OpenGL入门(1)

注：本文用全角括号“（）”表示转义或注释，原括号用途全部使用半角括号“()”。

步入新阶段，开发方向从Computer Vision转向了图形处理，需要学习OpenGL相关的开发技术。在Mentor的建议下，我采用了经典的“红宝书”(以下称Redbook)——OpenGL编程指南(原书OpenGL Programming Guide，作者Dave Shreiner)作为学习指导书。在OpenGL入门系列里，我准备根据书中的一些要点结合例程写一些自己的体会分享。

Redbook在一开始便提到，“OpenGL(Open Graphics Library，GL图形库)图形系统是图形硬件的一个软件接口”，首先OpenGL是基于图形硬件的，如nvidia或amd的GPU，其次是一个软件接口，使得我们可以通过软件程序调用接口函数，实现精彩的图形呈现。书中还提到，“OpenGL实际上是一种独立于硬件的程序接口规范。在一种特定类型的硬件上，所使用的是它的一种特定实现”。这句话我理解的意思是，OpenGL本身是一种平台无关的抽象的接口规范，在不同情况下有不同的实现，在基于特定硬件时有针对性的具体实现。

在第1章中，Redbook提到了几个需要掌握的概念和观点：OpenGL程序的基本结构、函数的语法、OpenGL渲染管线的操作序列、渲染复杂性、OpenGL是一个状态机、OpenGL渲染管线、GLUT(GL Utility Toolkit)。

1.1 什么是OpenGL

OpenGL是一种“流线型”接口规范。为了能在不同硬件平台上实现，OpenGL并不包含用于执行窗口任务或者获取用户输入之类的函数；需要通过窗口系统来控制程序所使用的特定硬件。OpenGL的程序中，通过基本几何图元（如点、直线和多边形）来创建需要的复杂物体模型。

Redbook通过列举一系列封面彩图为例子介绍OpenGL渲染的流程。例子用线框模型(wireframe model)显示场景，使用大气效果(合称为“雾”)加入了深度提示(depth-cue)，加入抗锯齿(antialiased)效果，分别进行单调着色(flat-shading)和平滑着色(smoth-shading)，在场景上添加阴影(shadow)和纹理(texture)效果，其中纹理贴图(texture mapping)可以将一幅2D图像投射到一个3D物体上，随后还添加了运动模糊(motion-blurred)、展示角度转换、景深效果(depth-of-field effect)等高级效果。这是一个具体的例子，我们可以从中总结出OpenGL对场景中图像进行渲染时的主要图形操作：

(1). 根据几何图元创建形状，建立物体的数学描述；

(2). 在3D空间中排列物体，选择视角；

(3). 计算颜色；

(4). 把物体的数学描述和物体相关颜色信息转换为屏幕上的像素，即光栅化(rasterization)。

在有些OpenGL实现中，显示所创建的图形的计算机和运行图形程序的计算机可以不同，运行图形程序并发出绘图命令的计算机称为客户机(client)，接收这些命令并执行绘图任务的计算机称为服务器(server)。客户机发给服务器的命令的传输格式（协议）总是相同的，因此OpenGL程序可以通过网络运行。

OpenGL一系列相关的处理阶段叫做OpenGL渲染管线(pipeline)。管线分为固定管线(fix pipeline)和可编程管线(programmable pipeline)。当你使用固定管线时，可以设置OpenGL的各种状态并使得一直生效直到再次修改。因此，OpenGL实际上是一个状态机。而如果使用可编程管线的着色器(shader)，根据不同版本，shader所能识别的状态的数量也不同。

1.2 OpenGL相关库函数

GLU：工具函数库，函数前缀glu

GLX：使用X窗口系统的扩展，函数前缀glX

-WGL：MS Windows系统的扩展接口，函数前缀wgl

-AGL：Mac OS系统的扩展接口，函数前缀agl

-CGL：Mac OS系统的扩展接口，函数前缀cgl

1.2.1 包含文件

OpenGL

#include <GL/gl.h>（一般放在系统头文件包含目录中，比如UNIX中放在/usr/include/）

提供操作系统和窗口系统

#include <GL/glu.h>

扩展

#include "glext.h"

窗口接口库

#include <X11/xlib.h>

#include <GL/glx.h>

Windows中包含如下获得对WGL函数的访问

#include <windows.h>

GLUT

#include <freeglut.h>（glut.h和freeglut.h都已经包含了gl.h和glu.h，还保证在包含gl.h和glu.h之前正确地定义了所有依赖操作系统的内部的宏）

OpenGL3.1

#include <GL3/gl3.h>

#include <GL3/gl3ext.h>