OpenGL教程(2)——第一个窗口

2022-11-02 16:52:42

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OpenGL环境终于配置好了，现在我们可以开始学习OpenGL了。

首先，创建一个.cpp文件，然后打上几行#include指令：

#include <iostream>

using std::cout;

using std::endl;

#include <GL/glew.h>

#include <GLFW/glfw3.h>

先从<iostream>说起。其实<iostream>不是必须的，这里包含它，是因为后面可能需要在控制台上打印信息，提醒用户。glew.h和glfw3.h是我们上一篇教程里所下载的头文件，注意一定要先包含glew.h，再包含glfw3.h（因为glfw3.h会包含gl.h，而这是glew.h不允许的）。最后，如果你使用的是静态版的GLEW，需要在包含glew.h前加上下面的#define指令：

#define GLEW_STATIC

然后我们进入main()函数：

int main()

{

GLFW

首先我们需要初始化GLFW：

if (!glfwInit())

{

    cout << "Failed to initialize GLFW!\n";

    return -;

}

glfwInit()函数用于初始化GLFW，在调用大部分其它GLFW函数前，都需要初始化GLFW。glfwInit()如果成功，将会返回GLFW_TRUE，否则返回GLFW_FALSE（GLFW_TRUE和GLFW_FALSE是GLFW定义的常量，被定义为于1和0）。也就是说，如果返回GLFW_FALSE，就说明初始化失败，这时我们将打印一条信息告知用户GLFW初始化失败，并且返回（注意，你可能无法看到打印的信息，这时可以在return -1前加上一句cin.get()或system("pause")暂停程序）。不过，检查返回值也不是必须的。

然后我们需要使用glfwWindowHint()函数设置hint：

glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, );

glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, );

glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);
glfwWindowHint(GLFW_RESIZABLE, GLFW_FALSE);

Hint直接翻译成中文是“线索”，这里大致指“选项”。使用glfwWindowHint()可以设置一些关于窗口的选项。glfwWindowHint()接受两个参数，第一个是我们要设置的hint的名字，使用GLFW常量（以GLFW_开头）指定；第二个是我们要把该hint设置成的值，该值随要设置的hint而异。

Hint也有很多种，这里我们只设置了4种，分别是OpenGL主版本号（GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR）、OpenGL副版本号（GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR）、OpenGL模式（GLFW_OPENGL_PROFILE）、窗口是否可调整大小（GLFW_RESIZABLE）。这4个hint，我们分别设置为3、3、GLFW_CORE_PROFILE、GLFW_FALSE。

因为我们要使用OpenGL 3.3，所以我们把GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR和GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR对应的hint都设置为3。因为我们要使用OpenGL核心模式（这个后面会提到更多），所以我们把GLFW_OPENGL_PROFILE对应的hint设置为GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE，表示使用OpenGL核心模式。最后，把GLFW_RESIZABLE对应的hint设置为GLFW_FALSE，表示窗口不允许用户调整大小。之所以这样做是因为如果允许用户调整大小，大小发生变化后，窗口的绘制区域默认不变（依然是原来窗口的区域），也就是说窗口上绘制的图像的大小、位置不会发生改变。为了避免这种现象发生，我们就简单地不让用户调整窗口大小（当然也有更好的方法，就是用GLFW设置一个窗口大小的回调函数，但这样比较简单）。

注意，如果你使用Mac OS X，你需要再加上下面这句调用：

glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_FORWARD_COMPAT, GLFW_TRUE);

然后就该创建窗口了：

GLFWwindow * window = glfwCreateWindow(, , "First window", nullptr, nullptr);

if (window == nullptr)

{

    cout << "Failed to create window using GLFW!\n";

    return -;

}

glfwCreateWindow()接受5个参数。第一个、第二个是窗口的宽和高，以像素为单位，这里分别是800和600；第三个是窗口标题，这里是"First window"；第四个和第五个参数可以忽略，直接传入nullptr。

glfwCreateWindow()将会使用前面glfwWindowHint()所设置的hint创建窗口，返回一个GLFWwindow指针，我们把这个指针叫做窗口句柄（window handle）。简单说来，就是从此以后我们都用它来代表我们的窗口，后面会需要对窗口进行设置、询问一些关于窗口的信息，就需要传入这个指针。如果创建窗口出现问题，将返回NULL（C++里就是nullptr），因此如果window为nullptr，说明创建窗口失败，打印错误信息，返回-1。

创建完毕之后，需要让当前窗口的环境在当前线程上成为当前环境（说法有点复杂，不太严谨地说，就是接下来的画图都会画在我们刚刚创建的窗口上）：

glfwMakeContextCurrent(window);

GLEW

GLFW设置完毕后，还需要初始化GLEW：

glewExperimental = GL_TRUE;

if (glewInit())

{

    cout << "Failed to init GLEW!\n";

    return -;

}

首先我们把glewExperimental设置为GL_TRUE，这样GLEW就会使用更加新的方法管理OpenGL，减少错误。然后调用glewInit()初始化GLEW。注意glewInit()成功返回0，失败返回1，与GLFW相反。如果失败则输出错误信息，并返回-1。

游戏循环

和控制台程序不同，我们希望这个程序可以一直运行，直到用户关闭窗口。这样我们就需要创建一个循环，叫做游戏循环（game loop）。

while (!glfwWindowShouldClose(window))

{
    glfwSwapBuffers(window);

    glfwPollEvents();

}

glfwWindowShouldClose()检查窗口是否需要关闭。如果是，游戏循环就结束了，接下来我们将会清理资源，结束程序。

glfwSwapBuffers()用来交换窗口的两个颜色缓冲（color buffer）。这个概念叫做双缓冲（double buffer）。如果不使用双缓冲，就可能会出现闪屏现象，因为绘制一般不是一下子就绘制完毕的，而是从左到右、从上到下地绘制。为了避免这个问题，一般会使用双缓冲，前缓冲（front buffer）是最终的图像，而程序会在后缓冲（back buffer）上绘制。后缓冲绘制完毕后，就交换两个缓冲，这样就不会有闪屏的问题了。

glfwPollEvents()用来检查是否有事件被触发，例如点击关闭按钮、点击鼠标、按下键盘，等等。如果有，GLFW将会对这些事件进行处理。更严谨地说（以键盘、鼠标键为例），GLFW自己会记录每个键、鼠标键的状态（按下/没有按下），但当某个按键松开或被按下时，GLFW不会自动更新状态，必须调用glfwPollEvents()才能更新。调用glfwPollEvents()时会检查状态是否有变化（如按下的是否松开，没有按下的是否被按下），如果有就会更新该状态。如果设置了回调函数（这个将在以后讲），还会调用相应的回调函数。如果不调用这个函数，不仅无法检测输入（后文会需要这样），我们在点击窗口右上角的X时，GLFW也不会知道需要关闭窗口。所以必须在每一轮游戏循环中调用这个函数。

最后，当循环执行完毕后，我们需要释放前面所申请的资源：

glfwTerminate();

return ;

}

glfwTerminate()将会释放所有GLFW资源，关闭当前窗口。然后程序就成功退出了。

现在运行你的程序，如果你得到了一个黑色窗口，恭喜你，成功了！如果没有，请参考结尾的代码，对照自己的代码。

额外的东西

现在我们已经成功创建窗口，并且在用户点击右上角的X时退出。但是还不够——你可能会问，可不可以让用户按ESC键时退出，或者换一个窗口背景颜色？这里我们就来实现这两项。

关于第一个功能，可以这样写（在游戏循环里）：

if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_ESCAPE) == GLFW_PRESS)

    glfwSetWindowShouldClose(window, GLFW_TRUE);

glfwGetKey()用来判断一个键是否按下。第一个参数是GLFW窗口句柄，第二个参数是一个GLFW常量，代表一个键。GLFW_KEY_ESCAPE表示Esc键。如果Esc键按下了，glfwGetKey将返回GLFW_PRESS（值为1），否则返回GLFW_RELEASE（值为0）。

如果Esc被按下了，我们就会调用glfwSetWindowShouldClose()函数，为窗口设置关闭标志。第一个参数是窗口句柄，第二个参数表示是否关闭，这里为GLFW_TRUE，表示关闭该窗口。注意，这时窗口不会立即被关闭，但是glfwWindowShouldClose()将返回GLFW_TRUE，到了glfwTerminate()就会关闭窗口。

关于第二个功能，可以在进入游戏循环之前，加一句：

glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f);

与其它glfw开头的函数（这些函数由GLFW提供）不同，这个函数是以gl开头的，是OpenGL的函数。glClearColor用来设置窗口被清除时的颜色，也就是背景颜色。前3个参数分别是背景颜色的R、G、B分量，范围是0~1；第4个是alpha值表示透明度，这里只是设为1.0f，表示不透明。(0.2, 0.3, 0.3)这一颜色大致是较暗的蓝绿色。

然后在游戏循环中加一句：

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

这将会清除当前窗口，把所有像素的颜色都设置为前面所设置的清除颜色。GL_COLOR_BUFFER_BIT是OpenGL定义的常量，表示清除颜色缓存。后面会学到，还有GL_DEPTH_BUFFER_BIT和GL_STENCIL_BUFFER_BIT。

现在运行程序，你应该会得到下面的画面，并且按Esc时会关闭窗口：

OpenGL教程(2)——第一个窗口

最终代码

#include <iostream>

using std::cout;

using std::endl;

#include <GL/glew.h>

#include <GLFW/glfw3.h>

int main()

{

    // init GLFW

    if (!glfwInit())

    {

        cout << "Failed to init GLFW!\n";

        return -;

    }

    // set window hints

    glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, );

    glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, );

    glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);
    glfwWindowHint(GLFW_RESIZABLE, GLFW_FALSE);

    // create the window

    GLFWwindow * window = glfwCreateWindow(, , "First window", nullptr, nullptr);

    if (window == nullptr)

    {

        cout << "Failed to create window using GLFW!\n";

        return -;

    }

    glfwMakeContextCurrent(window);

    // init GLEW

    glewExperimental = GL_TRUE;

    if (glewInit())

    {

        cout << "Failed to init GLEW!\n";

        return -;

    }

    // set clear color

    glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f);

    // game loop

    while (!glfwWindowShouldClose(window))

    {

        // if Esc is pressed, close the window

        if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_ESCAPE) == GLFW_PRESS)

            glfwSetWindowShouldClose(window, GLFW_TRUE);

        // clear the window

        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

        // poll and swap

        glfwSwapBuffers(window);
        glfwPollEvents();

    }

    // cleanup

    glfwTerminate();

    return ;

}

好啦，你已经学会了创建窗口的基本技巧，下一课，我们将会学习如何画我们的第一个三角形！

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