计算机图形学—从0开始构建一个OpenGL软光栅

zhangdakas · · 240 次点击 · 开始浏览    置顶

一、OpenGL 简介(/s/1rPbZvsdS2aONGRvE8HamuQ 提取码:sk4a ) OpenGL(Open Graphics Library)是图形领域的工业标准,是一套跨编程语言、跨平台、专业的图形编程(软件)接口。它用于二维、三维图像,是一个功能强大,调用方便的底层图形库。它与硬件无关,可以在不同的平台如 Windows、Linux、Mac、Android、IOS 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(比如 PS 在部分功能和操作中使用 OpenGL 加速,以提高图像处理和渲染的性能)。 二、OpenGL 的主要特性 1. 低层次的渲染 API:OpenGL 提供了直接与图形硬件进行交互的能力。这使得它非常强大,因为它可以充分利用图形处理器(GPU)的性能。然而,这也意味着使用 OpenGL 需要对计算机图形学有深入的理解。 2. 状态机:OpenGL 是一个状态机,这意味着你可以通过一系列的函数调用来改变它的内部状态,然后这些状态会影响后续的渲染操作。 3. 可扩展性:OpenGL 的一个重要特性是它的可扩展性。硬件制造商可以为他们的硬件特性定义新的 OpenGL 函数和参数。这些扩展可以通过 OpenGL 的扩展机制被查询和使用。 4. 跨平台和跨语言:OpenGL 可以在所有主要的操作系统(如 Windows、macOS 和 Linux)上运行,并且有各种编程语言的绑定,包括 C、C++、Python、Java 和许多其他语言。 5. 显示列表和着色器:OpenGL 提供了两种主要的方式来指定如何渲染图形。一种是通过使用显示列表来指定一系列的顶点和参数。另一种是通过使用着色器,这是一种在 GPU 上运行的小程序,可以控制图形的最终颜色和位置。 三、点、直线和多边形 我们知道数学(具体的说,是几何学)中有点、直线和多边形的概念,但这些概念在计算机中会有所不同。数学上的点,只有位置,没有大小。但在计算机中,无论计算精度如何提高,始终不能表示一个无穷小的点。另一方面,无论图形输出设备(例如,显示器)如何精确,始终不能输出一个无穷小的点。一般情况下,OpenGL中的点将被画成单个的像素(像素的概念,请自己搜索之~),虽然它可能足够小,但并不会是无穷小。同一像素上,OpenGL可以绘制许多坐标只有稍微不同的点,但该像素的具体颜色将取决于OpenGL的实现。当然,过度的注意细节就是钻牛角尖,我们大可不必花费过多的精力去研究“多个点如何画到同一像素上”。同样的,数学上的直线没有宽度,但OpenGL的直线则是有宽度的。 四、实战案例:画一个圆 正四边形,正五边形,正六边形,……,直到正n边形,当n越大时,这个图形就越接近圆当n大到一定程度后,人眼将无法把它跟真正的圆相区别这时我们已经成功的画出了一个“圆” (注:画圆的方法很多,这里使用的是比较简单,但效率较低的一种) 试修改下面的const int n的值,观察当n=3,4,5,8,10,15,20,30,50等不同数值时输出的变化情况 将GL_POLYGON改为GL_LINE_LOOP、GL_POINTS等其它方式,观察输出的变化情况 #include <math.h> const int n = 20; const GLfloat R = 0.5f; const GLfloat Pi = 3.1415926536f; void myDisplay(void) { int i; glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); glBegin(GL_POLYGON); for(i=0; i<n; ++i) glVertex2f(R*cos(2*Pi/n*i), R*sin(2*Pi/n*i)); glEnd(); glFlush(); } 五、OpenGL的基本使用 以下是一个简单的OpenGL程序示例,使用C++和GLFW库创建一个窗口并绘制一个三角形: GLuint texture; glGenTextures(1, &texture); glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture); glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, 800, 600, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, nullptr); glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR); glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR); glFramebufferTexture2D(GL_FRAMEBUFFER, GL_COLOR_ATTACHMENT0, GL_TEXTURE_2D, texture, 0); 六、OpenGL扩展特性 OpenGL的一大特性就是对扩展(Extension)的支持,当一个显卡公司提出一个新特性或者渲染上的大优化,通常会以扩展的方式在驱动中实现。扩展可能会引入新功能和新常量,并且可能放松或取消现有的OpenGL函数的限制。然后一个扩展就分成两部分发布:包含扩展函数原型 的头文件和作为厂商的设备驱动。供应商使用扩展公开自定义的API而无需获得其他供应商或Khronos Group的支持,这大大增加了OpenGL的灵活性。 每个扩展都与一个简短的标识符 关系,该标识符基于开发公司的名称。例如,英伟达(nVidia)的标识符是NV。如果多个供应商同意使用相同的API来实现相同的功能,那么就用EXT标志符。这种情况更进一步,Khronos Group的架构评审委员(Architecture Review Board,ARB)正式批准该扩展,那么这就被称为一个“标准扩展”,标识符使用ARB。

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