1、什么是OpenGL

什么是OpenGL

• OpenGL 是一套API接口。
  學習這套接口，就可以在那些支持OpenGL的機器上正常使用這些接口，在屏幕上看到繪制的結(jié)果。

• 顯卡廠商的支持
  這套接口是 Khronos(科納斯) 這個組織在維護，怎么維護呢? 就是寫一個說明書，指導(dǎo)各個GPU廠家，如果他們要支持OpenGL的話，要怎么實現(xiàn)一個具體的OpenGL庫。Khronos說要實現(xiàn)glDrawArray這個接口，那么廠家就得在他的庫里實現(xiàn)這個接口。如果不實現(xiàn)，那么就不算支持OpenGL。也有一些接口不一定要實現(xiàn)。
  Khronos每隔一段時間發(fā)布一個新的OpenGL API版本，就是發(fā)布這個說明書。一般兩個，一個是core profile，一定要實現(xiàn)的，還有另一個是為了兼容舊版本接口的說明書。
  廠家實現(xiàn)的OpenGL庫的內(nèi)容其實就是廠家自己的團隊整合自己的圖形知識以及GPU硬件的指令。
  OpenGL的Open指的是接口是開放的，而具體實現(xiàn)的庫一般都是不公開的。目前據(jù)我所知，mesa 3d是一個開源的實現(xiàn)。

• 與Direct3D的關(guān)系
  像AMD、Nvidia等圖形硬件廠家還得支持Direct3D，所以他們還得按照微軟的接口說明書，整合Direct3D的庫給Windows使用。
  在Windows上，還有一種情況，就是這個OpenGL庫可能是Direct3D接口的一個封裝(Wrapper)。表面上調(diào)用OpenGL接口，實際上里面的實現(xiàn)是間接調(diào)用了Direct3D接口。

• 另外OpenGL 只是關(guān)注于怎么調(diào)用接口實現(xiàn)繪畫 。
  為了使用OpenGL，還得初始化一個OpenGL環(huán)境。這個環(huán)境需要AGL、WGL、GLX這些庫里的接口來建立。這幾個庫分別對應(yīng)蘋果系統(tǒng)、Windows、還有Linux的X-Window，沒有實現(xiàn)跨平臺。
  這也是為什么存在glut（已經(jīng)不更新了，代替者freeglut，不支持macOS）、glfw這些 “半”跨平臺的框架幫助你輕松地在各平臺下使用OpenGL。

• 與OpenCV的關(guān)系
  OpenCV是Intel開源計算機視覺庫。
  Opencv是從圖像到數(shù)據(jù)
  OpenGL是從數(shù)據(jù)到圖像

OpenGL主要功能是什么

• 1、建模：OpenGL圖形庫除了提供基本的點、線、多邊形的繪制函數(shù)外，還提供了復(fù)雜的三維物體（球、錐、多面體、茶壺等）以及復(fù)雜曲線和曲面繪制函數(shù)。

• 2、變換：OpenGL圖形庫的變換包括基本變換和投影變換。基本變換有平移、旋轉(zhuǎn)、縮放、鏡像四種變換，投影變換有平行投影（又稱正射投影）和透視投 影兩種變換。其變換方法有利于減少算法的運行時間，提高三維圖形的顯示速度。

• 3、顏色模式設(shè)置：OpenGL顏色模式有兩種，即RGBA模式和顏色索引（Color Index）。

• 4、光照和材質(zhì)設(shè)置：OpenGL光有自發(fā)光（Emitted Light）、環(huán)境光（Ambient Light）、漫反射光（Diffuse Light）和高光（Specular Light）。材質(zhì)是用光反射率來表示。場景（Scene）中物體最終反映到人眼的顏色是光的紅綠藍分量與材質(zhì)紅綠藍分量的反射率相乘后形成的顏色。

• 5、紋理映射（Texture Mapping）。利用OpenGL紋理映射功能可以十分逼真地表達物體表面細節(jié)。

• 6、位圖顯示和圖象增強圖象功能除了基本的拷貝和像素讀寫外，還提供融合（Blending）、抗鋸齒（反走樣）（Antialiasing）和霧（fog）的特殊圖象效果處理。以上三條可使被仿真物更具真實感，增強圖形顯示的效果。

• 7、雙緩存動畫（Double Buffering）雙緩存即前臺緩存和后臺緩存，簡言之，后臺緩存計算場景、生成畫面，前臺緩存顯示后臺緩存已畫好的畫面。

2、OpenGL環(huán)境配置

① OpenGL的組成部分
————先來看一篇引用文章（OpenGL的前生今世）

OpenGL中的各類庫

gl.h

gl庫是核心庫，gl中包含了最基本的3D函數(shù)，可以再本地電腦中的： C:\Program Files (x86)\ Microsoft SDKs\Windows \v7.0A\Include\gl 路徑下找到gl.h頭文件，打開后可以看到其中定義的上百個相關(guān)函數(shù)。

glu.h

glu是實用庫，包含有43個函數(shù)，函數(shù)名的前綴為glu。glu 為了減輕繁重的編程工作，glu對gl中的函數(shù)進行部分封裝，glu函數(shù)通過調(diào)用核心庫的函數(shù)，為開發(fā)者提供相對簡單的用法，實現(xiàn)一些較為復(fù)雜的操作。如果算術(shù)好，在不使用glu庫的情況下，使用gl庫可以實現(xiàn)同樣的效果。

glut.h

gult：OpenGL工具庫 OpenGL Utility Toolkit。 glut是基本的窗口界面，是獨立于gl和glu的，如果不喜歡用glut可使用MFC和Win32窗口等代替。但是glut是跨平臺的，這就保證了我們編出的程序具有跨平臺性，而使用MFC或Win32只能在windows操作系統(tǒng)上使用。
主要包括窗口操作函數(shù)，窗口初始化、窗口大小、窗口位置等函數(shù)；回調(diào)函數(shù)：響應(yīng)刷新消息、鍵盤消息、鼠標消息等等。 這個頭文件自動包含了gl.h和glu.h，編程時不必再次包含它們。

freeglut.h

各種教程和書里常見的是閉源的GLUT。但由于GLUT的作者已經(jīng)很久沒更新過了（最后更新于2000年！= =），所以其他人另外做了一個接口兼容GLUT的freeglut，開源而且一直在維護中。可以理解為glut的替代庫。

glew

GLUT或者FREEGLUT主要是1.0的基本函數(shù)功能；GLEW是使用OPENGL2.0之后的一個工具函數(shù)。不同的顯卡公司，也會發(fā)布一些只有自家顯卡才支持的擴展函數(shù)，你要想用這數(shù)涵數(shù)，不得不去尋找最新的glext.h,有了GLEW擴展庫，你就再也不用為找不到函數(shù)的接口而煩惱，因為GLEW能自動識別你的平臺所支持的全部OpenGL高級擴展函數(shù)。也就是說，只要包含一個glew.h頭文件，你就能使用gl,glu,glext,wgl,glx的全部函數(shù)。
glad和glew的作用相同，可看做它的升級版。

glfw.h

GLFW無愧于其號稱的lightweight的OpenGL框架，一個頭文件，很少量的API，就完成了任務(wù)。GLFW的開發(fā)目的是用于替代glut的，從代碼和功能上來看，我想它已經(jīng)完全的完成了任務(wù)。它是一個輕量級的，開源的，跨平臺的library。支持OpenGL及OpenGL ES，用來管理窗口，讀取輸入，處理事件等。因為OpenGL沒有窗口管理的功能，所以很多熱心的人寫了工具來支持這些功能，比如早期的glut，現(xiàn)在的freeglut等。那么GLFW有何優(yōu)勢呢？glut太老了，最后一個版本還是90年代的。freeglut完全兼容glut，算是glut的代替品，功能齊全，但是bug太多。穩(wěn)定性也不好（不是我說的啊），GLFW應(yīng)運而生。并且glfw也是跨平臺的~！
glfw可以看做是freeglut的升級版，freeglut可以看做是glut的升級版

• 綜上所述，為了安裝一個OpenGL，你需要一個3D函數(shù)庫和一個窗口管理庫。
  3D函數(shù)庫可選：gl&glu，升級版glew，再升級glad。
  窗口管理庫可選：glut，升級版freeglut，再升級glfw。

② 窗口管理庫GLFW的安裝

• GLFW官網(wǎng)下載：https://www.glfw.org/download.html
  windows一般下載 ，32-bit.。此處32和64指的不是本機器的位數(shù)，而是生成目標的位數(shù)。 windows pre-compiled binaries，為windows預(yù)編譯版本
  

• 整理所需文件到另一個文件夾：需要include文件夾和本機對應(yīng)版本的"lib-vc20**"文件夾。如我的vs是2019，就復(fù)制include和lib-vc2019。
  
  

• 打開VS2019，新建一個c++win32控制臺項目
  

• 依次點擊“視圖" —>“屬性頁”, 在vc++目錄，“包含目錄”和“庫目錄”分別添加解壓復(fù)制后的Incude和lib目錄。 注意路徑。
  

• 在 “連接器” ->“附加依賴項”中添加“opengl32.lib”和"glfw3.lib"，用分號隔開
  

• 在在源文件中添加如下代碼測試環(huán)境
  

  #include <GLFW/glfw3.h>int main(void) {GLFWwindow* window;/* Initialize the library */if (!glfwInit())return -1;/* Create a windowed mode window and its OpenGL context */window = glfwCreateWindow(640, 480, "Hello World", NULL, NULL);if (!window){glfwTerminate();return -1;}/* Make the window's context current */glfwMakeContextCurrent(window);/* Loop until the user closes the window */while (!glfwWindowShouldClose(window)){/* Render here */glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);glBegin(GL_TRIANGLES);glVertex2d(0.5f, 0.5f);glVertex2d(-0.5f, -0.5f);glVertex2d(0.5f, -0.5f);glEnd();/* Swap front and back buffers */glfwSwapBuffers(window);/* Poll for and process events */glfwPollEvents();}glfwTerminate();return 0; }

③3D函數(shù)庫 glad的安裝

• glad官網(wǎng)下載：https://glad.dav1d.de/
  語言選擇C/C++，在API選項中，選擇3.3以上的OpenGL(gl)版本（因為glfw不支持更早的版本，>=3.3都可以，具體可以看顯卡支持到哪個版本 ）。
  之后將模式(Profile)設(shè)置為Core，并且保證生成加載器(Generate a loader)的選項是選中的。
  現(xiàn)在可以先（暫時）忽略拓展(Extensions)中的內(nèi)容。
  都選擇完之后，點擊生成(Generate)按鈕來生成庫文件。
  

• 下載glad.zip文件解壓，就可以得到我們需要的include\glad\ glad.h、include\KHR\ khrplatform.h和src\ glad.c這3個文件
  

• 進入VS2019項目，在項目屬性 ----> C/C++ —> 附加包含目錄 —> your_path\glad\include
  

• 最后在項目中添加glad.c 文件
  

• 以下代碼測試是否安裝成功
  

  #include <glad\glad.h> //這個必須放在GLFW之前 #include <GLFW\glfw3.h>#include <iostream>void framebuffer_size_callback(GLFWwindow* window, int width, int height); void processInput(GLFWwindow* window);// settings const unsigned int SCR_WIDTH = 800; const unsigned int SCR_HEIGHT = 600;const char* vertexShaderSource = "#version 330 core\n" "layout (location = 0) in vec3 aPos;\n" "void main()\n" "{\n" " gl_Position = vec4(aPos.x, aPos.y, aPos.z, 1.0);\n" "}\0"; const char* fragmentShaderSource = "#version 330 core\n" "out vec4 FragColor;\n" "void main()\n" "{\n" " FragColor = vec4(1.0f, 0.5f, 0.2f, 1.0f);\n" "}\n\0";int main() {// glfw: initialize and configure// ------------------------------glfwInit(); //glfw 初始化//設(shè)置OpenGL版本等信息glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3);glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 3);glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);#ifdef __APPLE__glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_FORWARD_COMPAT, GL_TRUE); // uncomment this statement to fix compilation on OS X #endif// glfw window creation// --------------------//創(chuàng)建GLFW窗口GLFWwindow* window = glfwCreateWindow(SCR_WIDTH, SCR_HEIGHT, "LearnOpenGL", NULL, NULL);if (window == NULL) {std::cout << "Failed to create GLFW window" << std::endl;glfwTerminate();return -1;}//設(shè)置當前上下文glfwMakeContextCurrent(window);glfwSetFramebufferSizeCallback(window, framebuffer_size_callback);// glad: load all OpenGL function pointers// ---------------------------------------//把OpenGL的函數(shù)指針導(dǎo)入給GLADif (!gladLoadGLLoader((GLADloadproc)glfwGetProcAddress)) {std::cout << "Failed to initialize GLAD" << std::endl;return -1;}// build and compile our shader program// ------------------------------------// vertex shaderint vertexShader = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);glShaderSource(vertexShader, 1, &vertexShaderSource, NULL);glCompileShader(vertexShader);// check for shader compile errorsint success;char infoLog[512];glGetShaderiv(vertexShader, GL_COMPILE_STATUS, &success);if (!success) {glGetShaderInfoLog(vertexShader, 512, NULL, infoLog);std::cout << "ERROR::SHADER::VERTEX::COMPILATION_FAILED\n" << infoLog << std::endl;}// fragment shaderint fragmentShader = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);glShaderSource(fragmentShader, 1, &fragmentShaderSource, NULL);glCompileShader(fragmentShader);// check for shader compile errorsglGetShaderiv(fragmentShader, GL_COMPILE_STATUS, &success);if (!success) {glGetShaderInfoLog(fragmentShader, 512, NULL, infoLog);std::cout << "ERROR::SHADER::FRAGMENT::COMPILATION_FAILED\n" << infoLog << std::endl;}// link shadersint shaderProgram = glCreateProgram();glAttachShader(shaderProgram, vertexShader);glAttachShader(shaderProgram, fragmentShader);glLinkProgram(shaderProgram);// check for linking errorsglGetProgramiv(shaderProgram, GL_LINK_STATUS, &success);if (!success) {glGetProgramInfoLog(shaderProgram, 512, NULL, infoLog);std::cout << "ERROR::SHADER::PROGRAM::LINKING_FAILED\n" << infoLog << std::endl;}glDeleteShader(vertexShader);glDeleteShader(fragmentShader);// set up vertex data (and buffer(s)) and configure vertex attributes// ------------------------------------------------------------------float vertices[] = {0.5f, 0.5f, 0.0f, // top right0.5f, -0.5f, 0.0f, // bottom right-0.5f, -0.5f, 0.0f, // bottom left-0.5f, 0.5f, 0.0f // top left };unsigned int indices[] = {// note that we start from 0!0, 1, 3, // first Triangle1, 2, 3 // second Triangle};unsigned int VBO, VAO, EBO;glGenVertexArrays(1, &VAO);glGenBuffers(1, &VBO);glGenBuffers(1, &EBO);// bind the Vertex Array Object first, then bind and set vertex buffer(s), and then configure vertex attributes(s).glBindVertexArray(VAO);glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, EBO);glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(indices), indices, GL_STATIC_DRAW);glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(float), (void*)0);glEnableVertexAttribArray(0);// note that this is allowed, the call to glVertexAttribPointer registered VBO as the vertex attribute's bound vertex buffer object so afterwards we can safely unbindglBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);// remember: do NOT unbind the EBO while a VAO is active as the bound element buffer object IS stored in the VAO; keep the EBO bound.//glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, 0);// You can unbind the VAO afterwards so other VAO calls won't accidentally modify this VAO, but this rarely happens. Modifying other// VAOs requires a call to glBindVertexArray anyways so we generally don't unbind VAOs (nor VBOs) when it's not directly necessary.glBindVertexArray(0);// uncomment this call to draw in wireframe polygons.//glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_LINE);// render loop// -----------//循環(huán)渲染while (!glfwWindowShouldClose(window)) {// input// -----processInput(window);// render// ------glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f);glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);// draw our first triangleglUseProgram(shaderProgram);glBindVertexArray(VAO); // seeing as we only have a single VAO there's no need to bind it every time, but we'll do so to keep things a bit more organized//glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 6);glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_INT, 0);// glBindVertexArray(0); // no need to unbind it every time // glfw: swap buffers and poll IO events (keys pressed/released, mouse moved etc.)// -------------------------------------------------------------------------------//交換緩存glfwSwapBuffers(window);//事件處理glfwPollEvents();}// optional: de-allocate all resources once they've outlived their purpose:// ------------------------------------------------------------------------glDeleteVertexArrays(1, &VAO);glDeleteBuffers(1, &VBO);glDeleteBuffers(1, &EBO);// glfw: terminate, clearing all previously allocated GLFW resources.// ------------------------------------------------------------------//停止glfwTerminate();return 0; }// process all input: query GLFW whether relevant keys are pressed/released this frame and react accordingly // --------------------------------------------------------------------------------------------------------- //輸入處理函數(shù) void processInput(GLFWwindow* window) {if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_ESCAPE) == GLFW_PRESS)glfwSetWindowShouldClose(window, true); }// glfw: whenever the window size changed (by OS or user resize) this callback function executes //窗口大小設(shè)置回調(diào)函數(shù) // --------------------------------------------------------------------------------------------- void framebuffer_size_callback(GLFWwindow* window, int width, int height) {// make sure the viewport matches the new window dimensions; note that width and // height will be significantly larger than specified on retina displays.glViewport(0, 0, width, height); }

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的OpenGL是什么？Win10+VS2019下搭建glfw+glad开发环境的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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