CS184.1X 計算機圖形學導論 第6講 學習筆記
L6V1：OPENGL 1:概述
1.OpenGL簡介
1）圖形程式設計介面（Graphics API），介於程式設計者和實際的圖形硬體；
2）執行的統一指令集具有可移植性。
2.為什麼需要OpenGL？
面向三維計算機圖形的高階語言，具備許多2D/3D圖形的基本處理功能。
3.OpenGL渲染管線
OpenGL具備對圖形和影象的初始處理功能，其實際上是一個使用掃描轉換器的光柵化程式。主流程第一步，針對圖形，首先利用頂點著色器進行幾何初始運算處理，而影象，則是進行畫素操作；第二步則是進行掃描轉換（光柵化），確定螢幕上圖形頂點所具體對應的畫素；主流程第三步，片元操作，確定每個形狀的可見畫素的輸出顏色，最後輸出到幀快取。
L6V2：OPENGL 1:快取和矩陣
1.快取分類 ：顏色快取（GLUT_RGB）、深度快取（GLUT_DEPTH）、累積快取（GLUT_ACCUM）、模板快取（GLUT_STENCIL）、單快取（GLUT_SINGLE）、雙快取（GLUT_DOUBLE）;
2.為了 移植性 ，OpenGL沒有包含任何視窗系統互動的特性；但可以使用替代品：GLUT和一些其它的工具包（Motif、GLX、Tcl/Tk），均實現了回撥，可以相應滑鼠和鍵盤訊息。
3.基本模式設定：
1 int main(int argc, char** argv)
2 {
3...
4
5glutInit(&argc, argv);
6
7// Requests the type of buffers (Single, RGB).
8// Think about what buffers you would need...
9
10glutInitDisplayMode (GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB | GLUT_DEPTH);
11
12glutInitWindowSize (500, 500);
13glutInitWindowPosition (100, 100);
14glutCreateWindow ("Simple Demo with Shaders");
15
16GLenum err = glewInit() ;
17if (GLEW_OK != err) {
18std::cerr << "Error: " << glewGetString(err) << std::endl;
19}
20
21init();
22
23...
24 }
4.訊息回撥：
1// Now, we define callbacks and functions for various tasks. 2glutDisplayFunc(display); 3glutReshapeFunc(reshape) ; 4glutKeyboardFunc(keyboard); 5glutMouseFunc(mouse) ; 6glutMotionFunc(mousedrag) ;
5.檢視 （取決於物體位置和攝像機的屬性）
1）兩種矩陣棧（舊式風格）：GL_MODELVIEW_MATRIX、GL_PROJECTION_MATRIX，用於物體和攝像機的矩陣變換；
2）一般情況下，攝像機位於座標系原點上，朝向-Z方向；
3）在OpenGL中，矩陣元素儲存是列優先的；在新的GLM中，矩陣元素儲存為行優先，在編碼中需要重點注意；
6.Base initialization code for viewing
1 void init (void)
2 {
3...
4
5/* select clearing color*/
6glClearColor (0.0, 0.0, 0.0, 0.0);
7
8/* initialize viewing values*/
9glMatrixMode(GL_PROJECTION);
10glLoadIdentity();//讀入單位矩陣
11
12// Think about this.Why is the up vector not normalized?
13glMatrixMode(GL_MODELVIEW) ;
14glLoadIdentity() ;//讀入單位矩陣
15
16gluLookAt(0,-eyeloc,eyeloc,0,0,0,0,1,1) ;//OpenGL會自動進行單位化
17
18...
19 }
L6V3：OPENGL 1:視窗系統互動和回撥函式
1.視窗系統互動 -> GLUT （Not part of OpenGL）
2.reshape()和mousedrag()
1）reshape( )始終保持投影區域的寬高比與視窗一致
1 void reshape(int w, int h)
2 {
3windowWidth = w;
4windowHeight = h;
5glViewport (0, 0, (GLsizei) w, (GLsizei) h);
6glMatrixMode(GL_PROJECTION);
7glLoadIdentity();
8gluPerspective(30.0, (GLdouble)w/(GLdouble)h, 1.0, 10.0) ;
9 }
2）mousedrag( )：通過按住滑鼠鍵拖動，來修改攝像機座標來實現縮放功能
1 void mousedrag(int x, int y) {
2int yloc = y - mouseoldy;// We will use the y coord to zoom in/out
3eyeloc+= 0.005*yloc ;// Where do we look from
4if (eyeloc < 0) eyeloc = 0.0 ;
5mouseoldy = y ;
6
7/* Set the eye location */
8glMatrixMode(GL_MODELVIEW) ;
9glLoadIdentity() ;
10gluLookAt(0,-eyeloc,eyeloc,0,0,0,0,1,1) ;
11
12glutPostRedisplay() ;
13 }
其中， glutPostRedisplay()告訴GLUT儘可能快地排隊等候顯示函式，然後重繪場景進行顯示。
L6V4：OPENGL 1：繪製
1.Geometry：
1）Point(GL_POINTS)；
2）Line segments(GL_LINES)；
3）Polygons（複雜圖形採用GLU進行三角化）；
4）其他特殊圖形（GLUT引入），如Sphere、teapot、cube。
2.舊式繪製方法 （採用客戶伺服器模型形式） ->易上手
1）將頂點新增在 glBegin()...glEnd()中間；
2）在定義頂點前，必須先定義顏色；
1 void display(void){
2glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
3
4glBegin(GL_POLYGON);
5
6glColor3f(1.0, 0.0, 0.0);
7glVertex3f(0.5, 0.5, 0.0);
8glColor3f(0.0, 1.0, 0.0);
9glVertex3f(-0.5, 0.5, 0.0);
10glColor3f(0.0, 0.0, 1.0);
11glVertex3f(-0.5, -0.5, 0.0);
12glColor3f(1.0, 1.0, 1.0);
13glVertex3f(0.5, -0.5, 0.0);
14
15glEnd();
16glFlush();
17 }
其中， glFlush( )為同步指令，清理佇列。
3.新式繪製方法 （Vertex Buffer Objects）
1）定義多種型別的資訊，分為頂點陣列、顏色陣列、索引陣列；
2）建立頂點快取物件、圖元型別、快取偏移量；
3）繫結快取；
備註：此處詳細看作業程式碼部分。
L6V5：OPENGL 1：初始化著色器
1.步驟：
1）Create shader(Vertex and Fragment);
2）Compile shader;
3）Attach shader to program;
4）Link program;
5）Use program。