OpenGL介绍
opengl简介及实例
C# 实例OpenGL是图形硬件的一个软件接口,是一种快速、高质量的3D图形软件。
它提供了近120个绘制点、线点多边形等3D图形的命令,可以完成绘制物体、变换、光照处理、着色、反走样、融合、雾化、位图和图像、纹理映射、动画等基本操作,通过把这一系列基本操作进行组合,可以构造更复杂的3D物体和描绘丰富多彩、千变万化的客观世界。
C#是以运行库为基础的一种编程语言,它几乎集中了所有关于软件开发和软件工程研究的最新成果,如面向对象、类型安全等,并被寄希望成为微软发布的用于企业编写基于COM+和视窗系统的程序语言中的最好的一种[2]。
与C++相比,C#的语法更加简洁,调试更加容易,且应用程序开发更加快速。
把C#和OpenGL结合起来开发3D应用程序和软件,将显著提高开发效率。
在C#中,程序间的依赖项通过符号而不是文本来控制,因而不使用头文件,而且opengl32.dll以及opengl32.lib等文件也不能像在C++中那样进行部署和引用,所以,无法直接使用OpenGL所提供的图形库。
在C#中通过调用OpenGL 动态链接库文件:csgl.dll和csgl.native.dll实现OpenGL所提供的强大的图形功能。
这2个文件可以从网页上获取。
csgl.dll中定义了4个名称空间,即CsGL,CsGL.OpenGL,CsGL.Pointers,CsGL.Util,其中,CsGL.OpenGL定义的4个类OpenGL、GL、GLU、GLUT中封装了几乎所有的OpenGL函数、用户库函数、辅助库函数和实用库函数及常量;类OpenGLControl中定义了OpenGL场景绘制函数,如场景的初始化、场景的绘制函数等;类OpenGLContext中定义了OpenGL环境控制命令,如像素格式、调色板的创建等命令。
CsGL.Util定义了键盘、鼠标事件及异常处理等。
为了能够使用这2个文件,先将这2个文件拷贝到系统文件夹%systemroot%╲system32中,然后在项目的属性页对话框中将"引用路径"设置为系统文件夹%systemroot%╲system32,这样C#就可以找到运行/调试应用程序所需要的库文件。
OPENGL简介
OpenGL 的特点
从程序开发人员的角度来看，OpenGL是一组绘图命令 的API(Application Program Interface,应用程序接口)集合。 利用这些API能够方便地描述二维和三维几何物体，并 控制这些物体按某种方式绘制到显示缓冲区中。 OpenGL的API集提供了物体描述、平移、旋转、缩放、 光照、纹理、材质、象素、位图、文字、交互以及提 高显示性能等方面的功能，基本涵盖了开发二、三维 图形程序所需的各个方面。与一般的图形开发工具相 比，OpenGL具有以下几个突出特点： 应用广泛 跨平台性 高质量和高性能 出色的编程特性 网络透明性
OpenGL程序结构 ---------------------程序的基本结构
OpenGL程序的基本结构可分为三个部分：
第一部分是初始化部分。主要是设置一些OpenGL的状态开关，如颜色模式 (RGBA或ALPHA)的选择，是否作光照处理(若有的话，还需设置光源的特性)，深 度检验，裁剪等等。这些状态一般都用函数glEnable(???), glDisable(???)来设置，??? 表示特定的状态。 第二部分设置观察坐标系下的取景模式和取景框位置大小。主要利用了三个函数：
函数void glViewport(left,top,right,bottom)：设置在屏幕上的窗口大小，四个参数描述屏 幕窗口四个角上的坐标（以象素表示）；
函数void glOrtho(left,right,bottom,top,near,far)：设置投影方式为正交投影（平行投 影），其取景体积是一个各面均为矩形的六面体; 函数void gluPerspective(fovy,aspect,zNear,zFar)：设置投影方式为透视投影，其取景 体积是一个截头锥体。
OpenGL简介
OpenGL简介（），Open Graphics Library，开放图形库，是跨语⾔、跨平台的3D图形编程接⼝。
OpenGL使⽤客户端 - 服务器架构设计，应⽤程序为客户端，图形硬件设备为服务器。
客户端负责提交OpenGL命令，服务器执⾏这些命令并渲染出图像。
OpenGL是⼀个状态机，每个状态都有⼀个默认值。
开发者可以设置这些状态，然后让它们⼀直⽣效，直到再次修改它们。
例如：当前颜⾊就是⼀个状态变量，可以把其设置成红⾊，那么在此之后绘制的所有物体都会使⽤这种颜⾊，直到再次把当前颜⾊设置为其他颜⾊。
OpenGL的API可通过软件模拟实现，⾼效实现依赖于显⽰设备⼚商提供的硬件加速。
注：开源（）是⼀个纯软件模拟实现的图形API，其代码兼容于OpenGL。
OpenGL规范⽬前由⾮盈利组织（）的架构评审委员会（Architecture Review Board，ARB）维护。
ARB主要由操作系统⼚商（Apple Computer、Microsoft【2003.3已退出】等）、图形硬件⼚商（3Dlabs、SGI、NVIDIA、ATI Technologies、Intel等）、技术公司（Mozilla、Google等）和国际3D组织组成。
OpenGL是⼀个不断进化的API，在OpenGL1.2.1版本引⼊扩展（extension）的概念。
OpenGL新版本会定期由Khronos Group发布。
①增加新的扩展API（引⼊新函数和新常量）来增加新功能②放松或取消现有扩展API的限制来增强功能⼀个扩展由两部分组成：包含扩展函数原型的头⽂件和⼚商的设备驱动实现ARB扩展：标准扩展。
由架构评审委员ARB批准发布。
第⼀个ARB扩展是GL_ARB_multitexture（注：在OpenGL1.3中加⼊）。
所有ARB 扩展可从查询。
GL_ARB_multitexture扩展中新增了包含glActiveTextureARB、glClientActiveTextureARB、glMultiTexCoord*ARB函数，共34个。
opengl面试题
opengl面试题OpenGL（Open Graphics Library）是一种跨平台的图形程序接口，被广泛应用于计算机图形学、游戏开发和虚拟现实等领域。
在面试中，对于应聘者来说，熟悉和掌握OpenGL相关知识是非常重要的。
本文将针对OpenGL面试题，从基础知识到高级概念进行详细讲解。
一、OpenGL基础知识1. 什么是OpenGL？OpenGL是一种开放的、跨平台的图形程序接口，由一系列函数库组成，用于渲染2D和3D图形。
它提供了丰富的绘图函数和状态管理函数，可以用于创建和操控渲染管线，实现图形的绘制、变换、光照等操作。
2. OpenGL的版本有哪些？它们之间有何区别？OpenGL的版本包括OpenGL 1.0、OpenGL 2.0、OpenGL 3.0、OpenGL 4.0等。
每个版本都有自己特定的功能和特性，新版本通常会引入更强大的功能和更高效的实现方式。
主要的区别在于对硬件和图形特性的支持程度上有所不同。
3. 什么是渲染管线？渲染管线是OpenGL中的一个重要概念，它描述了图形的处理过程。
渲染管线包括几个阶段，如顶点处理、光栅化、片段处理等。
每个阶段都有特定的功能和输入输出。
熟悉渲染管线的工作原理是理解OpenGL的关键。
4. 什么是顶点缓冲对象（VBO）？顶点缓冲对象是OpenGL中用于存储顶点数据的缓冲区。
通过创建和绑定VBO，可以将顶点数据传输到显存中，从而提高渲染效率。
VBO可以存储顶点的位置、颜色、纹理坐标等信息。
二、OpenGL高级概念1. 什么是着色器（Shader）？着色器是OpenGL中用于控制图形渲染过程的程序。
着色器分为顶点着色器（Vertex Shader）和片段着色器（Fragment Shader）。
顶点着色器用于处理顶点相关计算，如位置变换、法线变换等；片段着色器用于处理每个像素的光照、纹理采样等操作。
2. 什么是纹理（Texture）？纹理是二维图像的映射，可以应用到模型的表面上。
OpenGL 简介
OpenGL使用
GLUT ( OpenGL Utility Toolkit ) 安装：在windows下通过 C/C++语言编写 GLUT 程序, 需要以下三个文件:
举例：在window XP下使用VC6安装GLUT
– – – –
– GLUT.H - 需要源代码中包含这个文件。通常情况下，这个文件 应该放在系统的包含目录下的 GL 文件夹中。 – GLUT.LIB (SGI windows版本) 以及 glut32.lib (微软版本) - 这 个文件必须被连接到程序中, 确保它放在 LIB 目录中。 – glut32.dll (Windows) 和 glut.dll (SGI Windows版本) - 根据所 使用的OpenGL选择一个，如果正在使用微软公司的版本，那么 必须选择 glut32.dll。应该把DLL放置在系统文件夹中。
OpenGL使用
void main(int argc,char** argv) { glutInit(&argc,argv); glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE|GLUT_RGB); glutInitWindowPosition(50,100); glutInitWindowSize(400,300); glutCreateWindow(“An Example OpenGL Program.”); init(); glutDisplayFunc(lineSegment); glutMainLoop(); }
OpenGL使用
OpenGL使用
OpenGL使用
#include <GL/glut.h> void renderScene(void) { //绘制一个简单的二维的三角形 glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); glBegin(GL_TRIANGLES); glVertex3f(-0.5,-0.5,0.0); glVertex3f(0.5,0.0,0.0); glVertex3f(0.0,0.5,0.0); glEnd(); glFlush(); } void main(int argc, char **argv) { glutInit(&argc, argv); //初始化glut glutInitDisplayMode(GLUT_DEPTH | GLUT_SINGLE | GLUT_RGBA); //设置窗口的模式－深度缓存，单缓存，颜色模型 glutInitWindowPosition(100,100); //设置窗口的位置 glutInitWindowSize(320,320); //设置窗口的大小 glutCreateWindow(“3D Tech- GLUT Tutorial”); //创建窗口并赋予title glutDisplayFunc(renderScene);//调用renderScene把绘制传送到窗口 glutMainLoop(); //进入循环等待
OpenGL介绍
glaux.h: OpenGL扩展库 glut.h: OpenGL实用工具包 #include <GL/gl.h>
#include <GL/glu.h>
#include <GL/glaux.h> #include <GL/glut.h>
此外，OpenGL还提供了反走样技术，能够实现深度暗示(Depth Cue)、运动模糊(Motion Blur)、雾化(Fog)等特殊效果。
6.1.3 OpenGL的绘制流程和原理
点数据 评价器 逐点操作 基元匹配 基片 操作
显示 列表
像素 数据 像素操作
光栅化
帧缓冲区
纹理存储器
OpenGL指令从左侧进入OpenGL，有两类数据，分别是由顶点描述的几何模 型和由像素描述的位图、影像等模型，其中后者经过像素操作后直接进入光栅 化。评价器(Evaluator)用于处理输入的模型数据，例如对顶点进行转换、光照， 并把图元剪切到视景体中，为下一步光栅化做好准备。显示列表(Display List) 用于存储一部分指令，留待合适时间以便于快速处理。光栅化将图元转化成二 维操作，并计算结果图像中每个点的颜色和深度等信息，产生一系列图像的帧 缓存描述值，其生成结果称为基片(Fragment)。基片操作主要的有帧缓存的更 新、测试、融合和屏蔽操作，以及基片之间的逻辑操作和抖动(Dithering)。
第6章 OpenGL
6.1 基本介绍
6.1.1 背景情况
OpenGL(Open Graphics Library，即开放性图形库)是以SGI的 GL三维图形库为基础制定的一个开放式三维图形标准。SGI在 1992年7月发布了1.0版。 OpenGL 规 范 由 ARB(OpenGL Architecture Review Board， OpenGL结构评审委员会)负责管理，目前加入OpenGL ARB的 成员有SGI、Microsoft、Intel、IBM、SUN、Compaq、HP等公 司，它们均采用了OpenGL图形标准，许多软件厂商以OpenGL 为基础开发自己的产品，硬件厂商提供对OpenGL的支持。由 于OpenGL的广泛应用，它已经成为一个工业标准。
OPENGL简介
Mode 的值 GL_POINTS GL_LINES GL_POLYGON GL_TRIANGLES
解释 一系列独立的点 每两点相连成为线段 简单，凸多边形的边界 三点相连成为一个三角形
GL_QUADS
四点相连成为一个四边形
OPENGL 简 介
例如，下列程序定义如左图所示的图形。 glBegin(GL_POLYGON); glVertex2f(0.0,0.0); glVertex2f(0.0,3.0); glVertex2f(3.0,3.0) glVertex2f(4.0,1.5); glVertex2f(3.0,0.0); glEnd();
行光照处理时，法向量是一项重要的参数，因为法向 量决定了该对象可以接收多少光照。 指定法向量 void glNormal3{bsidf}(TYPE nx,TYPE ny,TYPE nz); void glNormal3{bsidf}v(const TYPE* v);
OPENGL 简 介
OpenGL特点
➢ 应用广泛 ➢ 跨平台性 ➢ 高质量和高性能 ➢ 出色的编程特性
OPENGL 简 介
OpenGL的工作顺序
➢ 构造几何要素，创建对象的数学描述。在三维 空间上放置对象，选择有利的场景观察点。 ➢ 计算对象的颜色，这些颜色可能直接定义，或 由光照条件及纹理间接给出。 ➢ 光栅化，把对象的数学描述和颜色信息转换到 屏幕的象素。
OPENGL 简 介
➢ OpenGL的主要部分 使用OpenGL的库函数构造几何物体对象的数学描述，
包括点线面的位置和拓扑关系、几何变换、光照处理 等等。
4. OpenGL简单程序框架说明
OPENGL 简 介
OpenGL基本几何结构
OpenGL介绍
➢纹理映射(Texture Mapping)： 将真实感的纹理粘贴在物体表面， 使物体逼真生动。纹理是数据的简单矩阵排列，数据有颜色数据 、亮度数据和alpha数据。 ➢位图和图像：提供了一系列函数来实现位图和图像的操作。位 图和图像数据均采用像素的矩阵形式表示。
➢制作动画：提供了双缓存(Double Buffering)技术来实现动画绘制。 双缓存即前台缓存和后台缓存，后台缓存用来计算场景、生成画 面，前台缓存用来显示后台缓存已经画好的画面。当画完一帧时， 交互两个缓存，这样循环交替以产生平滑动画。
➢选择和反馈：OpenGL为支持交互式应用程序设计了选择操作模 式和反馈模式。在选择模式下，则可以确定用户鼠标指定或拾取 的是哪一个物体，可以决定将把哪些图元绘入窗口的某个区域。 而反馈模式，OpenGL把即将光栅化的图元信息反馈给应用程序， 而不是用于绘图。
此外，OpenGL还提供了反走样技术，能够实现深度暗示(Depth Cue)、运动模糊(Motion Blur)、雾化(Fog)等特殊效果。
➢ 特 别 需 要 指 出 的 是 ， 由 于 Microsoft 公 司 在 其 Windows95或更高版本的操作系统和Visual系列高级 语 言 开 发 环 境 中 捆 绑 了 OpenGL 标 准 ， 使 得 OpenGL 在微机中得到了更为普遍的应用。
➢ OpenGL可以与各种编程语言紧密接口。各种流 行的编程语言如C、C++、Fortran、Ada、Java等 都可以调用OpenGL中的库函数。
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与颜色缓存相关的主要函数有：
清除颜色缓存：glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT)，用 于清除当前显示缓冲区内容，为开始新的绘制做好准 备。 设置清除颜色：glClearColor(red , green , blue , alpha)， 用当前颜色(red, green, blue, alpha)清除当前显示缓冲 区内容，为开始新的绘制做好准备。 屏蔽颜色缓存：glColorMask()，分别设置红、绿、蓝、 alpha的可写属性。 选择颜色缓存： glDrawBuffer()，用于对双缓存中一个 进行选择。 交换颜色缓存：swapBuffer()，交换前后缓存中的颜色， 以实现动画
深度缓存：也叫Z-buffer，它记录每个像素点所对应的 物体点到视点的距离，由此决定表面的可见性。在进行 消隐的时候，OpenGL必须知道各物体间的相对位置关系， 从而模拟出物体相互遮挡得效果，因此，需要进行深度 测试。而深度测试的结果就生成了深度缓存。 与深度缓存相关的OpenGL操作主要有： 清除深度缓存：glClear(GL_DEPTH_BUFFER_BIT)， 用于清除当前显示缓冲区内容，为开始新的绘制做好准 备； 设置清除值：glClearDepth(1.0)；
2.3 OpenGL介绍
2.3.1 背景
OpenGL(Open Graphics Library，开放式图形库)
是以SGI的GL三维图形库为基础制定的一个开放式三维 图形标准。SGI在1992年7月发布了1.0版。
OpenGL 规 范 由 ARB(OpenGL Architecture Review Board ， OpenGL结构评审委员会)负责管理，目前加入OpenGL ARB的 成员有 SGI 、 Microsoft 、 Intel 、 IBM 、 SUN 、 Compaq 、 HP 等 公司，它们均采用了 OpenGL 图形标准，许多软件厂商以 OpenGL为基础开发自己的产品，硬件厂商提供对 OpenGL的 支持。
在DrawScene( )函数中编写具体的绘图程序。首先需要设 置视点、视距和观看方向等场景参数，然后绘制图元。
glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 0.0);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); glBegin(GL_LINES); //OpenGL绘制直线命令 glColor3f(1.0,0.0,0.0); //设置当前颜色为红色 glVertex2f(0,0);
2.3.4 VC＋＋开发OpenGL绘图程序
第一步：向项目文件中添加OpenGL的绘图函数 Project || Settings || Link在Object/library modules：中输 入 opengl32.lib glu32.lib glaux.lib 第二步：添加头文件 在项目工作区的FileView中找到StdAfx.h，添加下面的代码： #include <GL/gl.h> #include <GL/glu.h> #include <GL/glaux.h>
然后改造 OnCreate 函数：定义像素存储格式 ， 并创建一个 OpenGL 操作所必须的绘图上下文 RC(Rendering Context) 。使 用一个 PIXELFORMATDESCRIPTOR 结构来指定像素格式， 使用wglCreateContext()函数创建绘图上下文RC。
具体添加代码如下：
glVertex2f(1,1);
glColor3f(0.0,1.0,0.0); //设置当前颜色为绿色 glVertex2f(0.2,0);//(书中程序有误！) glVertex2f(1.20,1); glEnd();
glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 0.0); glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); glBegin(GL_TRIANGLES); glColor3f(1.0,0.0,0.0);//红色 glVertex3f(-1.0,0.0,0.0); glColor3f(0.0,1.0,0.0);//绿色 glVertex3f(0.0,1.0,0.0);
由于OpenGL的广泛应用，它已经成为一个工业标准。
OpenGL独立于硬件设备、窗口系统和操作系统， 使得以OpenGL为基础开发的应用程序可以在各 种平台间移植。
OpenGL可以运行在当前各种流行操作系统之上，如 Windows95/98 、 Windows NT/2000 、 Linux 、 Mac OS、Unix、OS/2等。
纹理映射(Texture Mapping)： 将真实感的纹理粘贴在物体表面， 使物体逼真生动。纹理是数据的简单矩阵排列，数据有颜色数据 、亮度数据和alpha数据。 位图和图像：提供了一系列函数来实现位图和图像的操作。位 图和图像数据均采用像素的矩阵形式表示。
制作动画：提供了双缓存(Double Buffering)技术来实现动画绘制。 双缓存即前台缓存和后台缓存，后台缓存用来计算场景、生成画 面，前台缓存用来显示后台缓存已经画好的画面。当画完一帧时， 交互两个缓存，这样循环交替以产生平滑动画。 选择和反馈：OpenGL为支持交互式应用程序设计了选择操作模 式和反馈模式。在选择模式下，则可以确定用户鼠标指定或拾取 的是哪一个物体，可以决定将把哪些图元绘入窗口的某个区域。 而反馈模式，OpenGL把即将光栅化的图元信息反馈给应用程序， 而不是用于绘图。
⑥改造OnDraw：根据当前的视点、视距、观看方向等参数， 设置合适的OpenGL视景体属性，使用户能够看到预期的 场景外观。添加的代码如下： wglMakeCurrent(pDC->m_hDC,m_hRC); DrawScene(); //用户自定义函数，用来编写OpenGL绘制 语句的 wglMakeCurrent(pDC->m_hDC,NULL);
特 别 需 要 指 出 的 是 ， 由 于 Microsoft 公 司 在 其 Windows95 或更高版本的操作系统和 Visual 系列高 级 语 言 开 发 环 境 中 捆 绑 了 OpenGL 标 准 ， 使 得 OpenGL在微机中得到了更为普遍的应用。
OpenGL可以与各种编程语言紧密接口。各种流 行的编程语言如 C 、 C++ 、 Fortran 、 Ada 、 Java 等都可以调用OpenGL中的库函数。
此外， OpenGL 还提供了反走样技术，能够实现深度暗示 (Depth Cue)、运动模糊(Motion Blur)、雾化(Fog)等特殊效果。
2.3.3 OpenGL的绘制流程和原理
点数据 评价器 逐点操作 基元匹配 基片 操作
显示 列表
ห้องสมุดไป่ตู้像素 数据 像素操作
光栅化
帧缓冲区
纹理存储器
OpenGL 指令从左侧进入 OpenGL ，有两类数据，分别是由顶点描述的几何模 型和由像素描述的位图、影像等模型，其中后者经过像素操作后直接进入光栅 化。评价器(Evaluator)用于处理输入的模型数据，例如对顶点进行转换、光照， 并把图元剪切到视景体中，为下一步光栅化做好准备。显示列表(Display List) 用于存储一部分指令，留待合适时间以便于快速处理。光栅化将图元转化成二 维操作，并计算结果图像中每个点的颜色和深度等信息，产生一系列图像的帧 缓存描述值，其生成结果称为基片(Fragment)。基片操作主要的有帧缓存的更 新、测试、融合和屏蔽操作，以及基片之间的逻辑操作和抖动(Dithering)。
//创建绘图上下文RC m_hRC=wglCreateContext(dc.m_hDC);
③改造OnSize 函数：当视图尺寸变化是，应及时将新的客户区尺 寸通知OpenGL，方能够正确在窗口客户区域显示二维场景，通过 命令glViewPort完成这项工作。
④改造OnEraseBkgnd函数：重载视图类的OnEraseBkgnd成员，使 之返回 TRUE 值可以阻止 Windows 重画窗口背景，因为 OpenGL 自 己会设置窗口背景，这样可以防止窗口频繁刷新 ( 如移动窗口 ) 时 产生的闪烁现象。 ⑤改造OnDestroy函数：在OnDestroy成员中需要释放OnCreate成员 中RC所占用的资源，命令wglDeleteContext可以完成这个工作，但 在释放RC之前，还需要使用命令 wglMakeCurrent()断开RC与设备 描述表DC的连接。具体代码如下： wglMakeCurrent(NULL,NULL); wglDeleteContext(m_hRC);
//首先定义像素存储格式 PIXELFORMATDESCRIPTOR pfd= { sizeof(PIXELFORMATDESCRIPTOR), // pfd的大小 1, //结构的版本号 PFD_DRAW_TO_WINDOW| //支持window PFD_SUPPORT_OPENGL, //支持OpenGL PFD_TYPE_RGBA, //RGBA颜色模式 24, //24位颜色深度缓存 0,0,0,0,0,0, //color bits ignored 0, //no alpha buffer 0, //shift bit ignored 0, //不使用累积缓存 0,0,0,0, //accum bits ignored 32, //32位z缓冲 0, //不使用模板缓存 0, //no auxiliary buffer
PFD_MAIN_PLANE, 0, //保留 0,0,0 //layer masks ignored };
CClientDC dc(this);
//选择主层面
int pixelFormat=ChoosePixelFormat(dc.m_hDC,&pfd); BOOL success=SetPixelFormat(dc.m_hDC,pixelFormat,&pfd);