用Python編寫OpenGL程序

介紹

OpenGL是一種圖形庫，它被廣泛應用在計算機圖形學、虛擬現實、三維建模等領域。Python是一種腳本語言，在科學計算、人工智能、數據分析等領域也有廣泛應用。因此，將Python和OpenGL結合起來使用，可以為圖形學工程師和計算機科學愛好者提供更簡單、更方便的編程工具。

本篇文章將介紹如何使用Python編寫OpenGL程序，步驟包括安裝OpenGL庫、編寫簡單的OpenGL程序、顯示3D圖形和應用紋理等。

安裝OpenGL庫

如果你還沒有安裝OpenGL庫，請先按如下命令安裝：

pip install PyOpenGL
pip install PyOpenGL_accelerate

然後，你就可以開始寫OpenGL程序了。

編寫簡單的OpenGL程序

下面給出一個簡單的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()

代碼解釋：

• 第1行：導入OpenGL庫。
• 第3到12行：編寫繪製函數draw()，清空緩存區、畫出一個茶壺（glutSolidTeapot()）並刷新緩存區。
• 第14到22行：初始化OpenGL窗口，並註冊繪製函數。
• 第24行：啟動OpenGL主循環。

執行這段代碼，你會看到窗口中顯示出一個白色的茶壺。

顯示3D圖形

OpenGL最常用的操作就是旋轉、縮放和平移3D圖形。下面給出一個簡單的示例程序：

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()

代碼解釋：

• 第1行：導入OpenGL庫。
• 第3到10行：定義全局變量theta，表示旋轉角度。
• 第12到24行：繪製函數draw()，清空緩存區、啟用深度測試、設置模型視圖矩陣、設置旋轉矩陣、畫出一個三角形。
• 第26到33行：初始化OpenGL窗口、註冊繪製和閑置函數。

執行這段代碼，你會看到窗口中顯示出一個旋轉的三角形。

應用紋理

OpenGL可以將一個圖像作為紋理貼在3D圖形上。下面給出一個簡單的示例程序：

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()

代碼解釋：

• 第1，2，4行：導入OpenGL庫和PIL庫。
• 第6到10行：定義全局變量texture。
• 第12到24行：定義加載紋理貼圖的函數load_texture()，讀取圖像並將其作為紋理貼圖。
• 第26到37行：定義繪製函數draw()，清空緩存區、啟用2D紋理貼圖、綁定紋理貼圖、繪製一個四邊形。
• 第39到45行：初始化OpenGL窗口、註冊繪製和閑置函數、加載紋理貼圖。

執行這段代碼，你會看到窗口中顯示出一張帶有紋理貼圖的四邊形。