0);
    glEnd();
}

// 畫出一條線段
void drawLine() {
    glBegin(GL_LINES);
    glVertex2f(0.0, 0.0);
    glVertex2f(1.0, 1.0);
    glEnd();
}

// 畫出一個三角形
void drawTriangle() {
    glBegin(GL_TRIANGLES);
    glVertex2f(0.0, 0.0);
    glVertex2f(1.0, 0.0);
    glVertex2f(0.5, 1.0);
    glEnd();
}

上述代碼中，我們使用glBegin和glEnd函數來指定對應的圖形類型。例如，GL_POINTS用於畫點，GL_LINES用於畫線段，GL_TRIANGLES用於畫三角形。然後用glVertex2f指定點的坐標。

四、opengl的顏色和紋理

opengl還支持設置各種顏色和使用紋理進行貼圖。以下是示例代碼：

// 設置顏色
void setColor() {
    glColor3f(1.0, 0.0, 0.0);
}

// 繪製正方形
void drawSquare() {
    glBegin(GL_QUADS);
    glVertex2f(0.0, 0.0);
    glVertex2f(1.0, 0.0);
    glVertex2f(1.0, 1.0);
    glVertex2f(0.0, 1.0);
    glEnd();
}

// 使用紋理貼圖
void drawTexture() {
    GLuint texture;
    glGenTextures(1, &texture);
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture);
    glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, width, height, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, data);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
    
    glBegin(GL_QUADS);
    glTexCoord2f(0.0, 0.0);
    glVertex2f(0.0, 0.0);
    glTexCoord2f(1.0, 0.0);
    glVertex2f(1.0, 0.0);
    glTexCoord2f(1.0, 1.0);
    glVertex2f(1.0, 1.0);
    glTexCoord2f(0.0, 1.0);
    glVertex2f(0.0, 1.0);
    glEnd();
}

上述代碼中，我們使用glColor3f函數來設置顏色。然後使用glGenTextures生成紋理，使用glBindTexture綁定紋理的類型和參數。使用glTexImage2D函數指定紋理的數據。最後使用glTexCoord2f函數指定紋理某點的坐標。

五、opengl的變換和照相機

opengl支持各種變換和使用照相機進行觀察。以下是示例代碼：

// 旋轉
void rotate() {
    glRotatef(45.0, 1.0, 0.0, 0.0);
}

// 平移
void translate() {
    glTranslatef(1.0, 1.0, 0.0);
}

// 照相機變換
void camera() {
    gluLookAt(0.0, 0.0, 5.0,
              0.0, 0.0, 0.0,
              0.0, 1.0, 0.0);
}

上述代碼中，我們使用glRotatef函數和glTranslatef函數來進行變換。glRotatef指定旋轉角度和旋轉軸方向，glTranslatef指定每個軸的平移距離。然後使用gluLookAt函數指定照相機的位置、視點和上方向。

六、opengl的基本事件處理

opengl除了繪圖之外，還支持各種事件處理，例如鼠標事件、鍵盤事件等。以下是示例代碼：

// 鍵盤事件處理
void keyboard(unsigned char key, int x, int y) {
    switch(key) {
        case 'q': exit(0); break;
        default: break;
    }
}

// 鼠標事件處理
void mouse(int button, int state, int x, int y) {
    switch(button) {
        case GLUT_LEFT_BUTTON:
            if(state == GLUT_DOWN) {
                // 點擊左鍵
            }
            break;
        default: break;
    }
}

上述代碼中，我們使用glut庫中對應的回調函數來處理鍵盤和鼠標事件。在鍵盤事件處理函數中，使用switch語句根據不同的鍵位進行不同的操作。在鼠標事件處理函數中，使用switch語句根據不同的鼠標按鈕和狀態進行不同的操作。

七、代碼示例

以下是一個完整的運用c++ opengl進行圖形編程的代碼示例：

#include 

void display() {
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
    
    glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
    glLoadIdentity();
    
    glColor3f(1.0, 0.0, 0.0);
    
    glBegin(GL_QUADS);
    glVertex2f(-1.0, -1.0);
    glVertex2f(1.0, -1.0);
    glVertex2f(1.0, 1.0);
    glVertex2f(-1.0, 1.0);
    glEnd();
    
    glutSwapBuffers();
}

void resize(int width, int height) {
    glViewport(0, 0, width, height);
    
    glMatrixMode(GL_PROJECTION);
    glLoadIdentity();
    
    gluOrtho2D(-1.0, 1.0, -1.0, 1.0);
}

void keyboard(unsigned char key, int x, int y) {
    switch(key) {
        case 'q': exit(0); break;
        default: break;
    }
}

int main(int argc, char** argv) {
    glutInit(&argc, argv);
    glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB);
    glutInitWindowSize(800, 600);
    glutCreateWindow("OpenGL Tutorial");
    
    glEnable(GL_DEPTH_TEST);
    glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 0.0);
    
    glutDisplayFunc(display);
    glutReshapeFunc(resize);
    glutKeyboardFunc(keyboard);
    
    glutMainLoop();
    return 0;
}

以上代碼實現了一個簡單的紅色正方形的繪製，並且支持窗口大小調整和鍵盤退出。