OpenGL入门学习[二]

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OpenGL入门学习[六]
今天要讲的是动画制作——可能是各位都很喜欢的。除了讲授知识外，我们还会让昨天那个“太阳、地球和月亮”天体图画动起来。缓和一下枯燥的气氛。
本次课程，我们将进入激动人心的计算机动画世界。
想必大家都知道电影和动画的工作原理吧？是的，快速的把看似连续的画面一幅幅的呈现在人们面前。一旦每秒钟呈现的画面超过24幅，人们就会错以为它是连续的。
我们通常观看的电视，每秒播放25或30幅画面。但对于计算机来说，它可以播放更多的画面，以达到更平滑的效果。如果速度过慢，画面不够平滑。如果速度过快，则人眼未必就能反应得过来。对于一个正常人来说，每秒60~120幅图画是比较合适的。具体的数值因人而异。
假设某动画一共有n幅画面，则它的工作步骤就是：
显示第1幅画面，然后等待一小段时间，直到下一个1/24秒
显示第2幅画面，然后等待一小段时间，直到下一个1/24秒
……
显示第n幅画面，然后等待一小段时间，直到下一个1/24秒
结束
如果用C语言伪代码来描述这一过程，就是：
for(i=0; i<n; ++i)
{
DrawScene(i);
Wait();
}
1、双缓冲技术
在计算机上的动画与实际的动画有些不同：实际的动画都是先画好了，播放的时候直接拿出来显示就行。计算机动画则是画一张，就拿出来一张，再画下一张，再拿出来。如果所需要绘制的图形很简单，那么这样也没什么问题。但一旦图形比较复杂，绘制需要的时间较长，问题就会变得突出。
让我们把计算机想象成一个画图比较快的人，假如他直接在屏幕上画图，而图形比较复杂，则有可能在他只画了某幅图的一半的时候就被观众看到。而后面虽然他把画补全了，但观众的眼睛却又没有反应过来，还停留在原来那个残缺的画面上。也就是说，有时候观众看到完整的图象，有时却又只看到残缺的图象，这样就造成了屏幕的闪烁。
如何解决这一问题呢？我们设想有两块画板，画图的人在旁边画，画好以后把他手里的画板与挂在屏幕上的画板相交换。这样以来，观众就不会看到残缺的画了。这一技术被应用到计算机图形中，称为双缓冲技术。即：在存储器（很有可能是显存）中开辟两块区域，一块作为发送到显示器的数据，一块作为绘画的区域，在适当的时候交换它们。由于交换两块内存区域实际上只需要交换两个指针，这一方法效率非常高，所以被广泛的采用。
注意：虽然绝大多数平台都支持双缓冲技术，但这一技术并不是OpenGL标准中的内容。OpenGL为了保证更好的可移植性，允许在实现时不使用双缓冲技术。当然，我们常用的PC都是支持双缓冲技术的。
要启动双缓冲功能，最简单的办法就是使用GLUT工具包。我们以前在main函数里面写：
glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_SINGLE);
其中GLUT_SINGLE表示单缓冲，如果改成GLUT_DOUBLE就是双缓冲了。
当然还有需要更改的地方——每次绘制完成时，我们需要交换两个缓冲区，把绘制好的信息用于屏幕显示（否则无论怎么绘制，还是什么都看不到）。如果使用GLUT工具包，也可以很轻松的完成这一工作，只要在绘制完成时简单的调用glutSwapBuffers函数就可以了。
2、实现连续动画
似乎没有任何疑问，我们应该把绘制动画的代码写成下面这个样子：
for(i=0; i<n; ++i)
{
DrawScene(i);
glutSwapBuffers();
Wait();
}
但事实上，这样做不太符合窗口系统的程序设计思路。还记得我们的第一个OpenGL程序吗？我们在main函数里写：glutDisplayFunc(&myDisplay);
意思是对系统说：如果你需要绘制窗口了，请调用myDisplay这个函数。为什么我们不直接调用myDisplay，而要采用这种看似“舍近求远”的做法呢？原因在于——我们自己的程序无法掌握究竟什么时候该绘制窗口。因为一般的窗口系统——拿我们熟悉一点的来说——Windows和X窗口系统，都是支持同时显示多个窗口的。假如你的程序窗口碰巧被别的窗口遮住了，后来用户又把原来遮住的窗口移开，这时你的窗口需要重新绘制。很不幸的，你无法知道这一事件发生的具体时间。因此这一切只好委托操作系统来办了。
现在我们再看上面那个循环。既然DrawScene都可以交给操作系统来代办了，那让整个循环运行起来的工作是否也可以交给操作系统呢？答案是肯定的。我们先前的思路是：绘制，然后等待一段时间；再绘制，再等待一段时间。但如果去掉等待的时间，就变成了绘制，绘制，……，不停的绘制。——当然了，资源是公用的嘛，杀毒软件总要工作吧？我的下载不能停下来吧？我的mp3播放还不能给耽搁了。总不能因为我们的动画，让其他的工作都停下来。因此，我们需要在CPU空闲的时间绘制。
这里的“在CPU空闲的时间绘制”和我们在第一课讲的“在需要绘制的时候绘制”有些共通，都是“在XX时间做XX事”，GLUT工具包也提供了一个比较类似的函数：glutIdleFunc，表示在CPU空闲的时间调用某一函数。其实GLUT还提供了一些别的函数，例如“在键盘按下时做某事”等。
到现在，我们已经可以初步开始制作动画了。好的，就拿上次那个“太阳、地球和月亮”的程序开刀，让地球和月亮自己动起来。
Code:

---

#include <GL/glut.h>
// 太阳、地球和月亮
// 假设每个月都是30天
// 一年12个月，共是360天
static int day = 200; // day的变化：从0到359
void myDisplay(void)
{
/****************************************************
这里的内容照搬上一课的，只因为使用了双缓冲，补上最后这句
*****************************************************/
glutSwapBuffers();
}
void myIdle(void)
{
/* 新的函数，在空闲时调用，作用是把日期往后移动一天并重新绘制，达到动画效果 */
++day;
if( day >= 360 )
day = 0;
myDisplay();
}
int main(int argc, char *argv[])
{
glutInit(&argc, argv);
glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_DOUBLE); // 修改了参数为GLUT_DOUBLE
glutInitWindowPosition(100, 100);
glutInitWindowSize(400, 400);
glutCreateWindow("太阳，地球和月亮"); // 改了窗口标题
glutDisplayFunc(&myDisplay);
glutIdleFunc(&myIdle); // 新加入了这句
glutMainLoop();
return 0;
}
3、关于垂直同步
代码是写好了，但相信大家还有疑问。某些朋友可能在运行时发现，虽然CPU几乎都用上了，但运动速度很快，根本看不清楚，另一些朋友在运行时发现CPU使用率很低，根本就没有把空闲时间完全利用起来。但对于上面那段代码来说，这些现象都是合理的。这里就牵涉到关于垂直同步的问题。
大家知道显示器的刷新率是比较有限的，一般为60~120Hz，也就是一秒钟刷新60~120次。但如果叫计算机绘制一个简单的画面，例如只有一个三角形，则一秒钟可以绘制成千上万次。因此，如果最大限度的利用计算机的处理能力，绘制很多幅画面，但显示器的刷新速度却跟不上，这不仅造成性能的浪费，还可能带来一些负面影响（例如，显示器只刷新到一半时，需要绘制的内容却变化了，由于显示器是逐行刷新的，于是显示器上半部分和下半部分实际上是来自两幅画面）。采用垂直同步技术可以解决这一问题。即，只有在显示器刷新时，才把绘制好的图象传输出去供显示。这样一来，计算机就不必去绘制大量的根本就用不到的图象了。如果显示器的刷新率为85Hz，则计算机一秒钟只需要绘制85幅图象就足够，如果场景足够简单，就会造成比较多的CPU空闲。
几乎所有的显卡都支持“垂直同步”这一功能。
垂直同步也有它的问题。如果刷新频率为60Hz，则在绘制比较简单的场景时，绘制一幅图画需要的时间很段，帧速可以恒定在60FPS（即60帧/秒）。如果场景变得复杂，绘制一幅图画的时间超过了1/60秒，则帧速将急剧下降。
如果绘制一幅图画的时间为1/50，则在第一个1/60秒时，显示器需要刷新了，但由于新的图画没有画好，所以只能显示原来的图画，等到下一个1/60秒时才显示新的图画。于是显示一幅图画实际上用了1/30秒，帧速为30FPS。（如果不采用垂直同步，则帧速应该是50FPS）
如果绘制一幅图画的时间更长，则下降的趋势就是阶梯状的：60FPS，30FPS，20FPS，……（60/1，60/2，60/3，……）
如果每一幅图画的复杂程度是不一致的，且绘制它们需要的时间都在1/60上下。则在1/60时间内画完时，帧速为60FPS，在1/60时间未完成时，帧速为30FPS，这就造成了帧速的跳动。这是很麻烦的事情，需要避免它——要么想办法简化每一画面的绘制时间，要么都延迟一小段时间，以作到统一。
回过头来看前面的问题。如果使用了大量的CPU而且速度很快无法看清，则打开垂直同步可以解决该问题。当然如果你认为垂直同步有这样那样的缺点，也可以关闭它。——至于如何打开和关闭，因操作系统而异了。具体步骤请自己搜索之。
当然，也有其它办法可以控制动画的帧速，或者尽量让动画的速度尽量和帧速无关。不过这里面很多内容都是与操作系统比较紧密的，况且它们跟OpenGL关系也不太大。这里就不做介绍了。
4、计算帧速
不知道大家玩过3D Mark这个软件没有，它可以运行各种场景，测出帧速，并且为你的系统给出评分。这里我也介绍一个计算帧速的方法。
根据定义，帧速就是一秒钟内播放的画面数目（FPS）。我们可以先测量绘制两幅画面之间时间t，然后求它的倒数即可。假如t=0.05s，则FPS的值就是1/0.05=20。
理论上是如此了，可是如何得到这个时间呢？通常C语言的time函数精确度一般只到一秒，肯定是不行了。clock函数也就到十毫秒左右，还是有点不够。因为FPS为60和FPS为100的时候，t的值都是十几毫秒。
你知道如何测量一张纸的厚度吗？一个粗略的办法就是：用很多张纸叠在一起测厚度，计算平均值就可以了。我们这里也可以这样办。测量绘制50幅画面（包括垂直同步等因素的等待时间）需要的时间t'，由t'=t*50很容易的得到FPS=1/t=50/t'
下面这段代码可以统计该函数自身的调用频率，（原理就像上面说的那样），程序并不复杂，并且这并不属于OpenGL的内容，所以我不打算详细讲述它。

Code:

---

#include <time.h>
double CalFrequency()
{
static int count;
static double save;
static clock_t last, current;
double timegap;
++count;
if( count <= 50 )
return save;
count = 0;
last = current;
current = clock();
timegap = (current-last)/(double)CLK_TCK;
save = 50.0/timegap;
return save;
}

---

最后，要把计算的帧速显示出来，但我们并没有学习如何使用OpenGL把文字显示到屏幕上。——但不要忘了，在我们的图形窗口背后，还有一个命令行窗口~使用printf函数就可以轻易的输出文字了。
#include <stdio.h>
double FPS = CalFrequency();
printf("FPS = %f\n", FPS);
最后的一步，也被我们解决了——虽然做法不太雅观，没关系，以后我们还会改善它的。
时间过得太久，每次给的程序都只是一小段，一些朋友难免会出问题。
现在，我给出一个比较完整的程序，供大家参考。

Code:

---

#include <GL/glut.h>
#include <stdio.h>
#include <time.h>
// 太阳、地球和月亮
// 假设每个月都是12天
// 一年12个月，共是360天
static int day = 200; // day的变化：从0到359
double CalFrequency()
{
static int count;
static double save;
static clock_t last, current;
double timegap;
++count;
if( count <= 50 )
return save;
count = 0;
last = current;
current = clock();
timegap = (current-last)/(double)CLK_TCK;
save = 50.0/timegap;
return save;
}
void myDisplay(void)
{
double FPS = CalFrequency();
printf("FPS = %f\n", FPS);
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
gluPerspective(75, 1, 1, 400000000);
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity();
gluLookAt(0, -200000000, 200000000, 0, 0, 0, 0, 0, 1);
// 绘制红色的“太阳”
glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);
glutSolidSphere(69600000, 20, 20);
// 绘制蓝色的“地球”
glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);
glRotatef(day/360.0*360.0, 0.0f, 0.0f, -1.0f);
glTranslatef(150000000, 0.0f, 0.0f);
glutSolidSphere(15945000, 20, 20);
// 绘制黄色的“月亮”
glColor3f(1.0f, 1.0f, 0.0f);
glRotatef(day/30.0*360.0 - day/360.0*360.0, 0.0f, 0.0f, -1.0f);
glTranslatef(38000000, 0.0f, 0.0f);
glutSolidSphere(4345000, 20, 20);
glFlush();
glutSwapBuffers();
}
void myIdle(void)
{
++day;
if( day >= 360 )
day = 0;
myDisplay();
}
int main(int argc, char *argv[])
{
glutInit(&argc, argv);
glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_DOUBLE);
glutInitWindowPosition(100, 100);
glutInitWindowSize(400, 400);
glutCreateWindow("太阳，地球和月亮");
glutDisplayFunc(&myDisplay);
glutIdleFunc(&myIdle);
glutMainLoop();
return 0;
}

---

小结：
OpenGL动画和传统意义上的动画相似，都是把画面一幅一幅的呈现在观众面前。一旦画面变换的速度快了，观众就会认为画面是连续的。
双缓冲技术是一种在计算机图形中普遍采用的技术，绝大多数OpenGL实现都支持双缓冲技术。
通常都是利用CPU空闲的时候绘制动画，但也可以有其它的选择。
介绍了垂直同步的相关知识。
介绍了一种简单的计算帧速（FPS）的方法。
最后，我们列出了一份完整的天体动画程序清单。
===================== 第六课 完 =====================
=====================TO BE CONTINUED=====================
OpenGL入门学习[七]
今天要讲的是OpenGL光照的基本知识。虽然内容显得有点多，但条理还算比较清晰，理解起来应该没有困难。即使对于一些内容没有记住，问题也不大——光照部分是一个比较独立的内容，它的学习与其它方面的学习可以分开，不像视图变换那样，影响到许多方面。课程的最后给出了一个有关光照效果的动画演示程序，我想大家会喜欢的。
从生理学的角度上讲，眼睛之所以看见各种物体，是因为光线直接或间接的从它们那里到达了眼睛。人类对于光线强弱的变化的反应，比对于颜色变化的反应来得灵敏。因此对于人类而言，光线很大程度上表现了物体的立体感。
请看图1，图中绘制了两个大小相同的白色球体。其中右边的一个是没有使用任何光照效果的，它看起来就像是一个二维的圆盘，没有立体的感觉。左边的一个是使用了简单的光照效果的，我们通过光照的层次，很容易的认为它是一个三维的物体。

图1
OpenGL对于光照效果提供了直接的支持，只需要调用某些函数，便可以实现简单的光照效果。但是在这之前，我们有必要了解一些基础知识。
一、建立光照模型
在现实生活中，某些物体本身就会发光，例如太阳、电灯等，而其它物体虽然不会发光，但可以反射来自其它物体的光。这些光通过各种方式传播，最后进入我们的眼睛——于是一幅画面就在我们的眼中形成了。
就目前的计算机而言，要准确模拟各种光线的传播，这是无法做到的事情。比如一个四面都是粗糙墙壁的房间，一盏电灯所发出的光线在很短的时间内就会经过非常多次的反射，最终几乎布满了房间的每一个角落，这一过程即使使用目前运算速度最快的计算机，也无法精确模拟。不过，我们并不需要精确的模拟各种光线，只需要找到一种近似的计算方式，使它的最终结果让我们的眼睛认为它是真实的，这就可以了。
OpenGL在处理光照时采用这样一种近似：把光照系统分为三部分，分别是光源、材质和光照环境。光源就是光的来源，可以是前面所说的太阳或者电灯等。材质是指接受光照的各种物体的表面，由于物体如何反射光线只由物体表面决定（OpenGL中没有考虑光的折射），材质特点就决定了物体反射光线的特点。光照环境是指一些额外的参数，它们将影响最终的光照画面，比如一些光线经过多次反射后，已经无法分清它究竟是由哪个光源发出，这时，指定一个“环境亮度”参数，可以使最后形成的画面更接近于真实情况。
在物理学中，光线如果射入理想的光滑平面，则反射后的光线是很规则的（这样的反射称为镜面反射）。光线如果射入粗糙的、不光滑的平面，则反射后的光线是杂乱的（这样的反射称为漫反射）。现实生活中的物体在反射光线时，并不是绝对的镜面反射或漫反射，但可以看成是这两种反射的叠加。对于光源发出的光线，可以分别设置其经过镜面反射和漫反射后的光线强度。对于被光线照射的材质，也可以分别设置光线经过镜面反射和漫反射后的光线强度。这些因素综合起来，就形成了最终的光照效果。
二、法线向量
根据光的反射定律，由光的入射方向和入射点的法线就可以得到光的出射方向。因此，对于指定的物体，在指定了光源后，即可计算出光的反射方向，进而计算出光照效果的画面。在OpenGL中，法线的方向是用一个向量来表示。
不幸的是，OpenGL并不会根据你所指定的多边形各个顶点来计算出这些多边形所构成的物体的表面的每个点的法线（这话听着有些迷糊），通常，为了实现光照效果，需要在代码中为每一个顶点指定其法线向量。
指定法线向量的方式与指定颜色的方式有雷同之处。在指定颜色时，只需要指定每一个顶点的颜色，OpenGL就可以自行计算顶点之间的其它点的颜色。并且，颜色一旦被指定，除非再指定新的颜色，否则以后指定的所有顶点都将以这一向量作为自己的颜色。在指定法线向量时，只需要指定每一个顶点的法线向量，OpenGL会自行计算顶点之间的其它点的法线向量。并且，法线向量一旦被指定，除非再指定新的法线向量，否则以后指定的所有顶点都将以这一向量作为自己的法线向量。使用glColor*函数可以指定颜色，而使用glNormal*函数则可以指定法线向量。
注意：使用glTranslate*函数或者glRotate*函数可以改变物体的外观，但法线向量并不会随之改变。然而，使用glScale*函数，对每一坐标轴进行不同程度的缩放，很有可能导致法线向量的不正确，虽然OpenGL提供了一些措施来修正这一问题，但由此也带来了各种开销。因此，在使用了法线向量的场合，应尽量避免使用glScale*函数。即使使用，也最好保证各坐标轴进行等比例缩放。
三、控制光源
在OpenGL中，仅仅支持有限数量的光源。使用GL_LIGHT0表示第0号光源，GL_LIGHT1表示第1号光源，依次类推，OpenGL至少会支持8个光源，即GL_LIGHT0到GL_LIGHT7。使用glEnable函数可以开启它们。例如，glEnable(GL_LIGHT0);可以开启第0号光源。使用glDisable函数则可以关闭光源。一些OpenGL实现可能支持更多数量的光源，但总的来说，开启过多的光源将会导致程序运行速度的严重下降，玩过3D Mark的朋友可能多少也有些体会。一些场景中可能有成百上千的电灯，这时可能需要采取一些近似的手段来进行编程，否则以目前的计算机而言，是无法运行这样的程序的。
每一个光源都可以设置其属性，这一动作是通过glLight*函数完成的。glLight*函数具有三个参数，第一个参数指明是设置哪一个光源的属性，第二个参数指明是设置该光源的哪一个属性，第三个参数则是指明把该属性值设置成多少。光源的属性众多，下面将分别介绍。
（1）GL_AMBIENT、GL_DIFFUSE、GL_SPECULAR属性。这三个属性表示了光源所发出的光的反射特性（以及颜色）。每个属性由四个值表示，分别代表了颜色的R, G, B, A值。GL_AMBIENT表示该光源所发出的光，经过非常多次的反射后，最终遗留在整个光照环境中的强度（颜色）。GL_DIFFUSE表示该光源所发出的光，照射到粗糙表面时经过漫反射，所得到的光的强度（颜色）。GL_SPECULAR表示该光源所发出的光，照射到光滑表面时经过镜面反射，所得到的光的强度（颜色）。
（2）GL_POSITION属性。表示光源所在的位置。由四个值（X, Y, Z, W）表示。如果第四个值W为零，则表示该光源位于无限远处，前三个值表示了它所在的方向。这种光源称为方向性光源，通常，太阳可以近似的被认为是方向性光源。如果第四个值W不为零，则X/W, Y/W, Z/W表示了光源的位置。这种光源称为位置性光源。对于位置性光源，设置其位置与设置多边形顶点的方式相似，各种矩阵变换函数例如：glTranslate*、glRotate*等在这里也同样有效。方向性光源在计算时比位置性光源快了不少，因此，在视觉效果允许的情况下，应该尽可能的使用方向性光源。
（3）GL_SPOT_DIRECTION、GL_SPOT_EXPONENT、GL_SPOT_CUTOFF属性。表示将光源作为聚光灯使用（这些属性只对位置性光源有效）。很多光源都是向四面八方发射光线，但有时候一些光源则是只向某个方向发射，比如手电筒，只向一个较小的角度发射光线。GL_SPOT_DIRECTION属性有三个值，表示一个向量，即光源发射的方向。GL_SPOT_EXPONENT属性只有一个值，表示聚光的程度，为零时表示光照范围内向各方向发射的光线强度相同，为正数时表示光照向中央集中，正对发射方向的位置受到更多光照，其它位置受到较少光照。数值越大，聚光效果就越明显。GL_SPOT_CUTOFF属性也只有一个值，表示一个角度，它是光源发射光线所覆盖角度的一半（见图2），其取值范围在0到90之间，也可以取180这个特殊值。取值为180时表示光源发射光线覆盖360度，即不使用聚光灯，向全周围发射。

图2
（4）GL_CONSTANT_ATTENUATION、GL_LINEAR_ATTENUATION、GL_QUADRATIC_ATTENUATION属性。这三个属性表示了光源所发出的光线的直线传播特性（这些属性只对位置性光源有效）。现实生活中，光线的强度随着距离的增加而减弱，OpenGL把这个减弱的趋势抽象成函数：
衰减因子 = 1 / (k1 + k2 * d + k3 * k3 * d)
其中d表示距离，光线的初始强度乘以衰减因子，就得到对应距离的光线强度。k1, k2, k3分别就是GL_CONSTANT_ATTENUATION, GL_LINEAR_ATTENUATION, GL_QUADRATIC_ATTENUATION。通过设置这三个常数，就可以控制光线在传播过程中的减弱趋势。
属性还真是不少。当然了，如果是使用方向性光源，（3）（4）这两类属性就不会用到了，问题就变得简单明了。
四、控制材质
材质与光源相似，也需要设置众多的属性。不同的是，光源是通过glLight*函数来设置的，而材质则是通过glMaterial*函数来设置的。
glMaterial*函数有三个参数。第一个参数表示指定哪一面的属性。可以是GL_FRONT、GL_BACK或者GL_FRONT_AND_BACK。分别表示设置“正面”“背面”的材质，或者两面同时设置。（关于“正面”“背面”的内容需要参看前些课程的内容）第二、第三个参数与glLight*函数的第二、三个参数作用类似。下面分别说明glMaterial*函数可以指定的材质属性。
（1）GL_AMBIENT、GL_DIFFUSE、GL_SPECULAR属性。这三个属性与光源的三个对应属性类似，每一属性都由四个值组成。GL_AMBIENT表示各种光线照射到该材质上，经过很多次反射后最终遗留在环境中的光线强度（颜色）。GL_DIFFUSE表示光线照射到该材质上，经过漫反射后形成的光线强度（颜色）。GL_SPECULAR表示光线照射到该材质上，经过镜面反射后形成的光线强度（颜色）。通常，GL_AMBIENT和GL_DIFFUSE都取相同的值，可以达到比较真实的效果。使用GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE可以同时设置GL_AMBIENT和GL_DIFFUSE属性。
（2）GL_SHININESS属性。该属性只有一个值，称为“镜面指数”，取值范围是0到128。该值越小，表示材质越粗糙，点光源发射的光线照射到上面，也可以产生较大的亮点。该值越大，表示材质越类似于镜面，光源照射到上面后，产生较小的亮点。
（3）GL_EMISSION属性。该属性由四个值组成，表示一种颜色。OpenGL认为该材质本身就微微的向外发射光线，以至于眼睛感觉到它有这样的颜色，但这光线又比较微弱，以至于不会影响到其它物体的颜色。
（4）GL_COLOR_INDEXES属性。该属性仅在颜色索引模式下使用，由于颜色索引模式下的光照比RGBA模式要复杂，并且使用范围较小，这里不做讨论。
五、选择光照模型
这里所说的“光照模型”是OpenGL的术语，它相当于我们在前面提到的“光照环境”。在OpenGL中，光照模型包括四个部分的内容：全局环境光线（即那些充分散射，无法分清究竟来自哪个光源的光线）的强度、观察点位置是在较近位置还是在无限远处、物体正面与背面是否分别计算光照、镜面颜色（即GL_SPECULAR属性所指定的颜色)的计算是否从其它光照计算中分离出来，并在纹理操作以后在进行应用。
以上四方面的内容都通过同一个函数glLightModel*来进行设置。该函数有两个参数，第一个表示要设置的项目，第二个参数表示要设置成的值。
GL_LIGHT_MODEL_AMBIENT表示全局环境光线强度，由四个值组成。
GL_LIGHT_MODEL_LOCAL_VIEWER表示是否在近处观看，若是则设置为GL_TRUE，否则（即在无限远处观看）设置为GL_FALSE。
GL_LIGHT_MODEL_TWO_SIDE表示是否执行双面光照计算。如果设置为GL_TRUE，则OpenGL不仅将根据法线向量计算正面的光照，也会将法线向量反转并计算背面的光照。
GL_LIGHT_MODEL_COLOR_CONTROL表示颜色计算方式。如果设置为GL_SINGLE_COLOR，表示按通常顺序操作，先计算光照，再计算纹理。如果设置为GL_SEPARATE_SPECULAR_COLOR，表示将GL_SPECULAR属性分离出来，先计算光照的其它部分，待纹理操作完成后再计算GL_SPECULAR。后者通常可以使画面效果更为逼真（当然，如果本身就没有执行任何纹理操作，这样的分离就没有任何意义）。
六、最后的准备
到现在可以说是完事俱备了。不过，OpenGL默认是关闭光照处理的。要打开光照处理功能，使用下面的语句：
glEnable(GL_LIGHTING);
要关闭光照处理功能，使用glDisable(GL_LIGHTING);即可。
七、示例程序
到现在，我们已经可以编写简单的使用光照的OpenGL程序了。
我们仍然以太阳、地球作为例子（这次就不考虑月亮了^-^），把太阳作为光源，模拟地球围绕太阳转动时光照的变化。于是，需要设置一个光源——太阳，设置两种材质——太阳的材质和地球的材质。把太阳光线设置为白色，位置在画面正中。把太阳的材质设置为微微散发出红色的光芒，把地球的材质设置为微微散发出暗淡的蓝色光芒，并且反射蓝色的光芒，镜面指数设置成一个比较小的值。简单起见，不再考虑太阳和地球的大小关系，用同样大小的球体来代替之。
关于法线向量。球体表面任何一点的法线向量，就是球心到该点的向量。如果使用glutSolidSphere函数来绘制球体，则该函数会自动的指定这些法线向量，不必再手工指出。如果是自己指定若干的顶点来绘制一个球体，则需要自己指定法线响亮。
由于我们使用的太阳是一个位置性光源，在设置它的位置时，需要利用到矩阵变换。因此，在设置光源的位置以前，需要先设置好各种矩阵。利用gluPerspective函数来创建具有透视效果的视图。我们也将利用前面课程所学习的动画知识，让整个画面动起来。
下面给出具体的代码：
#include <gl/glut.h>
#define WIDTH 400
#define HEIGHT 400
static GLfloat angle = 0.0f;
void myDisplay(void)
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
// 创建透视效果视图
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
gluPerspective(90.0f, 1.0f, 1.0f, 20.0f);
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity();
gluLookAt(0.0, 5.0, -10.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0);
// 定义太阳光源，它是一种白色的光源
{
GLfloat sun_light_position[] = {0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f};
GLfloat sun_light_ambient[] = {0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f};
GLfloat sun_light_diffuse[] = {1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f};
GLfloat sun_light_specular[] = {1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f};
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, sun_light_position);
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, sun_light_ambient);
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, sun_light_diffuse);
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, sun_light_specular);
glEnable(GL_LIGHT0);
glEnable(GL_LIGHTING);
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
}
// 定义太阳的材质并绘制太阳
{
GLfloat sun_mat_ambient[] = {0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f};
GLfloat sun_mat_diffuse[] = {0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f};
GLfloat sun_mat_specular[] = {0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f};
GLfloat sun_mat_emission[] = {0.5f, 0.0f, 0.0f, 1.0f};
GLfloat sun_mat_shininess = 0.0f;
glMaterialfv(GL_FRONT, GL_AMBIENT, sun_mat_ambient);
glMaterialfv(GL_FRONT, GL_DIFFUSE, sun_mat_diffuse);
glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR, sun_mat_specular);
glMaterialfv(GL_FRONT, GL_EMISSION, sun_mat_emission);
glMaterialf (GL_FRONT, GL_SHININESS, sun_mat_shininess);
glutSolidSphere(2.0, 40, 32);
}
// 定义地球的材质并绘制地球
{
GLfloat earth_mat_ambient[] = {0.0f, 0.0f, 0.5f, 1.0f};
GLfloat earth_mat_diffuse[] = {0.0f, 0.0f, 0.5f, 1.0f};
GLfloat earth_mat_specular[] = {0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f};
GLfloat earth_mat_emission[] = {0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f};
GLfloat earth_mat_shininess = 30.0f;
glMaterialfv(GL_FRONT, GL_AMBIENT, earth_mat_ambient);
glMaterialfv(GL_FRONT, GL_DIFFUSE, earth_mat_diffuse);
glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR, earth_mat_specular);
glMaterialfv(GL_FRONT, GL_EMISSION, earth_mat_emission);
glMaterialf (GL_FRONT, GL_SHININESS, earth_mat_shininess);
glRotatef(angle, 0.0f, -1.0f, 0.0f);
glTranslatef(5.0f, 0.0f, 0.0f);
glutSolidSphere(2.0, 40, 32);
}
glutSwapBuffers();
}
void myIdle(void)
{
angle += 1.0f;
if( angle >= 360.0f )
angle = 0.0f;
myDisplay();
}
int main(int argc, char* argv[])
{
glutInit(&argc, argv);
glutInitDisplayMode(GLUT_RGBA | GLUT_DOUBLE);
glutInitWindowPosition(200, 200);
glutInitWindowSize(WIDTH, HEIGHT);
glutCreateWindow("OpenGL光照演示");
glutDisplayFunc(&myDisplay);
glutIdleFunc(&myIdle);
glutMainLoop();
return 0;
}
小结：
本课介绍了OpenGL光照的基本知识。OpenGL把光照分解为光源、材质、光照模式三个部分，根据这三个部分的各种信息，以及物体表面的法线向量，可以计算得到最终的光照效果。
光源、材质和光照模式都有各自的属性，尽管属性种类繁多，但这些属性都只用很少的几个函数来设置。使用glLight*函数可设置光源的属性，使用glMaterial*函数可设置材质的属性，使用glLightModel*函数可设置光照模式。
GL_AMBIENT、GL_DIFFUSE、GL_SPECULAR这三种属性是光源和材质所共有的，如果某光源发出的光线照射到某材质的表面，则最终的漫反射强度由两个GL_DIFFUSE属性共同决定，最终的镜面反射强度由两个GL_SPECULAR属性共同决定。
可以使用多个光源来实现各种逼真的效果，然而，光源数量的增加将造成程序运行速度的明显下降。
在使用OpenGL光照过程中，属性的种类和数量都非常繁多，通常，需要很多的经验才可以熟练的设置各种属性，从而形成逼真的光照效果。（各位也看到了，其实这个课程的示例程序中，属性设置也不怎么好）。然而，设置这些属性的艺术性远远超过了技术性，往往是一些美术制作人员设置好各种属性（并保存为文件），然后由程序员编写的程序去执行绘制工作。因此，即使目前无法熟练运用各种属性，也不必过于担心。如果条件允许，可以玩玩类似3DS MAX之类的软件，对理解光照、熟悉各种属性设置会有一些帮助。
在课程的最后，我们给出了一个样例程序，演示了太阳和地球模型中的光照效果。
OpenGL入门学习[八]

今天介绍关于OpenGL显示列表的知识。本课内容并不多，但需要一些理解能力。在学习时，可以将显示列表与C语言的“函数”进行类比，加深体会。

我们已经知道，使用OpenGL其实只要调用一系列的OpenGL函数就可以了。然而，这种方式在一些时候可能导致问题。比如某个画面中，使用了数千个多边形来表现一个比较真实的人物，OpenGL为了产生这数千个多边形，就需要不停的调用glVertex*函数，每一个多边形将至少调用三次（因为多边形至少有三个顶点），于是绘制一个比较真实的人物就需要调用上万次的glVertex*函数。更糟糕的是，如果我们需要每秒钟绘制60幅画面，则每秒调用的glVertex*函数次数就会超过数十万次，乃至接近百万次。这样的情况是我们所不愿意看到的。
同时，考虑这样一段代码：

const int segments = 100;
const GLfloat pi = 3.14f;
int i;
glLineWidth(10.0);
glBegin(GL_LINE_LOOP);
for(i=0; i<segments; ++i)
{
GLfloat tmp = 2 * pi * i / segments;
glVertex2f(cos(tmp), sin(tmp));
}
glEnd();

这段代码将绘制一个圆环。如果我们在每次绘制图象时调用这段代码，则虽然可以达到绘制圆环的目的，但是cos、sin等开销较大的函数被多次调用，浪费了CPU资源。如果每一个顶点不是通过cos、sin等函数得到，而是使用更复杂的运算方式来得到，则浪费的现象就更加明显。
经过分析，我们可以发现上述两个问题的共同点：程序多次执行了重复的工作，导致CPU资源浪费和运行速度的下降。使用显示列表可以较好的解决上述两个问题。
在编写程序时，遇到重复的工作，我们往往是将重复的工作编写为函数，在需要的地方调用它。类似的，在编写OpenGL程序时，遇到重复的工作，可以创建一个显示列表，把重复的工作装入其中，并在需要的地方调用这个显示列表。
使用显示列表一般有四个步骤：分配显示列表编号、创建显示列表、调用显示列表、销毁显示列表。
一、分配显示列表编号
OpenGL允许多个显示列表同时存在，就好象C语言允许程序中有多个函数同时存在。C语言中，不同的函数用不同的名字来区分，而在OpenGL中，不同的显示列表用不同的正整数来区分。
你可以自己指定一些各不相同的正整数来表示不同的显示列表。但是如果你不够小心，可能出现一个显示列表将另一个显示列表覆盖的情况。为了避免这一问题，使用glGenLists函数来自动分配一个没有使用的显示列表编号。
glGenLists函数有一个参数i，表示要分配i个连续的未使用的显示列表编号。返回的是分配的若干连续编号中最小的一个。例如，glGenLists(3);如果返回20，则表示分配了20、21、22这三个连续的编号。如果函数返回零，表示分配失败。
可以使用glIsList函数判断一个编号是否已经被用作显示列表。
二、创建显示列表
创建显示列表实际上就是把各种OpenGL函数的调用装入到显示列表中。使用glNewList开始装入，使用glEndList结束装入。glNewList有两个参数，第一个参数是一个正整数表示装入到哪个显示列表。第二个参数有两种取值，如果为GL_COMPILE，则表示以下的内容只是装入到显示列表，但现在不执行它们；如果为GL_COMPILE_AND_EXECUTE，表示在装入的同时，把装入的内容执行一遍。
例如，需要把“设置颜色为红色，并且指定一个坐标为(0, 0)的顶点”这两条命令装入到编号为list的显示列表中，并且在装入的时候不执行，则可以用下面的代码：
glNewList(list, GL_COMPILE);
glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);
glVertex2f(0.0f, 0.0f);
glEnd();
注意：显示列表只能装入OpenGL函数，而不能装入其它内容。例如：
int i = 3;
glNewList(list, GL_COMPILE);
if( i > 20 )
glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);
glVertex2f(0.0f, 0.0f);
glEnd();
其中if这个判断就没有被装入到显示列表。以后即使修改i的值，使i>20的条件成立，则glColor3f这个函数也不会被执行。因为它根本就不存在于显示列表中。
另外，并非所有的OpenGL函数都可以装入到显示列表中。例如，各种用于查询的函数，它们无法被装入到显示列表，因为它们都具有返回值，而glCallList和glCallLists函数都不知道如何处理这些返回值。在网络方式下，设置客户端状态的函数也无法被装入到显示列表，这是因为显示列表被保存到服务器端，各种设置客户端状态的函数在发送到服务器端以前就被执行了，而服务器端无法执行这些函数。分配、创建、删除显示列表的动作也无法被装入到另一个显示列表，但调用显示列表的动作则可以被装入到另一个显示列表。
三、调用显示列表
使用glCallList函数可以调用一个显示列表。该函数有一个参数，表示要调用的显示列表的编号。例如，要调用编号为10的显示列表，直接使用glCallList(10);就可以了。
使用glCallLists函数可以调用一系列的显示列表。该函数有三个参数，第一个参数表示了要调用多少个显示列表。第二个参数表示了这些显示列表的编号的储存格式，可以是GL_BYTE（每个编号用一个GLbyte表示），GL_UNSIGNED_BYTE（每个编号用一个GLubyte表示），GL_SHORT，GL_UNSIGNED_SHORT，GL_INT，GL_UNSIGNED_INT，GL_FLOAT。第三个参数表示了这些显示列表的编号所在的位置。在使用该函数前，需要用glListBase函数来设置一个偏移量。假设偏移量为k，且glCallLists中要求调用的显示列表编号依次为l1, l2, l3, ...，则实际调用的显示列表为l1+k, l2+k, l3+k, ...。
例如：
GLuint lists[] = {1, 3, 4, 8};
glListBase(10);
glCallLists(4, GL_UNSIGNED_INT, lists);
则实际上调用的是编号为11, 13, 14, 18的四个显示列表。
注：“调用显示列表”这个动作本身也可以被装在另一个显示列表中。
四、销毁显示列表
销毁显示列表可以回收资源。使用glDeleteLists来销毁一串编号连续的显示列表。
例如，使用glDeleteLists(20, 4);将销毁20，21，22，23这四个显示列表。
使用显示列表将会带来一些开销，例如，把各种动作保存到显示列表中会占用一定数量的内存资源。但如果使用得当，显示列表可以提升程序的性能。这主要表现在以下方面：
1、明显的减少OpenGL函数的调用次数。如果函数调用是通过网络进行的（Linux等操作系统支持这样的方式，即由应用程序在客户端发出OpenGL请求，由网络上的另一台服务器进行实际的绘图操作），将显示列表保存在服务器端，可以大大减少网络负担。
2、保存中间结果，避免一些不必要的计算。例如前面的样例程序中，cos、sin函数的计算结果被直接保存到显示列表中，以后使用时就不必重复计算。
3、便于优化。我们已经知道，使用glTranslate*、glRotate*、glScale*等函数时，实际上是执行矩阵乘法操作，由于这些函数经常被组合在一起使用，通常会出现矩阵的连乘。这时，如果把这些操作保存到显示列表中，则一些复杂的OpenGL版本会尝试先计算出连乘的一部分结果，从而提高程序的运行速度。在其它方面也可能存在类似的例子。
同时，显示列表也为程序的设计带来方便。我们在设置一些属性时，经常把一些相关的函数放在一起调用，（比如，把设置光源的各种属性的函数放到一起）这时，如果把这些设置属性的操作装入到显示列表中，则可以实现属性的成组的切换。
当然了，即使使用显示列表在某些情况下可以提高性能，但这种提高很可能并不明显。毕竟，在硬件配置和大致的软件算法都不变的前提下，性能可提升的空间并不大。
显示列表的内容就是这么多了，下面我们看一个例子。
假设我们需要绘制一个旋转的彩色正四面体，则可以这样考虑：设置一个全局变量angle，然后让它的值不断的增加（到达360后又恢复为0，周而复始）。每次需要绘制图形时，根据angle的值进行旋转，然后绘制正四面体。这里正四面体采用显示列表来实现，即把绘制正四面体的若干OpenGL函数装到一个显示列表中，然后每次需要绘制时，调用这个显示列表即可。
将正四面体的四个顶点颜色分别设置为红、黄、绿、蓝，通过数学计算，将坐标设置为：
(-0.5, -5*sqrt(5)/48, sqrt(3)/6),
( 0.5, -5*sqrt(5)/48, sqrt(3)/6),
( 0, -5*sqrt(5)/48, -sqrt(3)/3),
( 0, 11*sqrt(6)/48, 0)
2007年4月24日修正：以上结果有误，通过计算AB, AC, AD, BC, BD, CD的长度，发现AD, BD, CD的长度与1.0有较大偏差。正确的坐标应该是：
A点：( 0.5, -sqrt(6)/12, -sqrt(3)/6)
B点：( -0.5, -sqrt(6)/12, -sqrt(3)/6)
C点：( 0, -sqrt(6)/12, sqrt(3)/3)
D点：( 0, sqrt(6)/4, 0)
程序代码中也做了相应的修改
下面给出程序代码，大家可以从中体会一下显示列表的用法。

#include <gl/glut.h>
#define WIDTH 400
#define HEIGHT 400
#include <math.h>
#define ColoredVertex(c, v) do{ glColor3fv(c); glVertex3fv(v); }while(0)
GLfloat angle = 0.0f;
void myDisplay(void)
{
static int list = 0;
if( list == 0 )
{
// 如果显示列表不存在，则创建
/* GLfloat
PointA[] = {-0.5, -5*sqrt(5)/48, sqrt(3)/6},
PointB[] = { 0.5, -5*sqrt(5)/48, sqrt(3)/6},
PointC[] = { 0, -5*sqrt(5)/48, -sqrt(3)/3},
PointD[] = { 0, 11*sqrt(6)/48, 0}; */
// 2007年4月27日修改
GLfloat
PointA[] = { 0.5f, -sqrt(6.0f)/12, -sqrt(3.0f)/6},
PointB[] = {-0.5f, -sqrt(6.0f)/12, -sqrt(3.0f)/6},
PointC[] = { 0.0f, -sqrt(6.0f)/12, sqrt(3.0f)/3},
PointD[] = { 0.0f, sqrt(6.0f)/4, 0};
GLfloat
ColorR[] = {1, 0, 0},
ColorG[] = {0, 1, 0},
ColorB[] = {0, 0, 1},
ColorY[] = {1, 1, 0};
list = glGenLists(1);
glNewList(list, GL_COMPILE);
glBegin(GL_TRIANGLES);
// 平面ABC
ColoredVertex(ColorR, PointA);
ColoredVertex(ColorG, PointB);
ColoredVertex(ColorB, PointC);
// 平面ACD
ColoredVertex(ColorR, PointA);
ColoredVertex(ColorB, PointC);
ColoredVertex(ColorY, PointD);
// 平面CBD
ColoredVertex(ColorB, PointC);
ColoredVertex(ColorG, PointB);
ColoredVertex(ColorY, PointD);
// 平面BAD
ColoredVertex(ColorG, PointB);
ColoredVertex(ColorR, PointA);
ColoredVertex(ColorY, PointD);
glEnd();
glEndList();
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
}
// 已经创建了显示列表，在每次绘制正四面体时将调用它
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
glPushMatrix();
glRotatef(angle, 1, 0.5, 0);
glCallList(list);
glPopMatrix();
glutSwapBuffers();
}
void myIdle(void)
{
++angle;
if( angle >= 360.0f )
angle = 0.0f;
myDisplay();
}
int main(int argc, char* argv[])
{
glutInit(&argc, argv);
glutInitDisplayMode(GLUT_RGBA | GLUT_DOUBLE);
glutInitWindowPosition(200, 200);
glutInitWindowSize(WIDTH, HEIGHT);
glutCreateWindow("OpenGL 窗口");
glutDisplayFunc(&myDisplay);
glutIdleFunc(&myIdle);
glutMainLoop();
return 0;
}

在程序中，我们将绘制正四面体的OpenGL函数装到了一个显示列表中，但是，关于旋转的操作却在显示列表之外进行。这是因为如果把旋转的操作也装入到显示列表，则每次旋转的角度都是一样的，不会随着angle的值的变化而变化，于是就不能表现出动态的旋转效果了。
程序运行时，可能感觉到画面的立体感不足，这主要是因为没有使用光照的缘故。如果将glColor3fv函数去掉，改为设置各种材质，然后开启光照效果，则可以产生更好的立体感。大家可以自己试着使用光照效果，唯一需要注意的地方就是法线向量的计算。由于这里的正四面体四个顶点坐标选取得比较特殊，使得正四面体的中心坐标正好是(0, 0, 0)，因此，每三个顶点坐标的平均值正好就是这三个顶点所组成的平面的法线向量的值。

void setNormal(GLfloat* Point1, GLfloat* Point2, GLfloat* Point3)
{
GLfloat normal[3];
int i;
for(i=0; i<3; ++i)
normal[i] = (Point1[i]+Point2[i]+Point3[i]) / 3;
glNormal3fv(normal);
}

限于篇幅，这里就不给出完整的程序了。不过，大家可以自行尝试，看看使用光照后效果有何种改观。尤其是注意四面体各个表面交界的位置，在未使用光照前，几乎看不清轮廓，在使用光照后，可比较容易的区分各个平面，因此立体感得到加强。（见图1，图2）当然了，这样的效果还不够。如果在各表面的交界处设置很多细小的平面，进行平滑处理，则光照后的效果将更真实。但这已经远离本课的内容了。
图一
图二
小结
本课介绍了显示列表的知识和简单的应用。
可以把各种OpenGL函数调用的动作装到显示列表中，以后调用显示列表，就相当于调用了其中的OpenGL函数。显示列表中除了存放对OpenGL函数的调用外，不会存放其它内容。
使用显示列表的过程是：分配一个未使用的显示列表编号，把OpenGL函数调用装入显示列表，调用显示列表，销毁显示列表。
使用显示列表有可能带来程序运行速度的提升，但是这种提升并不一定会很明显。显示列表本身也存在一定的开销。
把绘制固定的物体的OpenGL函数放到一个显示列表中，是一种不错的编程思路。本课最后的例子中使用了这种思路。
OpenGL入门学习[九]
今天介绍关于OpenGL混合的基本知识。混合是一种常用的技巧，通常可以用来实现半透明。但其实它也是十分灵活的，你可以通过不同的设置得到不同的混合结果，产生一些有趣或者奇怪的图象。
混合是什么呢？混合就是把两种颜色混在一起。具体一点，就是把某一像素位置原来的颜色和将要画上去的颜色，通过某种方式混在一起，从而实现特殊的效果。
假设我们需要绘制这样一个场景：透过红色的玻璃去看绿色的物体，那么可以先绘制绿色的物体，再绘制红色玻璃。在绘制红色玻璃的时候，利用“混合”功能，把将要绘制上去的红色和原来的绿色进行混合，于是得到一种新的颜色，看上去就好像玻璃是半透明的。
要使用OpenGL的混合功能，只需要调用：glEnable(GL_BLEND);即可。
要关闭OpenGL的混合功能，只需要调用：glDisable(GL_BLEND);即可。
注意：只有在RGBA模式下，才可以使用混合功能，颜色索引模式下是无法使用混合功能的。
一、源因子和目标因子
前面我们已经提到，混合需要把原来的颜色和将要画上去的颜色找出来，经过某种方式处理后得到一种新的颜色。这里把将要画上去的颜色称为“源颜色”，把原来的颜色称为“目标颜色”。
OpenGL会把源颜色和目标颜色各自取出，并乘以一个系数（源颜色乘以的系数称为“源因子”，目标颜色乘以的系数称为“目标因子”），然后相加，这样就得到了新的颜色。（也可以不是相加，新版本的OpenGL可以设置运算方式，包括加、减、取两者中较大的、取两者中较小的、逻辑运算等，但我们这里为了简单起见，不讨论这个了）
下面用数学公式来表达一下这个运算方式。假设源颜色的四个分量（指红色，绿色，蓝色，alpha值）是(Rs, Gs, Bs, As)，目标颜色的四个分量是(Rd, Gd, Bd, Ad)，又设源因子为(Sr, Sg, Sb, Sa)，目标因子为(Dr, Dg, Db, Da)。则混合产生的新颜色可以表示为：
(Rs*Sr+Rd*Dr, Gs*Sg+Gd*Dg, Bs*Sb+Bd*Db, As*Sa+Ad*Da)
当然了，如果颜色的某一分量超过了1.0，则它会被自动截取为1.0，不需要考虑越界的问题。
源因子和目标因子是可以通过glBlendFunc函数来进行设置的。glBlendFunc有两个参数，前者表示源因子，后者表示目标因子。这两个参数可以是多种值，下面介绍比较常用的几种。
GL_ZERO： 表示使用0.0作为因子，实际上相当于不使用这种颜色参与混合运算。
GL_ONE： 表示使用1.0作为因子，实际上相当于完全的使用了这种颜色参与混合运算。
GL_SRC_ALPHA：表示使用源颜色的alpha值来作为因子。
GL_DST_ALPHA：表示使用目标颜色的alpha值来作为因子。
GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA：表示用1.0减去源颜色的alpha值来作为因子。
GL_ONE_MINUS_DST_ALPHA：表示用1.0减去目标颜色的alpha值来作为因子。
除此以外，还有GL_SRC_COLOR（把源颜色的四个分量分别作为因子的四个分量）、GL_ONE_MINUS_SRC_COLOR、GL_DST_COLOR、GL_ONE_MINUS_DST_COLOR等，前两个在OpenGL旧版本中只能用于设置目标因子，后两个在OpenGL旧版本中只能用于设置源因子。新版本的OpenGL则没有这个限制，并且支持新的GL_CONST_COLOR（设定一种常数颜色，将其四个分量分别作为因子的四个分量）、GL_ONE_MINUS_CONST_COLOR、GL_CONST_ALPHA、GL_ONE_MINUS_CONST_ALPHA。另外还有GL_SRC_ALPHA_SATURATE。新版本的OpenGL还允许颜色的alpha值和RGB值采用不同的混合因子。但这些都不是我们现在所需要了解的。毕竟这还是入门教材，不需要整得太复杂~
举例来说：
如果设置了glBlendFunc(GL_ONE, GL_ZERO);，则表示完全使用源颜色，完全不使用目标颜色，因此画面效果和不使用混合的时候一致（当然效率可能会低一点点）。如果没有设置源因子和目标因子，则默认情况就是这样的设置。
如果设置了glBlendFunc(GL_ZERO, GL_ONE);，则表示完全不使用源颜色，因此无论你想画什么，最后都不会被画上去了。（但这并不是说这样设置就没有用，有些时候可能有特殊用途）
如果设置了glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);，则表示源颜色乘以自身的alpha值，目标颜色乘以1.0减去源颜色的alpha值，这样一来，源颜色的alpha值越大，则产生的新颜色中源颜色所占比例就越大，而目标颜色所占比例则减小。这种情况下，我们可以简单的将源颜色的alpha值理解为“不透明度”。这也是混合时最常用的方式。
如果设置了glBlendFunc(GL_ONE, GL_ONE);，则表示完全使用源颜色和目标颜色，最终的颜色实际上就是两种颜色的简单相加。例如红色(1, 0, 0)和绿色(0, 1, 0)相加得到(1, 1, 0)，结果为黄色。
注意：
所谓源颜色和目标颜色，是跟绘制的顺序有关的。假如先绘制了一个红色的物体，再在其上绘制绿色的物体。则绿色是源颜色，红色是目标颜色。如果顺序反过来，则红色就是源颜色，绿色才是目标颜色。在绘制时，应该注意顺序，使得绘制的源颜色与设置的源因子对应，目标颜色与设置的目标因子对应。不要被混乱的顺序搞晕了。
二、二维图形混合举例
下面看一个简单的例子，实现将两种不同的颜色混合在一起。为了便于观察，我们绘制两个矩形：glRectf(-1, -1, 0.5, 0.5);glRectf(-0.5, -0.5, 1, 1);，这两个矩形有一个重叠的区域，便于我们观察混合的效果。
先来看看使用glBlendFunc(GL_ONE, GL_ZERO);的，它的结果与不使用混合时相同。

void myDisplay(void)
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glEnable(GL_BLEND);
glBlendFunc(GL_ONE, GL_ZERO);
glColor4f(1, 0, 0, 0.5);
glRectf(-1, -1, 0.5, 0.5);
glColor4f(0, 1, 0, 0.5);
glRectf(-0.5, -0.5, 1, 1);
glutSwapBuffers();
}

尝试把glBlendFunc的参数修改为glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);以及glBlendFunc(GL_ONE, GL_ONE);，观察效果。第一种情况下，效果与没有使用混合时相同，后绘制的图形会覆盖先绘制的图形。第二种情况下，alpha被当作“不透明度”，由于被设置为0.5，所以两个矩形看上去都是半透明的，乃至于看到黑色背景。第三种是将颜色相加，红色和绿色相加得到黄色。

三、实现三维混合
也许你迫不及待的想要绘制一个三维的带有半透明物体的场景了。但是现在恐怕还不行，还有一点是在进行三维场景的混合时必须注意的，那就是深度缓冲。
深度缓冲是这样一段数据，它记录了每一个像素距离观察者有多近。在启用深度缓冲测试的情况下，如果将要绘制的像素比原来的像素更近，则像素将被绘制。否则，像素就会被忽略掉，不进行绘制。这在绘制不透明的物体时非常有用——不管是先绘制近的物体再绘制远的物体，还是先绘制远的物体再绘制近的物体，或者干脆以混乱的顺序进行绘制，最后的显示结果总是近的物体遮住远的物体。
然而在你需要实现半透明效果时，发现一切都不是那么美好了。如果你绘制了一个近距离的半透明物体，则它在深度缓冲区内保留了一些信息，使得远处的物体将无法再被绘制出来。虽然半透明的物体仍然半透明，但透过它看到的却不是正确的内容了。
要解决以上问题，需要在绘制半透明物体时将深度缓冲区设置为只读，这样一来，虽然半透明物体被绘制上去了，深度缓冲区还保持在原来的状态。如果再有一个物体出现在半透明物体之后，在不透明物体之前，则它也可以被绘制（因为此时深度缓冲区中记录的是那个不透明物体的深度）。以后再要绘制不透明物体时，只需要再将深度缓冲区设置为可读可写的形式即可。嗯？你问我怎么绘制一个一部分半透明一部分不透明的物体？这个好办，只需要把物体分为两个部分，一部分全是半透明的，一部分全是不透明的，分别绘制就可以了。
即使使用了以上技巧，我们仍然不能随心所欲的按照混乱顺序来进行绘制。必须是先绘制不透明的物体，然后绘制透明的物体。否则，假设背景为蓝色，近处一块红色玻璃，中间一个绿色物体。如果先绘制红色半透明玻璃的话，它先和蓝色背景进行混合，则以后绘制中间的绿色物体时，想单独与红色玻璃混合已经不能实现了。
总结起来，绘制顺序就是：首先绘制所有不透明的物体。如果两个物体都是不透明的，则谁先谁后都没有关系。然后，将深度缓冲区设置为只读。接下来，绘制所有半透明的物体。如果两个物体都是半透明的，则谁先谁后只需要根据自己的意愿（注意了，先绘制的将成为“目标颜色”，后绘制的将成为“源颜色”，所以绘制的顺序将会对结果造成一些影响）。最后，将深度缓冲区设置为可读可写形式。
调用glDepthMask(GL_FALSE);可将深度缓冲区设置为只读形式。调用glDepthMask(GL_TRUE);可将深度缓冲区设置为可读可写形式。
一些网上的教程，包括大名鼎鼎的NeHe教程，都在使用三维混合时直接将深度缓冲区禁用，即调用glDisable(GL_DEPTH_TEST);。这样做并不正确。如果先绘制一个不透明的物体，再在其背后绘制半透明物体，本来后面的半透明物体将不会被显示（被不透明的物体遮住了），但如果禁用深度缓冲，则它仍然将会显示，并进行混合。NeHe提到某些显卡在使用glDepthMask函数时可能存在一些问题，但可能是由于我的阅历有限，并没有发现这样的情况。

那么，实际的演示一下吧。我们来绘制一些半透明和不透明的球体。假设有三个球体，一个红色不透明的，一个绿色半透明的，一个蓝色半透明的。红色最远，绿色在中间，蓝色最近。根据前面所讲述的内容，红色不透明球体必须首先绘制，而绿色和蓝色则可以随意修改顺序。这里为了演示不注意设置深度缓冲的危害，我们故意先绘制最近的蓝色球体，再绘制绿色球体。
为了让这些球体有一点立体感，我们使用光照。在(1, 1, -1)处设置一个白色的光源。代码如下：
void setLight(void)
{
static const GLfloat light_position[] = {1.0f, 1.0f, -1.0f, 1.0f};
static const GLfloat light_ambient[] = {0.2f, 0.2f, 0.2f, 1.0f};
static const GLfloat light_diffuse[] = {1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f};
static const GLfloat light_specular[] = {1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f};
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, light_position);
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, light_ambient);
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, light_diffuse);
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, light_specular);
glEnable(GL_LIGHT0);
glEnable(GL_LIGHTING);
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
}
每一个球体颜色不同。所以它们的材质也都不同。这里用一个函数来设置材质。
void setMatirial(const GLfloat mat_diffuse[4], GLfloat mat_shininess)
{
static const GLfloat mat_specular[] = {0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f};
static const GLfloat mat_emission[] = {0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f};
glMaterialfv(GL_FRONT, GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE, mat_diffuse);
glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR, mat_specular);
glMaterialfv(GL_FRONT, GL_EMISSION, mat_emission);
glMaterialf (GL_FRONT, GL_SHININESS, mat_shininess);
}
有了这两个函数，我们就可以根据前面的知识写出整个程序代码了。这里只给出了绘制的部分，其它部分大家可以自行完成。
void myDisplay(void)
{
// 定义一些材质颜色
const static GLfloat red_color[] = {1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f};
const static GLfloat green_color[] = {0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.3333f};
const static GLfloat blue_color[] = {0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.5f};
// 清除屏幕
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
// 启动混合并设置混合因子
glEnable(GL_BLEND);
glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);
// 设置光源
setLight();
// 以(0, 0, 0.5)为中心，绘制一个半径为.3的不透明红色球体（离观察者最远）
setMatirial(red_color, 30.0);
glPushMatrix();
glTranslatef(0.0f, 0.0f, 0.5f);
glutSolidSphere(0.3, 30, 30);
glPopMatrix();
// 下面将绘制半透明物体了，因此将深度缓冲设置为只读
glDepthMask(GL_FALSE);
// 以(0.2, 0, -0.5)为中心，绘制一个半径为.2的半透明蓝色球体（离观察者最近）
setMatirial(blue_color, 30.0);
glPushMatrix();
glTranslatef(0.2f, 0.0f, -0.5f);
glutSolidSphere(0.2, 30, 30);
glPopMatrix();
// 以(0.1, 0, 0)为中心，绘制一个半径为.15的半透明绿色球体（在前两个球体之间）
setMatirial(green_color, 30.0);
glPushMatrix();
glTranslatef(0.1, 0, 0);
glutSolidSphere(0.15, 30, 30);
glPopMatrix();
// 完成半透明物体的绘制，将深度缓冲区恢复为可读可写的形式
glDepthMask(GL_TRUE);
glutSwapBuffers();
}
大家也可以将上面两处glDepthMask删去，结果会看到最近的蓝色球虽然是半透明的，但它的背后直接就是红色球了，中间的绿色球没有被正确绘制。

小结：
本课介绍了OpenGL混合功能的相关知识。
混合就是在绘制时，不是直接把新的颜色覆盖在原来旧的颜色上，而是将新的颜色与旧的颜色经过一定的运算，从而产生新的颜色。新的颜色称为源颜色，原来旧的颜色称为目标颜色。传统意义上的混合，是将源颜色乘以源因子，目标颜色乘以目标因子，然后相加。
源因子和目标因子是可以设置的。源因子和目标因子设置的不同直接导致混合结果的不同。将源颜色的alpha值作为源因子，用1.0减去源颜色alpha值作为目标因子，是一种常用的方式。这时候，源颜色的alpha值相当于“不透明度”的作用。利用这一特点可以绘制出一些半透明的物体。
在进行混合时，绘制的顺序十分重要。因为在绘制时，正要绘制上去的是源颜色，原来存在的是目标颜色，因此先绘制的物体就成为目标颜色，后来绘制的则成为源颜色。绘制的顺序要考虑清楚，将目标颜色和设置的目标因子相对应，源颜色和设置的源因子相对应。
在进行三维混合时，不仅要考虑源因子和目标因子，还应该考虑深度缓冲区。必须先绘制所有不透明的物体，再绘制半透明的物体。在绘制半透明物体时前，还需要将深度缓冲区设置为只读形式，否则可能出现画面错误。

OpenGL入门学习[十]
今天我们先简单介绍Windows中常用的BMP文件格式，然后讲OpenGL的像素操作。虽然看起来内容可能有点多，但实际只有少量几个知识点，如果读者对诸如“显示BMP图象”等内容比较感兴趣的话，可能不知不觉就看完了。
像素操作可以很复杂，这里仅涉及了简单的部分，让大家对OpenGL像素操作有初步的印象。
学过多媒体技术的朋友可能知道，计算机保存图象的方法通常有两种：一是“矢量图”，一是“像素图”。矢量图保存了图象中每一几何物体的位置、形状、大小等信息，在显示图象时，根据这些信息计算得到完整的图象。“像素图”是将完整的图象纵横分为若干的行、列，这些行列使得图象被分割为很细小的分块，每一分块称为像素，保存每一像素的颜色也就保存了整个图象。
这两种方法各有优缺点。“矢量图”在图象进行放大、缩小时很方便，不会失真，但如果图象很复杂，那么就需要用非常多的几何体，数据量和运算量都很庞大。“像素图”无论图象多么复杂，数据量和运算量都不会增加，但在进行放大、缩小等操作时，会产生失真的情况。
前面我们曾介绍了如何使用OpenGL来绘制几何体，我们通过重复的绘制许多几何体，可以绘制出一幅矢量图。那么，应该如何绘制像素图呢？这就是我们今天要学习的内容了。
1、BMP文件格式简单介绍
BMP文件是一种像素文件，它保存了一幅图象中所有的像素。这种文件格式可以保存单色位图、16色或256色索引模式像素图、24位真彩色图象，每种模式种单一像素的大小分别为1/8字节，1/2字节，1字节和3字节。目前最常见的是256色BMP和24位色BMP。这种文件格式还定义了像素保存的几种方法，包括不压缩、RLE压缩等。常见的BMP文件大多是不压缩的。
这里为了简单起见，我们仅讨论24位色、不使用压缩的BMP。（如果你使用Windows自带的画图程序，很容易绘制出一个符合以上要求的BMP）
Windows所使用的BMP文件，在开始处有一个文件头，大小为54字节。保存了包括文件格式标识、颜色数、图象大小、压缩方式等信息，因为我们仅讨论24位色不压缩的BMP，所以文件头中的信息基本不需要注意，只有“大小”这一项对我们比较有用。图象的宽度和高度都是一个32位整数，在文件中的地址分别为0x0012和0x0016，于是我们可以使用以下代码来读取图象的大小信息：
GLint width, height; // 使用OpenGL的GLint类型，它是32位的。
// 而C语言本身的int则不一定是32位的。
FILE* pFile;
// 在这里进行“打开文件”的操作
fseek(pFile, 0x0012, SEEK_SET); // 移动到0x0012位置
fread(&width, sizeof(width), 1, pFile); // 读取宽度
fseek(pFile, 0x0016, SEEK_SET); // 移动到0x0016位置
// 由于上一句执行后本就应该在0x0016位置
// 所以这一句可省略
fread(&height, sizeof(height), 1, pFile); // 读取高度
54个字节以后，如果是16色或256色BMP，则还有一个颜色表，但24位色BMP没有这个，我们这里不考虑。接下来就是实际的像素数据了。24位色的BMP文件中，每三个字节表示一个像素的颜色。
注意，OpenGL通常使用RGB来表示颜色，但BMP文件则采用BGR，就是说，顺序被反过来了。
另外需要注意的地方是：像素的数据量并不一定完全等于图象的高度乘以宽度乘以每一像素的字节数，而是可能略大于这个值。原因是BMP文件采用了一种“对齐”的机制，每一行像素数据的长度若不是4的倍数，则填充一些数据使它是4的倍数。这样一来，一个17*15的24位BMP大小就应该是834字节（每行17个像素，有51字节，补充为52字节，乘以15得到像素数据总长度780，再加上文件开始的54字节，得到834字节）。分配内存时，一定要小心，不能直接使用“图象的高度乘以宽度乘以每一像素的字节数”来计算分配空间的长度，否则有可能导致分配的内存空间长度不足，造成越界访问，带来各种严重后果。
一个很简单的计算数据长度的方法如下：
int LineLength, TotalLength;
LineLength = ImageWidth * BytesPerPixel; // 每行数据长度大致为图象宽度乘以
// 每像素的字节数
while( LineLength % 4 != 0 ) // 修正LineLength使其为4的倍数
++LineLenth;
TotalLength = LineLength * ImageHeight; // 数据总长 = 每行长度 * 图象高度
这并不是效率最高的方法，但由于这个修正本身运算量并不大，使用频率也不高，我们就不需要再考虑更快的方法了。
2、简单的OpenGL像素操作
OpenGL提供了简洁的函数来操作像素：
glReadPixels：读取一些像素。当前可以简单理解为“把已经绘制好的像素（它可能已经被保存到显卡的显存中）读取到内存”。
glDrawPixels：绘制一些像素。当前可以简单理解为“把内存中一些数据作为像素数据，进行绘制”。
glCopyPixels：复制一些像素。当前可以简单理解为“把已经绘制好的像素从一个位置复制到另一个位置”。虽然从功能上看，好象等价于先读取像素再绘制像素，但实际上它不需要把已经绘制的像素（它可能已经被保存到显卡的显存中）转换为内存数据，然后再由内存数据进行重新的绘制，所以要比先读取后绘制快很多。
这三个函数可以完成简单的像素读取、绘制和复制任务，但实际上也可以完成更复杂的任务。当前，我们仅讨论一些简单的应用。由于这几个函数的参数数目比较多，下面我们分别介绍。
3、glReadPixels的用法和举例
3.1 函数的参数说明
该函数总共有七个参数。前四个参数可以得到一个矩形，该矩形所包括的像素都会被读取出来。（第一、二个参数表示了矩形的左下角横、纵坐标，坐标以窗口最左下角为零，最右上角为最大值；第三、四个参数表示了矩形的宽度和高度）
第五个参数表示读取的内容，例如：GL_RGB就会依次读取像素的红、绿、蓝三种数据，GL_RGBA则会依次读取像素的红、绿、蓝、alpha四种数据，GL_RED则只读取像素的红色数据（类似的还有GL_GREEN，GL_BLUE，以及GL_ALPHA）。如果采用的不是RGBA颜色模式，而是采用颜色索引模式，则也可以使用GL_COLOR_INDEX来读取像素的颜色索引。目前仅需要知道这些，但实际上还可以读取其它内容，例如深度缓冲区的深度数据等。
第六个参数表示读取的内容保存到内存时所使用的格式，例如：GL_UNSIGNED_BYTE会把各种数据保存为GLubyte，GL_FLOAT会把各种数据保存为GLfloat等。
第七个参数表示一个指针，像素数据被读取后，将被保存到这个指针所表示的地址。注意，需要保证该地址有足够的可以使用的空间，以容纳读取的像素数据。例如一幅大小为256*256的图象，如果读取其RGB数据，且每一数据被保存为GLubyte，总大小就是：256*256*3 = 196608字节，即192千字节。如果是读取RGBA数据，则总大小就是256*256*4 = 262144字节，即256千字节。
注意：glReadPixels实际上是从缓冲区中读取数据，如果使用了双缓冲区，则默认是从正在显示的缓冲（即前缓冲）中读取，而绘制工作是默认绘制到后缓冲区的。因此，如果需要读取已经绘制好的像素，往往需要先交换前后缓冲。
再看前面提到的BMP文件中两个需要注意的地方：
3.2 解决OpenGL常用的RGB像素数据与BMP文件的BGR像素数据顺序不一致问题
可以使用一些代码交换每个像素的第一字节和第三字节，使得RGB的数据变成BGR的数据。当然也可以使用另外的方式解决问题：新版本的OpenGL除了可以使用GL_RGB读取像素的红、绿、蓝数据外，也可以使用GL_BGR按照相反的顺序依次读取像素的蓝、绿、红数据，这样就与BMP文件格式相吻合了。即使你的gl/gl.h头文件中没有定义这个GL_BGR，也没有关系，可以尝试使用GL_BGR_EXT。虽然有的OpenGL实现（尤其是旧版本的实现）并不能使用GL_BGR_EXT，但我所知道的Windows环境下各种OpenGL实现都对GL_BGR提供了支持，毕竟Windows中各种表示颜色的数据几乎都是使用BGR的顺序，而非RGB的顺序。这可能与IBM-PC的硬件设计有关。
3.3 消除BMP文件中“对齐”带来的影响
实际上OpenGL也支持使用了这种“对齐”方式的像素数据。只要通过glPixelStore修改“像素保存时对齐的方式”就可以了。像这样：
int alignment = 4;
glPixelStorei(GL_UNPACK_ALIGNMENT, alignment);
第一个参数表示“设置像素的对齐值”，第二个参数表示实际设置为多少。这里像素可以单字节对齐（实际上就是不使用对齐）、双字节对齐（如果长度为奇数，则再补一个字节）、四字节对齐（如果长度不是四的倍数，则补为四的倍数）、八字节对齐。分别对应alignment的值为1, 2, 4, 8。实际上，默认的值是4，正好与BMP文件的对齐方式相吻合。
glPixelStorei也可以用于设置其它各种参数。但我们这里并不需要深入讨论了。
现在，我们已经可以把屏幕上的像素读取到内存了，如果需要的话，我们还可以将内存中的数据保存到文件。正确的对照BMP文件格式，我们的程序就可以把屏幕中的图象保存为BMP文件，达到屏幕截图的效果。
我们并没有详细介绍BMP文件开头的54个字节的所有内容，不过这无伤大雅。从一个正确的BMP文件中读取前54个字节，修改其中的宽度和高度信息，就可以得到新的文件头了。假设我们先建立一个1*1大小的24位色BMP，文件名为dummy.bmp，又假设新的BMP文件名称为grab.bmp。则可以编写如下代码：
FILE* pOriginFile = fopen("dummy.bmp", "rb);
FILE* pGrabFile = fopen("grab.bmp", "wb");
char BMP_Header[54];
GLint width, height;
/* 先在这里设置好图象的宽度和高度，即width和height的值，并计算像素的总长度 */
// 读取dummy.bmp中的头54个字节到数组
fread(BMP_Header, sizeof(BMP_Header), 1, pOriginFile);
// 把数组内容写入到新的BMP文件
fwrite(BMP_Header, sizeof(BMP_Header), 1, pGrabFile);
// 修改其中的大小信息
fseek(pGrabFile, 0x0012, SEEK_SET);
fwrite(&width, sizeof(width), 1, pGrabFile);
fwrite(&height, sizeof(height), 1, pGrabFile);
// 移动到文件末尾，开始写入像素数据
fseek(pGrabFile, 0, SEEK_END);
/* 在这里写入像素数据到文件 */
fclose(pOriginFile);
fclose(pGrabFile);
我们给出完整的代码，演示如何把整个窗口的图象抓取出来并保存为BMP文件。

#define WindowWidth 400
#define WindowHeight 400
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
/* 函数grab
* 抓取窗口中的像素
* 假设窗口宽度为WindowWidth，高度为WindowHeight
*/
#define BMP_Header_Length 54
void grab(void)
{
FILE* pDummyFile;
FILE* pWritingFile;
GLubyte* pPixelData;
GLubyte BMP_Header[BMP_Header_Length];
GLint i, j;
GLint PixelDataLength;
// 计算像素数据的实际长度
i = WindowWidth * 3; // 得到每一行的像素数据长度
while( i%4 != 0 ) // 补充数据，直到i是的倍数
++i; // 本来还有更快的算法，
// 但这里仅追求直观，对速度没有太高要求
PixelDataLength = i * WindowHeight;
// 分配内存和打开文件
pPixelData = (GLubyte*)malloc(PixelDataLength);
if( pPixelData == 0 )
exit(0);
pDummyFile = fopen("dummy.bmp", "rb");
if( pDummyFile == 0 )
exit(0);
pWritingFile = fopen("grab.bmp", "wb");
if( pWritingFile == 0 )
exit(0);
// 读取像素
glPixelStorei(GL_UNPACK_ALIGNMENT, 4);
glReadPixels(0, 0, WindowWidth, WindowHeight,
GL_BGR_EXT, GL_UNSIGNED_BYTE, pPixelData);
// 把dummy.bmp的文件头复制为新文件的文件头
fread(BMP_Header, sizeof(BMP_Header), 1, pDummyFile);
fwrite(BMP_Header, sizeof(BMP_Header), 1, pWritingFile);
fseek(pWritingFile, 0x0012, SEEK_SET);
i = WindowWidth;
j = WindowHeight;
fwrite(&i, sizeof(i), 1, pWritingFile);
fwrite(&j, sizeof(j), 1, pWritingFile);
// 写入像素数据
fseek(pWritingFile, 0, SEEK_END);
fwrite(pPixelData, PixelDataLength, 1, pWritingFile);
// 释放内存和关闭文件
fclose(pDummyFile);
fclose(pWritingFile);
free(pPixelData);
}

把这段代码复制到以前任何课程的样例程序中，在绘制函数的最后调用grab函数，即可把图象内容保存为BMP文件了。（在我写这个教程的时候，不少地方都用这样的代码进行截图工作，这段代码一旦写好，运行起来是很方便的。）
4、glDrawPixels的用法和举例
glDrawPixels函数与glReadPixels函数相比，参数内容大致相同。它的第一、二、三、四个参数分别对应于glReadPixels函数的第三、四、五、六个参数，依次表示图象宽度、图象高度、像素数据内容、像素数据在内存中的格式。两个函数的最后一个参数也是对应的，glReadPixels中表示像素读取后存放在内存中的位置，glDrawPixels则表示用于绘制的像素数据在内存中的位置。
注意到glDrawPixels函数比glReadPixels函数少了两个参数，这两个参数在glReadPixels中分别是表示图象的起始位置。在glDrawPixels中，不必显式的指定绘制的位置，这是因为绘制的位置是由另一个函数glRasterPos*来指定的。glRasterPos*函数的参数与glVertex*类似，通过指定一个二维/三维/四维坐标，OpenGL将自动计算出该坐标对应的屏幕位置，并把该位置作为绘制像素的起始位置。
很自然的，我们可以从BMP文件中读取像素数据，并使用glDrawPixels绘制到屏幕上。我们选择Windows XP默认的桌面背景Bliss.bmp作为绘制的内容（如果你使用的是Windows XP系统，很可能可以在硬盘中搜索到这个文件。当然你也可以使用其它BMP文件来代替，只要它是24位的BMP文件。注意需要修改代码开始部分的FileName的定义），先把该文件复制一份放到正确的位置，我们在程序开始时，就读取该文件，从而获得图象的大小后，根据该大小来创建合适的OpenGL窗口，并绘制像素。
绘制像素本来是很简单的过程，但是这个程序在骨架上与前面的各种示例程序稍有不同，所以我还是打算给出一份完整的代码。

#include <gl/glut.h>
#define FileName "Bliss.bmp"
static GLint ImageWidth;
static GLint ImageHeight;
static GLint PixelLength;
static GLubyte* PixelData;
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void display(void)
{
// 清除屏幕并不必要
// 每次绘制时，画面都覆盖整个屏幕
// 因此无论是否清除屏幕，结果都一样
// glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
// 绘制像素
glDrawPixels(ImageWidth, ImageHeight,
GL_BGR_EXT, GL_UNSIGNED_BYTE, PixelData);
// 完成绘制
glutSwapBuffers();
}
int main(int argc, char* argv[])
{
// 打开文件
FILE* pFile = fopen("Bliss.bmp", "rb");
if( pFile == 0 )
exit(0);
// 读取图象的大小信息
fseek(pFile, 0x0012, SEEK_SET);
fread(&ImageWidth, sizeof(ImageWidth), 1, pFile);
fread(&ImageHeight, sizeof(ImageHeight), 1, pFile);
// 计算像素数据长度
PixelLength = ImageWidth * 3;
while( PixelLength % 4 != 0 )
++PixelLength;
PixelLength *= ImageHeight;
// 读取像素数据
PixelData = (GLubyte*)malloc(PixelLength);
if( PixelData == 0 )
exit(0);
fseek(pFile, 54, SEEK_SET);
fread(PixelData, PixelLength, 1, pFile);
// 关闭文件
fclose(pFile);
// 初始化GLUT并运行
glutInit(&argc, argv);
glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGBA);
glutInitWindowPosition(100, 100);
glutInitWindowSize(ImageWidth, ImageHeight);
glutCreateWindow(FileName);
glutDisplayFunc(&display);
glutMainLoop();
// 释放内存
// 实际上，glutMainLoop函数永远不会返回，这里也永远不会到达
// 这里写释放内存只是出于一种个人习惯
// 不用担心内存无法释放。在程序结束时操作系统会自动回收所有内存
free(PixelData);
return 0;
}

这里仅仅是一个简单的显示24位BMP图象的程序，如果读者对BMP文件格式比较熟悉，也可以写出适用于各种BMP图象的显示程序，在像素处理时，它们所使用的方法是类似的。
OpenGL在绘制像素之前，可以对像素进行若干处理。最常用的可能就是对整个像素图象进行放大/缩小。使用glPixelZoom来设置放大/缩小的系数，该函数有两个参数，分别是水平方向系数和垂直方向系数。例如设置glPixelZoom(0.5f, 0.8f);则表示水平方向变为原来的50%大小，而垂直方向变为原来的80%大小。我们甚至可以使用负的系数，使得整个图象进行水平方向或垂直方向的翻转（默认像素从左绘制到右，但翻转后将从右绘制到左。默认像素从下绘制到上，但翻转后将从上绘制到下。因此，glRasterPos*函数设置的“开始位置”不一定就是矩形的左下角）。
5、glCopyPixels的用法和举例
从效果上看，glCopyPixels进行像素复制的操作，等价于把像素读取到内存，再从内存绘制到另一个区域，因此可以通过glReadPixels和glDrawPixels组合来实现复制像素的功能。然而我们知道，像素数据通常数据量很大，例如一幅1024*768的图象，如果使用24位BGR方式表示，则需要至少1024*768*3字节，即2.25兆字节。这么多的数据要进行一次读操作和一次写操作，并且因为在glReadPixels和glDrawPixels中设置的数据格式不同，很可能涉及到数据格式的转换。这对CPU无疑是一个不小的负担。使用glCopyPixels直接从像素数据复制出新的像素数据，避免了多余的数据的格式转换，并且也可能减少一些数据复制操作（因为数据可能直接由显卡负责复制，不需要经过主内存），因此效率比较高。
glCopyPixels函数也通过glRasterPos*系列函数来设置绘制的位置，因为不需要涉及到主内存，所以不需要指定数据在内存中的格式，也不需要使用任何指针。
glCopyPixels函数有五个参数，第一、二个参数表示复制像素来源的矩形的左下角坐标，第三、四个参数表示复制像素来源的举行的宽度和高度，第五个参数通常使用GL_COLOR，表示复制像素的颜色，但也可以是GL_DEPTH或GL_STENCIL，分别表示复制深度缓冲数据或模板缓冲数据。
值得一提的是，glDrawPixels和glReadPixels中设置的各种操作，例如glPixelZoom等，在glCopyPixels函数中同样有效。
下面看一个简单的例子，绘制一个三角形后，复制像素，并同时进行水平和垂直方向的翻转，然后缩小为原来的一半，并绘制。绘制完毕后，调用前面的grab函数，将屏幕中所有内容保存为grab.bmp。其中WindowWidth和WindowHeight是表示窗口宽度和高度的常量。

void display(void)
{
// 清除屏幕
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
// 绘制
glBegin(GL_TRIANGLES);
glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f); glVertex2f(0.0f, 0.0f);
glColor3f(0.0f, 1.0f, 0.0f); glVertex2f(1.0f, 0.0f);
glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f); glVertex2f(0.5f, 1.0f);
glEnd();
glPixelZoom(-0.5f, -0.5f);
glRasterPos2i(1, 1);
glCopyPixels(WindowWidth/2, WindowHeight/2,
WindowWidth/2, WindowHeight/2, GL_COLOR);
// 完成绘制，并抓取图象保存为BMP文件
glutSwapBuffers();
grab();
}

小结：
本课结合Windows系统常见的BMP图象格式，简单介绍了OpenGL的像素处理功能。包括使用glReadPixels读取像素、glDrawPixels绘制像素、glCopyPixels复制像素。
本课仅介绍了像素处理的一些简单应用，但相信大家已经可以体会到，围绕这三个像素处理函数，还存在一些“外围”函数，比如glPixelStore*，glRasterPos*，以及glPixelZoom等。我们仅使用了这些函数的一少部分功能。