基于OpenGL三维软件开发

实验原理：

OpenGL在MFC下编程原理

---- Windows操作系统对OpenGL的支持

在Windows下用GDI作图必须通过设备上下文(DeviceContext简写DC)调用相应的函数；用OpenGL作图也是类似，OpenGL函数是通过"渲染上下文"(RenderingContext简写RC)完成三维图形的绘制。Windows下的窗口和设备上下文支持"位图格式"(PIXELFORMAT)属性,和RC有着位图结构上的一致。只要在创建RC时与一个DC建立联系(RC也只能通过已经建立了位图格式的DC来创建)，OpenGL的函数就以通过RC对应的DC画到相应的显示设备上。这里还有以下需要注意的方面：

　　1.一个线程只能拥有一个渲染上下文RC，也就是说，用户如果在一个线程内对不同设备作图,只能通过更换与RC对应的DC来完成，而RC在线程保持不变(当然，删除旧的RC后再创建新的是可以的)。与此对应，一个RC也只能属于一个线程,不能被不同线程同时共享。

　　2.设定DC位图格式等于设定了相应的窗口的位图格式，并且DC和窗口的位图格式一旦确定就不能再改变。

　　3.一个RC虽然可以更换DC，在任何时刻只能利用一个DC(这个DC称为RC的当前DC)，但由于一个窗口可以让多个DC作图从而可以让多个线程利用多个RC在该窗口上执行OpenGL操作。

　　4.现在的Windows下的OpenGL版本对OpenGL和GDI在同一个DC上作图有一定的限制。当使用双缓存用OpenGL产生动画时，不能使用GDI函数向该DC作图。

　　5.不建议用ANSI C在Windows下编写OpenGL程序。这样的程序虽然具有跨平台的可移植性(比如很多SGI的例子程序)，但是它们不能利用Windows操作系统的很多特性，实用价值不大。

---- 用VC来编写OpenGL程序

经过上面的分析，用VC来调用OpenGL作图的方法流程如下：

1.先设置显示设备DC的位图格式(PIXELFORMAT)属性。这通过填充一个PIXELFORMATDESCRIPTOR的结构来完成，该结构决定了OpenGL作图的物理设备的属性，比如该结构中的数据项dwFlags中PFD_DOUBLEBUFFER位如果没有设置(置1)，通过该设备的DC上作图的OpenGL命令就不可能使用双缓冲来做动画。有一些位图格式(PIXELFORMAT)是DC支持的，而有一些DC就不支持了。所以程序必须先用ChoosePixelFormat来选择DC所支持的与指定位图格式最接近的位图格式，然后用SetPixelFormat设置DC的位图格式。

2.利用刚才的设备DC建立渲染上下文RC(wglCreateContext)，使得RC与DC建立联系(wglMakeCurrent)。

　　3.调用OpenGL函数作图。由于线程与RC一一对应，OpenGL函数的参数中都不指明本线程RC的句柄。

　　4.作图完毕以后，先通过置当前线程的RC为NULL(::wglMakeCurrent(NULL,NULL);)，断开当前线程和该渲染上下文的联系，由此断开与DC的联系。所以在后面删除RC的时候要先判断以下RC句柄的有效性(if (m_hrc) ::wglDeleteContext(m_hrc);)。再根据情况释放(ReleaseDC)或者删除(DeleteDC)DC。

实验步骤：

1：新建一个MFC的工程，单文档的工程。

2：工程建好之后，可以先编译运行一下。下面就是要把View的窗口初始化为OpenGL的编程环境。当然以下所有的操作都是在View类中进行的。

先在Project->Settings->Link中，加上opengl32.lib glu32.lib glut.lib glaux.lib，

然后在View.h的类定义view.cpp中加上如下引用。这个大家都知道。

#include <gl\gl.h>

#include <gl\glu.h> 

#include <gl\glut.h>

#include <gl\glaux.h>

3：在PreCreateWindow(CREATESTRUCT& cs)这个函数中可以修改一下窗口的风格，比如说窗口的名称背景什么的，当然也可以不修改，如果想修改的话，需要对WNDCLASSEX和CREATESTRUCT这两个结构比较熟悉。在这里，我不进行修改。采用默认的风格。

 

4：下面开始正题，首先要让窗口支持OpenGL，那就必须要对PIXELFORMATDESCRIPTOR这个结构有所了解，先在View类view.cpp中新建一个函数SetupPixFormat(CDC *pDC)，公有私有无所谓，如下：

 

BOOL CTestGLInitialView::SetupPixFormat(CDC*pDC) //比如工程名叫TestGLInitial

{

static PIXELFORMATDESCRIPTOR pfd = //定义像素格式

{

   sizeof(PIXELFORMATDESCRIPTOR),// 上述格式描述符的大小

  1,         // 版本号

  PFD_DRAW_TO_WINDOW |    // 格式支持窗口

  PFD_SUPPORT_OPENGL |    // 格式必须支持OpenGL

  PFD_DOUBLEBUFFER,     // 必须支持双缓冲

  PFD_TYPE_RGBA,      // 申请 RGBA 格式

  24,         // 24位色彩深度，即1.67千万的真彩色

   0,0, 0, 0, 0, 0,     // 忽略的色彩位

  0,         // 无Alpha缓存

  0,         // 忽略Shift Bit

  0,         // 无累加缓存

   0,0, 0, 0,       // 忽略聚集位

  32,         // 32位 Z-缓存 (深度缓存)

  0,         // 无蒙板缓存

  0,         // 无辅助缓存

  PFD_MAIN_PLANE,      // 主绘图层

  0,         // Reserved

   0,0, 0        // 忽略层遮罩

};

int nIndex =ChoosePixelFormat(pDC->GetSafeHdc(), &pfd); //选择刚刚定义的像素格式

if( nIndex == 0 ) return FALSE;

 

return SetPixelFormat(pDC->GetSafeHdc(),nIndex, &pfd);   //设置像素格式

}

这个函数的主要目的就是设置窗口的像素格式，使之支持OpenGL，明白这点就行了。在创建窗口的时候，调用这个函数。

 

5：刚刚那个函数是用来在创建窗口是调用的，在创建窗口时，还需要对OpenGL的环境做一些初始化，再定义一个函数InitialGL()，如下：

BOOL CTestGLInitialView::InitialGL()

{

glShadeModel(GL_SMOOTH);          // 启用阴影平滑

glClearColor(0.0f,0.0f, 0.0f, 0.0f);       // 黑色背景

glClearDepth(1.0f);                            // 设置深度缓存

glEnable(GL_DEPTH_TEST);            // 启用深度测试

glDepthFunc(GL_LEQUAL);             // 所作深度测试的类型

glHint(GL_PERSPECTIVE_CORRECTION_HINT, GL_NICEST);    // 告诉系统对透视进行修正

return TRUE;                                      // 初始化 OK

}

 

 

6：现在可以捕获WM_CREATE消息了。但是，还要先定义一个CClientDC*的成员，这个成员指向View窗口自己，是用来传递给SetupPixFormat(CDC *pDC)函数的，没别的意思。现在，来捕获WM_CREATE消息，写上如下代码：

intCTestGLInitialView::OnCreate(LPCREATESTRUCT lpCreateStruct)

{

if (CView::OnCreate(lpCreateStruct) == -1)

   return -1;

 

// TODO: Add your specialized creation code here

m_pDC = new CClientDC(this);

SetupPixFormat(m_pDC);

 

HGLRC hrc = wglCreateContext(m_pDC->GetSafeHdc());

wglMakeCurrent(m_pDC->GetSafeHdc(), hrc);

 

InitialGL();

return 0;

}

当然，当窗口关闭的时候，还应该要释放一些资源。捕获WM_DESTROY消息，写下如下代码：

void CTestGLInitialView::OnDestroy()

{

CView::OnDestroy();

 

// TODO: Add your message handler code here

HGLRC hrc = wglGetCurrentContext();

wglMakeCurrent(NULL, 0);

wglDeleteContext(hrc);

delete m_pDC;

}

现在可以编译一下了，没有错误。

7：现在，OpenGL的环境已经初始化差基本完成，可以开始做图了。先定义一个作图的函数DrawScene()，写上如下的代码：

BOOL CTestGLInitialView::DrawScene()

{

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);    // 清除屏幕和深度缓存

glLoadIdentity();           // 重置当前的模型观察矩阵

SwapBuffers(m_pDC->GetSafeHdc());        // 交换缓冲区

return TRUE;

}

然后，要在OnDraw中，调用这个函数：

void CTestGLInitialView::OnDraw(CDC* pDC)

{

CTestGLInitialDoc* pDoc = GetDocument();

ASSERT_VALID(pDoc);

// TODO: add draw code for native data here

DrawScene();

}

8：运行一下，黑色的背景出来了。

9：这时，可以修改DrawScene()这个作图函数，作图。画出那个三角形和正方形来。写代码如下：

BOOL CTestGLInitialView::DrawScene()

{

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);    // 清除屏幕和深度缓存

glLoadIdentity();           // 重置当前的模型观察矩阵

glTranslatef(-1.5f,0.0f,-6.0f);       // 左移 1.5单位，并移入屏幕 6.0

glBegin(GL_TRIANGLES);        // 绘制三角形

glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);

glVertex3f( 0.0f, 1.0f, 0.0f);       // 上顶点

glColor3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);

glVertex3f(-1.0f,-1.0f,0.0f);       // 左下

glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);

glVertex3f( 1.0f,-1.0f,0.0f);       // 右下

glEnd();            // 三角形绘制结束

 

glTranslatef(3.0f,0.0f,0.0f);       // 右移3单位

glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);

glBegin(GL_QUADS);          //绘制正方形

glVertex3f(-1.0f, 1.0f, 0.0f);       // 左上

glVertex3f( 1.0f, 1.0f, 0.0f);       // 右上

glVertex3f( 1.0f,-1.0f,0.0f);       // 左下

glVertex3f(-1.0f,-1.0f,0.0f);       // 右下

   glEnd();

 

SwapBuffers(m_pDC->GetSafeHdc());        // 交换缓冲区

return TRUE;

}

    运行一下，发现图形没有出现，这个怎么回事呢。原来是因为还没有定义投影方式和视口。即用正交投影还是透视投影。定义投影，还要捕获WM_SIZE消息。写如下代码：

void CTestGLInitialView::OnSize(UINT nType,int cx, int cy)

{

CView::OnSize(nType, cx, cy);

 

// TODO: Add your message handler code here

if (0 == cy)         // 防止被零除

{

   cy = 1;          // 将Height设为1

}

 

glViewport(0, 0, cx, cy);     // 重置当前的视口

glMatrixMode(GL_PROJECTION);    // 选择投影矩阵

glLoadIdentity();        // 重置投影矩阵

 

// 设置视口的大小

gluPerspective(45.0f,(GLfloat)cx/(GLfloat)cy,0.1f,100.0f);

glMatrixMode(GL_MODELVIEW);      // 选择模型观察矩阵

   glLoadIdentity();        // 重置模型观察矩阵

}

    再运行一下，图形已经出来了。以后，就可以在DrawScene()写任何画图的代码了，当窗口重绘的时候，都可以自动适应。如果要做一段可以运动的3D图画，可以再捕获WM_TIMER消息，通过在OnCreate的时候定义一个时钟，再配合一些变量，就可以做简单的动画了。

 

读者可以在上面学习的基础上，继续完成下面的内容，以便增加对知识的掌握程度：

建议必做功能：包括基本的基于OpenGL的显示，在OpenGL初始化过的视图区绘制一个基本图形。

建议选做功能：绘制复杂例如曲线、曲面、不规则多面体以及其他实物的三维图形，图形的旋转，平移，放大、缩小等动画功能。