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OpenGL入门教程pdf(最基础).pdf
OpenGL 入门教程
1.第一课：
说起编程作图，大概还有很多人想起 TC 的#include < graphics.h>吧？
但是各位是否想过，那些画面绚丽的 PC 游戏是如何编写出来的？就靠 TC 那可怜的 640*480 分辨率、16
色来做吗？显然是不行的。
本帖的目的是让大家放弃 TC 的老旧图形接口，让大家接触一些新事物。
OpenGL 作为当前主流的图形 API 之一，它在一些场合具有比 DirectX 更优越的特性。
1、与 C 语言紧密结合。
OpenGL 命令最初就是用 C 语言函数来进行描述的，对于学习过 C 语言的人来讲，OpenGL 是容易理解和
学习的。如果你曾经接触过 TC 的 graphics.h，你会发现，使用 OpenGL 作图甚至比 TC 更加简单。
2、强大的可移植性。
微软的 Direct3D 虽然也是十分优秀的图形 API，但它只用于 Windows 系统（现在还要加上一个 XBOX 游
戏机）。而 OpenGL 不仅用于 Windows，还可以用于 Unix/Linux 等其它系统，它甚至在大型计算机、各种
专业计算机（如：医疗用显示设备）上都有应用。并且，OpenGL 的基本命令都做到了硬件无关，甚至是
平台无关。
3、高性能的图形渲染。
OpenGL 是一个工业标准，它的技术紧跟时代，现今各个显卡厂家无一不对 OpenGL 提供强力支持，激烈
的竞争中使得 OpenGL 性能一直领先。
总之，OpenGL 是一个很 NB 的图形软件接口。至于究竟有多 NB，去看看 DOOM 3 和 QUAKE4 等专业游
戏就知道了。
OpenGL 官方网站（英文）
http://www.opengl.org
下面我将对 Windows 下的 OpenGL 编程进行简单介绍。
学习 OpenGL 前的准备工作
第一步，选择一个编译环境
现在 Windows 系统的主流编译环境有 Visual Studio，Broland C++ Builder，Dev-C++等，它们都是支持 OpenGL
的。但这里我们选择 Visual Studio 2005 作为学习 OpenGL 的环境。
第二步，安装 GLUT 工具包
GLUT 不是 OpenGL 所必须的，但它会给我们的学习带来一定的方便，推荐安装。
Windows 环境下的 GLUT 下载地址：（大小约为 150k）
http://www.opengl.org/resources/libraries/glut/glutdlls37beta.zip
无法从以上地址下载的话请使用下面的连接:
http://upload.programfan.com/upfile/200607311626279.zip
Windows 环境下安装 GLUT 的步骤：
1、将下载的压缩包解开，将得到 5 个文件
2、在“我的电脑”中搜索“gl.h”，并找到其所在文件夹（如果是 VisualStudio2005，则应该是其安装目录下面
的“VC\PlatformSDK\include\gl 文件夹”）。把解压得到的 glut.h 放到这个文件夹。
3、把解压得到的 glut.lib 和 glut32.lib 放到静态函数库所在文件夹（如果是 VisualStudio2005，则应该是其安
装目录下面的“VC\lib”文件夹）。
4、把解压得到的 glut.dll 和 glut32.dll 放到操作系统目录下面的 system32 文件夹内。（典型的位置为：
C:\Windows\System32）
第三步，建立一个 OpenGL 工程
这里以 VisualStudio2005 为例。
选择 File->New->Project，然后选择 Win32 Console Application，选择一个名字，然后按 OK。
在谈出的对话框左边点 Application Settings，找到 Empty project 并勾上，选择 Finish。
然后向该工程添加一个代码文件，取名为“OpenGL.c”，注意用.c 来作为文件结尾。
搞定了，就跟平时的工程没什么两样的。
第一个 OpenGL 程序
一个简单的 OpenGL 程序如下：（注意，如果需要编译并运行，需要正确安装 GLUT，安装方法如上所述）
#include
void myDisplay(void)
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glRectf(-0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.5f);
glFlush();
}
int main(int argc, char *argv[])
{
glutInit(&argc, argv);
glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_SINGLE);
glutInitWindowPosition(100, 100);
glutInitWindowSize(400, 400);
glutCreateWindow("第一个 OpenGL 程序");
glutDisplayFunc(&myDisplay);
glutM ainLoop();
return 0;
}
该程序的作用是在一个黑色的窗口中央画一个白色的矩形。下面对各行语句进行说明。
怎么样？代码还不算长吧？
首先，需要包含头文件#include ，这是 GLUT 的头文件。
本来 OpenGL 程序一般还要包含和，但 GLUT 的头文件中已经自动将这两个文件包含
了，不必再次包含。
然后看 main 函数。
int main(int argc, char *argv[])，这个是带命令行参数的 main 函数，各位应该见过吧？没见过的同志们请多
翻翻书，等弄明白了再往下看。
注意 main 函数中的各语句，除了最后的 return 之外，其余全部以 glut 开头。这种以 glut 开头的函数都是
GLUT 工具包所提供的函数，下面对用到的几个函数进行介绍。
1、glutInit，对 GLUT 进行初始化，这个函数必须在其它的 GLUT 使用之前调用一次。其格式比较死板，
一般照抄这句 glutInit(&argc, argv)就可以了。
2、glutInitDisplayMode，设置显示方式，其中 GLUT_RGB 表示使用 RGB 颜色，与之对应的还有 GLUT_INDEX
（表示使用索引颜色）。GLUT_SINGLE 表示使用单缓冲，与之对应的还有 GLUT_DOUBLE（使用双缓冲）。
更多信息，请自己 Google。当然以后的教程也会有一些讲解。
3、glutInitWindowPosition，这个简单，设置窗口在屏幕中的位置。
4、glutInitWindowSize，这个也简单，设置窗口的大小。
5、glutCreateWindow，根据前面设置的信息创建窗口。参数将被作为窗口的标题。注意：窗口被创建后，
并不立即显示到屏幕上。需要调用 glutM ainLoop 才能看到窗口。
6、glutDisplayFunc，设置一个函数，当需要进行画图时，这个函数就会被调用。（这个说法不够准确，但
准确的说法可能初学者不太好理解，暂时这样说吧）。
7、glutM ainLoop，进行一个消息循环。（这个可能初学者也不太明白，现在只需要知道这个函数可以显示
窗口，并且等待窗口关闭后才会返回，这就足够了。）
在 glutDisplayFunc 函数中，我们设置了“当需要画图时，请调用 myDisplay 函数”。于是 myDisplay 函数就
用来画图。观察 myDisplay 中的三个函数调用，发现它们都以 gl 开头。这种以 gl 开头的函数都是 OpenGL
的标准函数，下面对用到的函数进行介绍。
1、glClear，清除。GL_COLOR_BUFFER_BIT 表示清除颜色，glClear 函数还可以清除其它的东西，但这里
不作介绍。
2、glRectf，画一个矩形。四个参数分别表示了位于对角线上的两个点的横、纵坐标。
3、glFlush，保证前面的 OpenGL 命令立即执行（而不是让它们在缓冲区中等待）。其作用跟 fflush(stdout)
类似。
2.第二课：
本次课程所要讲的是绘制简单的几何图形，在实际绘制之前，让我们先熟悉一些概念。
一、点、直线和多边形
我们知道数学（具体的说，是几何学）中有点、直线和多边形的概念，但这些概念在计算机中会有所不同。
数学上的点，只有位置，没有大小。但在计算机中，无论计算精度如何提高，始终不能表示一个无穷小的
点。另一方面，无论图形输出设备（例如，显示器）如何精确，始终不能输出一个无穷小的点。一般情况
下，OpenGL 中的点将被画成单个的像素（像素的概念，请自己搜索之~），虽然它可能足够小，但并不会
是无穷小。同一像素上，OpenGL 可以绘制许多坐标只有稍微不同的点，但该像素的具体颜色将取决于
OpenGL 的实现。当然，过度的注意细节就是钻牛角尖，我们大可不必花费过多的精力去研究“多个点如何
画到同一像素上”。
同样的，数学上的直线没有宽度，但 OpenGL 的直线则是有宽度的。同时，OpenGL 的直线必须是有限长
度，而不是像数学概念那样是无限的。可以认为，OpenGL 的“直线”概念与数学上的“线段”接近，它可以由
两个端点来确定。
多边形是由多条线段首尾相连而形成的闭合区域。OpenGL 规定，一个多边形必须是一个“凸多边形”（其定
义为：多边形内任意两点所确定的线段都在多边形内，由此也可以推导出，凸多边形不能是空心的）。多边
形可以由其边的端点（这里可称为顶点）来确定。（注意：如果使用的多边形不是凸多边形，则最后输出的
效果是未定义的——OpenGL 为了效率，放宽了检查，这可能导致显示错误。要避免这个错误，尽量使用
三角形，因为三角形都是凸多边形）
可以想象，通过点、直线和多边形，就可以组合成各种几何图形。甚至于，你可以把一段弧看成是很多短
的直线段相连，这些直线段足够短，以至于其长度小于一个像素的宽度。这样一来弧和圆也可以表示出来
了。通过位于不同平面的相连的小多边形，我们还可以组成一个“曲面”。
二、在 OpenGL 中指定顶点
由以上的讨论可以知道，“点”是一切的基础。
如何指定一个点呢？OpenGL 提供了一系列函数。它们都以 glVertex 开头，后面跟一个数字和 1~2 个字母。
例如：
glVertex2d
glVertex2f
glVertex3f
glVertex3fv
等等。
数字表示参数的个数，2 表示有两个参数，3 表示三个，4 表示四个（我知道有点罗嗦~）。
字母表示参数的类型，s 表示 16 位整数（OpenGL 中将这个类型定义为 GLshort），
i 表示 32 位整数（OpenGL 中将这个类型定义为 GLint 和 GLsizei），
f 表示 32 位浮点数（OpenGL 中将这个类型定义为 GLfloat 和 GLclampf），
d 表示 64 位浮点数（OpenGL 中将这个类型定义为 GLdouble 和 GLclampd）。
v 表示传递的几个参数将使用指针的方式，见下面的例子。
这些函数除了参数的类型和个数不同以外，功能是相同的。例如，以下五个代码段的功能是等效的：
（一）glVertex2i(1, 3);
（二）glVertex2f(1.0f, 3.0f);
（三）glVertex3f(1.0f, 3.0f, 0.0f);
（四）glVertex4f(1.0f, 3.0f, 0.0f, 1.0f);
（五）GLfloat VertexArr3[] = {1.0f, 3.0f, 0.0f};
glVertex3fv(VertexArr3);
以后我们将用 glVertex*来表示这一系列函数。
注意：OpenGL 的很多函数都是采用这样的形式，一个相同的前缀再加上参数说明标记，这一点会随着学
习的深入而有更多的体会。
三、开始绘制
假设现在我已经指定了若干顶点，那么 OpenGL 是如何知道我想拿这些顶点来干什么呢？是一个一个的画
出来，还是连成线？或者构成一个多边形？或者做其它什么事情？
为了解决这一问题，OpenGL 要求：指定顶点的命令必须包含在 glBegin 函数之后，glEnd 函数之前（否则
指定的顶点将被忽略）。并由 glBegin 来指明如何使用这些点。
例如我写：
glBegin(GL_POINTS);
glVertex2f(0.0f, 0.0f);
glVertex2f(0.5f, 0.0f);
glEnd();
则这两个点将分别被画出来。如果将 GL_POINTS 替换成 GL_LINES，则两个点将被认为是直线的两个端
点，OpenGL 将会画出一条直线。
我们还可以指定更多的顶点，然后画出更复杂的图形。
另一方面，glBegin 支持的方式除了 GL_POINTS 和 GL_LINES，还有 GL_LINE_STRIP，GL_LINE_LOOP，
GL_TRIANGLES，GL_TRIANGLE_STRIP，GL_TRIANGLE_FAN 等，每种方式的大致效果见下图：
声明：该图片来自 www.opengl.org，该图片是《OpenGL 编程指南》一书的附图，由于该书的旧版（第一版，
1994 年）已经流传于网络，我希望没有触及到版权问题。
我并不准备在 glBegin 的各种方式上大作文章。大家可以自己尝试改变 glBegin 的方式和顶点的位置，生成
一些有趣的图案。
程序代码：
void myDisplay(void)
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glBegin( /* 在这里填上你所希望的模式 */ );
/* 在这里使用 glVertex*系列函数 */
/* 指定你所希望的顶点位置 */
glEnd();
glFlush();
}
把这段代码改成你喜欢的样子，然后用它替换第一课中的 myDisplay 函数，编译后即可运行。
两个例子
例一、画一个圆
/*
正四边形，正五边形，正六边形，……，直到正 n 边形，当 n 越大时，这个图形就越接近圆
当 n 大到一定程度后，人眼将无法把它跟真正的圆相区别
这时我们已经成功的画出了一个“圆”
（注：画圆的方法很多，这里使用的是比较简单，但效率较低的一种）
试修改下面的 const int n 的值，观察当 n=3,4,5,8,10,15,20,30,50 等不同数值时输出的变化情况
将 GL_POLYGON 改为 GL_LINE_LOOP、GL_POINTS 等其它方式，观察输出的变化情况
*/
#include
const int n = 20;
const GLfloat R = 0.5f;
const GLfloat Pi = 3.1415926536f;
void myDisplay(void)
{
int i;
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glBegin(GL_POLYGON);
for(i=0; i
const GLfloat Pi = 3.1415926536f;
void myDisplay(void)
{
GLfloat a = 1 / (2-2*cos(72*Pi/180));
GLfloat bx = a * cos(18 * Pi/180);
GLfloat by = a * sin(18 * Pi/180);
GLfloat cy = -a * cos(18 * Pi/180);
GLfloat
PointA[2] = { 0, a },
PointB[2] = { bx, by },
PointC[2] = { 0.5, cy },
PointD[2] = { -0.5, cy },
PointE[2] = { -bx, by };
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
// 按照 A->C->E->B->D->A 的顺序，可以一笔将五角星画出
glBegin(GL_LINE_LOOP);
glVertex2fv(PointA);
glVertex2fv(PointC);
glVertex2fv(PointE);
glVertex2fv(PointB);
glVertex2fv(PointD);
glEnd();
glFlush();
}
例三、画出正弦函数的图形
/*
由于 OpenGL 默认坐标值只能从-1 到 1，（可以修改，但方法留到以后讲）
所以我们设置一个因子 factor，把所有的坐标值等比例缩小，
这样就可以画出更多个正弦周期
试修改 factor 的值，观察变化情况
*/
#include
const GLfloat factor = 0.1f;
void myDisplay(void)
{
GLfloat x;
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glBegin(GL_LINES);
glVertex2f(-1.0f, 0.0f);
glVertex2f(1.0f, 0.0f); // 以上两个点可以画 x 轴
glVertex2f(0.0f, -1.0f);
glVertex2f(0.0f, 1.0f); // 以上两个点可以画 y 轴
glEnd();
glBegin(GL_LINE_STRIP);
for(x=-1.0f/factor; x<1.0f/factor; x+=0.01f)
{
glVertex2f(x*factor, sin(x)*factor);
}
glEnd();
glFlush();
}
小结
本课讲述了点、直线和多边形的概念，以及如何使用 OpenGL 来描述点，并使用点来描述几何图形。
大家可以发挥自己的想象，画出各种几何图形，当然，也可以用 GL_LINE_STRIP 把很多位置相近的点连
接起来，构成函数图象。如果有兴趣，也可以去找一些图象比较美观的函数，自己动手，用 OpenGL 把它
画出来。
3.第三课：
1、关于点
点的大小默认为 1 个像素，但也可以改变之。改变的命令为 glPointSize，其函数原型如下：
void glPointSize(GLfloat size);
size 必须大于 0.0f，默认值为 1.0f，单位为“像素”。
注意：对于具体的 OpenGL 实现，点的大小都有个限度的，如果设置的 size 超过最大值，则设置可能会有
问题。
例子：
void myDisplay(void)
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glPointSize(5.0f);
glBegin(GL_POINTS);
glVertex2f(0.0f, 0.0f);
glVertex2f(0.5f, 0.5f);
glEnd();
glFlush();
}
2、关于直线
（1）直线可以指定宽度：
void glLineWidth(GLfloat width);
其用法跟 glPointSize 类似。
（2）画虚线。
首先，使用 glEnable(GL_LINE_STIPPLE);来启动虚线模式（使用 glDisable(GL_LINE_STIPPLE)可以关闭之）。
然后，使用 glLineStipple 来设置虚线的样式。
void glLineStipple(GLint factor, GLushort pattern);
pattern 是由 1 和 0 组成的长度为 16 的序列，从最低位开始看，如果为 1，则直线上接下来应该画的 factor
个点将被画为实的；如果为 0，则直线上接下来应该画的 factor 个点将被画为虚的。
以下是一些例子：
声明：该图片来自 www.opengl.org，该图片是《OpenGL 编程指南》一书的附图，由于该书的旧版（第一版，
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