话说OpenGL 袁欣 1998年 第46期 07版 #1　　一、什么是OpenGL? 　　OpenGL实际上是一种3D程序接口（即我们常说的3D API），它是3D加速卡硬件和3D图形应用程序之间一座非常重要的沟通桥梁。也可以说，OpenGL是一个功能强大，调用方便的底层3D图形库。 #1　　二、OpenGL的发展史 　　OpenGL的前身是SGI公司为其图形工作站开发的IRIS GL。IRIS GL是一个工业标准的3D图形软件接口，功能虽然强大但是移植性不好，于是SGI公司便在IRIS GL的基础上开发了OpenGL。顾名思义，OpenGL便是“开放的图形程序接口”。 　　1992年7月，SGI公司发布了OpenGL的1.0版本，随后又与微软公司共同开发了Windows NT版本的OpenGL，从而使一些原来必须在高档图形工作站上运行的大型3D图形处理软件，如用于制作电影《侏罗纪公园》、《玩具总动员》、《泰坦尼克号》而大名鼎鼎的Softimage 3D也可以在微机上运用。 　　1995年OpenGL的1.1版本面市，该版本比1.0的性能有许多提高，并加入了一些新的功能。其中包括改进打印机支持，在增强元文件中包含OpenGL的调用，顶点数组的新特性，提高顶点位置、法线、颜色、色彩指数、纹理坐标、多边形边缘标识的传输速度，引入了新的纹理特性等等。 　　1997年，由于在Windows 95下大量3D游戏的涌现，游戏开发公司迫切需要一个功能强大，兼容性好的3D图形接口，而当时微软公司自己的3D图形接口Direct 3D v3.0的3D图形功能实在是糟糕，因而以制作《雷神之锤》等经典3D射击游戏而著名的id公司同其它一些游戏开发公司一道，与软件霸主微软公司对话，强烈要求微软公司在Windows 95中加入对OpenGL的支持。同时，id公司还以OpenGL为3D图形接口开发了《雷神之锤2》的游戏引擎。《雷神之锤2》上市后大受欢迎，以无以伦比的3D图形特效、身临其境的音响效果等特色，摘取了1997 年由电脑游戏界的权威杂志《PC GAMER》评选的“年度最佳游戏”、“最佳动作游戏”和“最佳网络游戏”三项桂冠。当时由于硬件限制，《雷神之锤2》只应用了OpenGL的一部分功能。但是《雷神之锤2》获得的巨大成功，使人们第一次在电脑游戏中体会到OpenGL的强大功能，也迫使微软公司最终在Windows 95的OSR2版（俗称Windows 97）和后来的Windows 98中加入了对OpenGL的支持。这样，不但许多支持OpenGL的电脑3D游戏得到广泛应用，而且许多在Windows 95平台上运行的3D图形设计软件如AutoCAD R14、3DS MAX R2等也可以运用支持OpenGL标准的3D加速卡，大大提高其3D图形的处理速度。^460701a^ #1　　三、OpenGL的特点 　　OpenGL具有两个主要的特点： 　　1.它是与硬件无关的软件接口，可以在不同的平台如Windows 95、Windows NT、Unix、Linux、MacOS、OS／2之间进行移植。因此，支持OpenGL的软件具有很好的移植性，可以获得非常广泛的应用。 　　2.可以在客户机／服务器系统中工作，即具有网络功能，这一点对于制作大型3D图形、动画非常有用。例如，《玩具总动员》、《泰坦尼克号》等电影的电脑特技画面就是通过应用OpenGL的网络功能，使120多台图形工作站共同工作来完成的。 　　由于OpenGL是与硬件无关的3D图形接口，在 Windows、Unix／X－Windows、 MacOS、OS／2等不同版本的窗口相关部分（系统相关）略有差异。由于OpenGL是3D图形的底层图形库，没有提供几何实体图元，不能直接用以描述场景。但是，通过一些转换程序，可以很方便地将AutoCAD、3DS等3D图形设计软件制作的DFX和3DS模型文件转换成OpenGL的顶点数组。另外，在OpenGL的基础上还有Open Inventor、Cosmo3D、Optimizer等多种高级图形库，适应不同应用。其中，Open Inventor应用最为广泛。该软件是基于OpenGL面向对象的工具包，提供创建交互式3D图形应用程序的对象和方法，提供了预定义的对象和用于交互的事件处理模块，创建和编辑3D场景的高级应用程序单元，有打印对象和用其它图形格式交换数据的能力。 #1　　四、OpenGL的工作步骤 　　OpenGL在屏幕上显示图形的主要步骤如下： 　　1.构造几何要素（点、线、面、多边形、位图），创建对象的数学描述。 　　2.在3D空间中放置对象，并选择适当的观察点。 　　3.直接定义或由光照条件和贴图纹理给出对象的颜色。 　　4.将对象的数学描述和颜色信息转换为屏幕上的像素。 #1　　五、OpenGL命令的语法规则 　　OpenGL的函数虽然多达几百个，但由于有一套非常规范的语法规则，应用起来很方便。这与Direct 3D那种比较杂乱的语法规则相比，显然更加清晰明了。 　　1.前缀代表OpenGL命令的函数类型 　　OpenGL基本库：函数以gl开头，如glColor3f（）。OpenGL中有115个基本函数，可以在任何OpenGL平台上使用。 　　OpenGL实用库：函数以glu开头，如gluBeginSurace（）。OpenGL实用库比上面这115个函数高一级，提供高级调用。 　　OpenGL辅助库：函数以aux开头，如auxInitDisplayMode（）。OpenGL辅助库可使编程简单明了，是提供初学者入门的函数，但不保证在任何平台的使用（在Win32系统下没有问题）。 　　Windows专用函数库：函数以wgl开头。wgl函数将OpenGL与Windows 95、Windows NT视窗系统联接起来管理绘图描述表，显示列表，执行函数，和文字位图。 　　X－Windows专用函数库：函数以glx开头。glx函数提供创建OpenGL命令描述表并使之与X－Windows系统连接的能力。 　　常量：以GL_为开头，均用大写字母，并用下划线与关键词分开，如GL_LINE_LOOP。 　　2.后缀表明OpenGL命令的数据类型 后缀　 类型　　　　　　对应C变量 b　 8bit　　　　　 intsigned char s　 16bit int　　　　short I　 32bit int　　　　long f　 32bit float　　 float d　 64bit float　　 double ub　8bit unsigned int　unsigned char us　16bit unsigned int unsigned short ui　32bit unsigned int unsigned long 　　有时会在函数后缀后加上一个“v”，如glVertex3fv等，这表示该参量是一个矢量或矩阵的指针。 　　3.掐头去尾，中间的关键词就是OpenGL函数的功能。 　　例如：glVertex2i（100，200）表明是OpenGL的基本函数（gl－），是绘点的函数（－Vertex－），是两个整型参数（－2i）。 #1　　六、OpenGL基本库的绘图方法 　　“话说”了半天的OpenGL，可能有些读者已经手痒了，咱们还是以一个简单的例子来初步“感受”一下OpenGL吧！该例子是一个由三个彩色平面围成的空心三角锥。读者不要担心自己没有OpenGL支持的3D加速卡，程序不能运行。实际上微软公司已经为Windows 95编了一个用软件模拟硬件的动态连接库Opengl32.dll，Vc＋＋ 4.0以上的版本里都有。考虑到许多读者原先可能对OpenGL比较陌生，先简介一下OpenGL中画平面的常用方法： 　　glBegin（类型）; 　　glColor3f（...）; 　　glVertex（...） 　　glColor3f（...）; 　　glVertex（...）; 　　…… 　　glEnd（）; 　　注：由“类型”指定画什么平面：GL_POINTS 单个顶点集；GL_LINES 多组线，2个点一条线；GL_GL_POLYGON 单个简单填充凸多边形；GL_TRAINGLES 多组三角形，3个点一个三角形。 　　／／／／／／／／／／／／／／／／／ 　　／／sample.cpp 　　＃include "glos.h" 　　＃include 　　＃include 　　＃include "windows.h" 　　void myinit（void）; 　　void CALLBACK display（void）; 　　void CALLBACK reshape（GLsizei w，GLsizei h）; 　　／／ reshape（）只是一个用于窗口改变大小时的处理，这里重点是display（）。 　　myinit（void） 　　{ 　　／＊初始化：＊／ 　　／／窗口显示单缓存和RGB（彩色）模式 　　 auxInitDisplayMode（AUX_SINGLE|AUX_RGBA）; 　　／／屏幕大小x=500， y=500 （0，0）是屏幕左上点 　　auxInitPosition（0，0，500，500）; 　　／／初始化窗口，标题为“sample1” 　　auxInitWindow（"sample1"）; 　　／／清屏，即将窗口清为黑色。 　　glClearColor（0.0，0.0，0.0，0.0）; 　　／／将颜色缓存清为glClearColor命令所设置的颜色，即背景色 　　glClear（GL_COLOR_BUFFER_BIT）; 　　} 　　void CALLBACK reshape（GLsizei w，GLsizei h） 　　{ 　　glViewport（0，0，w，h）; 　　glMatrixMode（GL_PROJECTION）; 　　glLoadIdentity（）; 　　if（w<=h） 　　 glOrtho（－20.0，20.0，－20.0＊（GLfloat）h／（GLfloat）w，20.0＊（GLfloat）h／（GLfloat）w，－50.0，50.0）; 　　else 　　 glOrtho（－20.0＊（GLfloat）h／（GLfloat）w，20.0＊（GLfloat）h／（GLfloat）w，－20.0，20.0，－50.0，50.0）; 　　glMatrixMode（GL_MODELVIEW）; 　　glLoadIdentity（）; 　　} 　　void CALLBACK display（void） 　　{ 　　glBegin（GL_TRIANGLE_STRIP）;／／连续填充多个三角形 　　／／第一个三角形 　　glColor3f（1.0，0.0，0.0）; 　　glVertex3f（15.0，0.0，0.0）; 　　glColor3f（0.0，1.0，0.0）; 　　glVertex3f（－15.0，0.0，0.0）; 　　glColor3f（0.0，0.0，1.0）; 　　glVertex3f（0.0，15.0，15.0）; 　　／／第二个三角形 　　glColor3f（0.0，1.0，1.0）; 　　glVertex3f（10.0，15.0，－15.0）; 　　／／第三个三角形 　　glColor3f（1.0，1.0，0.0）; 　　glVertex3f（15.0，0.0，0.0）; 　　glEnd（）; 　　glFlush（）; 　　} 　　void main（void） 　　{ 　　myinit（）; 　　auxReshapeFunc（reshape）; 　　auxMainLoop（display）; 　　} 　　／／程序结束 #1　　七、结束语 　　由于篇幅所限，只好就此搁笔，有兴趣的朋友可以到书店里去买一些有关OpenGL的书。目前已经出版发行的有：《精通OpenGL》、《OpenGL 3D 从入门到提高》和《OpenGL 三维图形库 编程指南》。另外，有机会上网的朋友可以去《品雪其寒》网站www.netease.com／～pinxue／opengl／以及BBS 水木清华站看看，那里有许多和你一样热爱OpenGL的朋友。让我们一起应用OpenGL去创造一个五彩缤纷，灿烂辉煌的明天吧！