Графическая библиотека opengl. Программирование с использованием библиотеки opengl

01.05.2019

Лабораторная работа № 2.

1. Введение

OpenGL – Open Graphics Library, открытая графическая библиотека. Термин "открытый" – означает независимый от производителей. Имеется спецификация (стандарт) на OpenGL, где все четко задокументировано и описано. Библиотеку OpenGL может производить кто угодно. Главное, чтобы библиотека удовлетворяла спецификации OpenGL и ряду тестов. Как следствие, в библиотеке нет никаких темных мест, секретов, недокументированных возможностей и т. п, те кто программировал под MS Windows или MS DOS понимают о чем я говорю. Библиотеку выпускают такие корпорации, как Microsoft, Silicon Graphics, а также просто группы программистов. Одним из таких примеров служит реализация Mesa. Эту библиотеку написали целый ряд программистов, главным автором является Brian Paul. Библиотека Mesa распространяется в исходных текстах на языке Си и собирается почти для любой операционной системы. Стандарт OpenGL развивается с 1992 года. Он разрабатывается фирмой Silicon Graphics. С тех пор библиотека завоевала огромную популярность и была интегрирована с множеством языков и систем разработки приложений. Вы можете писать программу с использованием OpenGL на Си, С++, Pascal, Java и многих других языках. Основное предназначение OpenGL программирование трехмерной графики.

Библиотека OpenGL представляет собой интерфейс программирования трехмерной графики. Единицей информации является вершина, из них состоят более сложные объекты. Программист создает вершины, указывает, как их соединять (линиями или многоугольниками), устанавливает координаты и параметры камеры и ламп, а библиотека OpenGL берет на себя работу создания изображения на экране. OpenGL идеально подходит для программистов, которым необходимо создать небольшую трехмерную сцену и не задумываться о деталях реализации алгоритмов трехмерной графики. Для профессионалов, занимающихся программированием трехмерной графики, библиотека тоже будет полезной, т. к. она представляет основные механизмы и выполняет определенную автоматизацию. Используя OpenGL можно с легкостью создать трехмерные поверхности, наложить на них текстуры, осветить источниками света, сделать эффект тумана, прозрачности, смешивания цветов, а также наложить трафарет, передвигать объекты сцены, лампы и камеры по заданным траекториям, сделав тем самым анимацию. OpenGL непосредственно не поддерживает работу с устройствами ввода, такими как мышь или клавиатура, т. к. эта библиотека является платформенно независимой. Но можно задействовать функции конкретной операционной системы, под которую вы пишите свою программу или воспользоваться надстройками над OpenGL, такими как библиотеки GLUT или GLAUX.

2. Первая программа

Самым простым объектом, с помощью которого можно увидеть всю мощь OpenGL, является сфера. Можно попытаться ее изобразить. Для этого надо создать новый проект в VisualC++, выполнив следующие действия:

— запустить Visual C++;

— выполнить команду File | New…;

— в открывшемся диалоговом окне выбрать тип проекта Win32 Application, в поле Project Name указать имя проекта, а в поле Location – папку в которой будет находиться проект;

— нажать кнопку OK. Затем, ничего не изменяя, – кнопку Finish и еще раз OK;

— скопировать в папку проекта два файла Sample. cpp и Sample. h (выдаются преподавателем);

— подключить эти два файла к проекту выполнив команду Project | Add To Project | Files…;

— вставьте в функцию Display следующий код:

GlColor3d(1,0,0);

AuxSolidSphere(1);

— создать exe-модуль (F7).

Поясним назначение вставленных двух функций. Функция glColor3d устанавливает текущий цвет, которым будут рисоваться фигуры. Тут нужно пояснить, как устанавливается цвет и общую философию в названии функций OpenGL. Цвет устанавливается четырьмя параметрами: красный, синий, зеленый и прозрачность. Эти параметры варьируются в диапазоне от нуля до единицы. Четвертый параметр нам пока не нужен, поэтому мы вызвали glColor с тремя параметрами. В этом случае, значение четвертого параметра, прозрачности, по умолчанию считается равным единице, т. е. абсолютно непрозрачным, ноль – будет абсолютно прозрачным. Применяется следующий синтаксис вызова функций – FuncionName[тип параметров].

Доступны следующие типы:

B – GLbyte байт;

S – GLshort короткое целое;

I – GLint целое;

F – GLfloat дробное;

D – GLdouble дробное с двойной точностью;

Ub – GLubyte беззнаковый байт;

Us – GLushort беззнаковое короткое целое;

Ui – GLuint беззнаковое целое;

V – массив из n параметров указанного типа;

В нашем случае – glColor3d – означает, что в функцию передается три параметра типа GLdouble. Также можно было вызвать glColor3i, т. е. три параметра типа GLint. Если тип параметров короткое целое, целое, байт или длинное, то компонента цвета приводится к диапазону . Приведение к этому диапазону осуществляется по следующим правилам. В случае беззнакового типа возможное наибольшее значение приводится к единице, ноль к нулю. В случае знакового максимальное значение приводится к единице или к минус единице, а минус единица будет приведена к единице. На практике обычно пользуются одним из трех случаев, рассмотренных в качестве примера ниже. Например, для беззнакового байта приведение будет осуществлено по следующей формуле: значение_переменной_хранимой_в_байте/255, т. к. 255 максимальное число, хранимое в одном байте. Функция glColor3dv означает, что в качестве параметров передается массив из трех элементов типа GLdouble. Например:

Double array = {0.5, 0.75, 0.3};

GlColor3dv(array);

GlColor3ub(200,100,0); // приводится к

// 200/256, 100/256, 0,256

GlColor3d(0.25,0.25,0); // темно-желтый

GlColot3ub(0,100,0); // темно-зеленый

GlColor3ub(0,0,255); // синий

3. Простые объекты. Общие положения

Точки, линии, треугольники, четырехугольники, многоугольники –простые объекты, из которых состоят любые сложные фигуры. OpenGL непосредственно не поддерживает функций для создания таких сложных объектов как сфера, цилиндр тор и др., т. е. таких функций нет в opengl32.dll. Эти функции есть в библиотеки утилит glu32.dll, и устроены они следующим образом. Для того чтобы нарисовать сферу функция auxSolidSphere использует функции из библиотеки glu32.dll, а те в свою очередь, используют базовую библиотеку opengl32.dll и из линий или многоугольников строят сферу. Примитивы создаются следующим образом:

GlBegin(mode); // указываем, что будем рисовать

glVertex(…); // первая вершина

… // тут остальные вершины

glVertex(…); // последняя

//вершина

GlEnd(); // закончили рисовать примитив

Сначала необходимо указать начало рисования – glBegin с соответствующим параметром.

Возможные значения mode перечислены ниже в таблице. Далее указываются вершины, определяющие объекты указанного типа. Обычно вершину задают одним из четырех способов.

GlVertex2d(x, y); // две переменных типа double

GlVertex3d(x, y,z); // три переменных типа double

GlVertex2dv(array); // массив из двух переменных типа

GlVertex3d(array); // массив из трех переменных типа

Void glEnd(void);

Указывает на конец рисования объектов типа, указанного в glBegin. Далее подробно разберем создание всех примитивов.

Таблица 1.

Возможные значения mode

Значение	Описание
	Каждый вызов glVertex задает отдельную точку.
	Каждая пара вершин задает отрезок.
	Рисуется ломанная.
	Рисуется ломанная, причем ее последняя точка соединяется с первой.
	Каждые три вызова glVertex задают треугольник.
GL_TRIANGLE_STRIP	Рисуются треугольники с общей стороной.
	То же самое, но по другому правилу соединяются вершины.
	Каждые четыре вызова glVertex задают четырехугольник.
	Четырехугольники с общей стороной.
	Многоугольник.

3.1. Точки

Можно нарисовать сколько угодно точек, вызывая glVertex3d, и тем самым, устанавливая новую точку. При создании точек можно изменять следующие параметры. Можно вызывать glColor3d внутри glBegin/glEnd. Размер точки можно устанавливать с помощью функции:

Void glPointSize(GLfloat size);

Режим сглаживания можно устанавливать вызовом функции

GlEnable(GL_POINT_SMOOTH);

Отключается соответственно вызовом glDisable(GL_POINT_SMOOTH). Последние функции – glPointSize и glEnable/glDisable надо вызывать вне glBegin/glEnd, иначе они будут проигнорированы. Функции glEnable/glDisable включают/выключают множество опций, но следует учитывать, что некоторые опции влекут за собой большие вычисления и, следовательно, изрядно затормаживают приложение, поэтому без надобности не стоит их включать.

// рисуем точки

GlBegin(GL_POINTS);

glColor3d(1,0,0);

glVertex3d(-4.5,4,0); // первая точка

glColor3d(0,1,0);

glVertex3d(-4,4,0); // вторая точка

glColor3d(0,0,1);

glVertex3d(-3.5,4,0); // третья

GlBegin(GL_POINTS);

glColor3d(1,0,0);

glVertex3d(-2,4,0); // первая точка

glColor3d(0,1,0);

glVertex3d(-1,4,0); // вторая точка

glColor3d(0,0,1);

glVertex3d(0,4,0); // третья

GlPointSize(10);

GlEnable(GL_POINT_SMOOTH);

GlBegin(GL_POINTS);

glColor3d(1,0,0);

glVertex3d(2,4,0); // первая точка

glColor3d(0,1,0);

glVertex3d(3,4,0); // вторая точка

glColor3d(0,0,1);

glVertex3d(4,4,0); // третья

GlDisable(GL_POINT_SMOOTH);

3.2. Линии

Для линий также можно изменять ширину, цвет, размер сглаживание. Если вы зададите разные цвета для начала и конца линии, то ее цвет будет переливающимся. OpenGL по умолчанию делает интерполяцию. Так же можно рисовать прерывистые линии, делается это путем наложения маски при помощи, следующей функции:

Void glLineStipple(GLint factor, GLushort pattern);

Второй параметр задает саму маску. Например, если его значение равно 255(0x00FF), то чтобы вычислить задаваемую маску воспользуемся калькулятором. В двоичном виде это число выглядит так: 0000000011111111, т. е. всего 16 бит. Старшие восемь установлены в ноль, значит, тут линии не будет. Младшие установлены в единицу, тут будет рисоваться линия. Первый параметр определяет, сколько раз повторяется каждый бит. Скажем, если его установить равным 2, то накладываемая маска будет выглядеть так:

GlLineWidth(1); // ширину линии

// устанавливаем 1

GlBegin(GL_LINES);

glColor3d(1,0,0); // красный цвет

glVertex3d(-4.5,3,0); // первая линия

glVertex3d(-3,3,0);

glColor3d(0,1,0); // зеленый

glVertex3d(-3,3.3,0); // вторая линия

glVertex3d(-4,3.4,0);

GlLineWidth(3); // ширина 3

GlBegin(GL_LINE_STRIP); // см. ниже

glColor3d(1,0,0);

glVertex3d(-2.7,3,0);

glVertex3d(-1,3,0);

glColor3d(0,1,0);

glVertex3d(-1.5,3.3,0);

glColor3d(0,0,1);

glVertex3d(-1,3.5,0);

GlEnable(GL_LINE_SMOOTH);

GlEnable(GL_LINE_STIPPLE); // разрешаем рисовать

// прерывистую линию

GlLineStipple(2,58360); // устанавливаем маску

// пояснения см. ниже

GlBegin(GL_LINE_LOOP);

glColor3d(1,0,0);

glVertex3d(1,3,0);

glVertex3d(4,3,0);

glColor3d(0,1,0);

glVertex3d(3,2.7,0);

glColor3d(0,0,1);

glVertex3d(2.5,3.7,0);

GlDisable(GL_LINE_SMOOTH);

GlDisable(GL_LINE_STIPPLE);

3.3. Треугольники

Для треугольника можно задавать те же параметры, что и для линии плюс есть еще одна функция

Void glPolygonMode(

Она устанавливает опции для прорисовки многоугольника. Возможные значения параметров функции приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Значения параметров функции glPolygonMode

Первый параметр указывает, для каких сторон применяется опция, заданная вторым параметром. Треугольники можно рисовать, передав GL_TRIANGLE_STRIP или GL_TRIANGLE_FAN в glBegin. В первом случае первая, вторая и третья вершины задают первый треугольник. Вторая, третья и четвертая вершина — второй треугольник. Третья, четвертая и пятая вершина — третий треугольник и т. д. Вершины n, n+1 и n+2 определят n-ый треугольник. Во втором случае первая, вторая и третья вершина задают первый треугольник. Первая, третья и четвертая вершины задают второй треугольник и т. д. Вершины 1, n+1, n+2 определяют n-ый треугольник. Далее следует пример с комментариями.

GlPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_FILL); // см. выше

GlBegin(GL_TRIANGLES);

glColor3d(1,0,0); // рисуем треугольник

glVertex3d(-4,2,0);

glVertex3d(-3,2.9,0);

glVertex3d(-2,2,0);

//рисуем проволочные треугольники

GlBegin(GL_TRIANGLE_STRIP); // обратите внимание на

// порядок вершин

glColor3d(0,1,0);

glVertex3d(1,2,0);

glVertex3d(0,2.9,0);

glVertex3d(-1,2,0);

glVertex3d(0,1.1,0);

GlEnable(GL_LINE_STIPPLE);

GlPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_LINE);

GlBegin(GL_TRIANGLE_FAN);

glColor3d(0,0,1);

glVertex3d(4,2,0);

glVertex3d(2.6,2.8,0);

glVertex3d(2,2,0);

glVertex3d(3,1.1,0);

GlDisable(GL_LINE_STIPPLE);

3.4. Четырехугольники и многоугольники

Четырехугольники рисуются вызовом функции glBegin с параметром GL_QUADS или GL_QUAD_STRIP. Для первого случая каждые четыре вершины определяют свой четырехугольник. Во втором случае рисуются связанные четырехугольники. Первая, вторая, третья и четвертая вершина определяют первый четырехугольник. Третья, четвертая, пятая и шестая вершина — второй четырехугольник и т. д. (2n-1), 2n, (2n+1) и (2n+2) вершины задают n-ый четырехугольник. Многоугольники задаются вызовом glBegin с параметром GL_POLYGON. Все вершины определяют один многоугольник. Для многоугольников можно задавать стили при помощи выше описанной функции glPolygonMode, толщину линии, толщину точек и цвет.

4. Переход к новым координатам

В предыдущем разделе вы научились рисовать примитивные трехмерные объекты. Но проблема в том, что они рисуются только в начале координат, т. е. в точке (0,0,0). Для того чтобы изобразить объект в точке (x0,y0,z0), надо переместить начало координат в эту точку, т. е. надо перейти к новым координатам. Эта процедура довольно распространенная при программировании графики и анимации. Часто, бывает очень удобно, сместить координаты в новую точку и повернуть их на требуемый угол, и ваши расчеты резко упростятся. Для перехода к новым координатам в OpenGL есть две функции:

Void glTranslated(Dx, Dy, Dz);

Void glRotated(j, x0,y0,z0);

Первая функция сдвигает начало системы координат на (Dx, Dy, Dz). Вторая — поворачивает на угол j против часовой стрелки вокруг вектора (x0,y0,z0). Теперь, стоит сказать еще о двух очень важных функциях:

Void glPushMatrix();

Void glPopMatrix();

Они предназначены для сохранения и восстановления текущих координат. Часто бывает неудобно переходить от одной системы координат к другой и помнить все переходы. Гораздо удобнее с помощью glPushMatrix() сохранить текущие координаты, потом сдвигаться, вертеться, как угодно, а после, вызовом glPopMatrix вернуться к старым координатам. Теперь можно поэкспериментировать. Рассмотрим сдвиг координат. Вставьте в функцию display следующий код:

GlTranslated(1.4,0,0);// сдвигаемся по оси Х на 1.4

GlColor3d(0,1,0);

AuxSolidSphere(0.5); // рисуем сферу в (1.4,0,0)

// в абсолютных координатах

GlTranslated(1,0,0); // еще раз сдвигаемся

GlColor3d(0,0,1);

AuxSolidSphere(0.3);

GlPopMatrix(); // возвращаемся к старой системе

// координат

GlColor3d(1,0,0);

AuxSolidSphere(0.75); // рисуем сферу в точке (0,0,0)

// в абсолютных координатах

5. Поворот координат

Теперь рассмотрим вращение координат. В функцию display вставьте следующий код:

GlColor3d(1,0,0);

AuxSolidCone(1, 2); // рисуем конус в центре координат

GlPushMatrix(); // сохраняем текущие координаты

glTranslated(1,0,0); // сдвигаемся в точку (1,0,0)

glRotated(75,1,0,0); // поворачиваем систему

// координат на 75 градусов

glColor3d(0,1,0);

auxSolidCone(1, 2); // рисуем конус

GlPopMatrix(); // возвращаемся к старым координатам

Как видите, конус повернулся в абсолютных координатах. Так что, для того, чтобы нарисовать фигуру не в начале координат, надо:

· сдвинуть(glTranslated), повернуть(glRotated);

· нарисовать то, что хотели;

· вернуться к старым координатам.

Вызовы glPushMatrix/PopMatrix могут быть вложенными, т. е.:

Естественно число вызовов glPopMatrix должно соответствовать числу вызовов glPushMatrix, иначе сцена улетит в неизвестном направление. Максимально допустимая глубина вложенности glPushMatrix/glPopMatrix определяется следующим образом:

GlGetIntegerv(GL_MAX_MODELVIEW_STACK_DEPTH, &n);

Printf("n=%d ",n);

Спецификация на OpenGL гарантирует, что глубина стека не может быть меньше 32.

6. Построение поверхностей

Существует набор функций для построения сфер, цилиндров и дисков. Эти функции представляют очень мощный контроль за построением трехмерных объектов. Для рисования поверхностей используются следующие функции:

GLUquadricObj * qobj,

GLdouble radius,

Void gluCylinder(

GLUquadricObj *qobj,

GLdouble baseRadius,

GLdouble topRadius,

GLdouble height,

GLUquadricObj *qobj,

GLdouble innerRadius,

GLdouble outerRadius,

Void gluPartialDisk(

GLUquadricObj *qobj,

GLdouble innerRadius,

GLdouble outerRadius,

GLdouble startAngle,

GLdouble sweepAngle

В начале занятия вы научились строить трехмерные объекты с помощью функций из библиотеки Auxilary Library. Функции auxSphere, auxCylinder и auxCone просто вызывают gluSphere и gluCylinder. В auxCylinder и auxCone фирмы Microsoft имеются баги. Здесь будет подробно рассмотрено построение сфер и цилиндров, так что потребность в auxCylinder и auxCone отпадет.

Первым параметром для gluSphere, gluCylinder, gluDisk и gluPartialDisk является указатель на объект типа GLUquadricObj. Далее следуют параметры непосредственно создаваемой фигуры. Для сферы – это радиус; для цилиндра – радиус нижнего основания, радиус верхнего основания и высота; для диска – внутренний радиус, внешний радиус и для частичного диска – внутренний радиус, внешний радиус, угол, с которого начинать рисовать, длина дуги в градусах, которую рисовать. Последние два параметра у всех этих функций одинаковы. Это число разбиений вокруг оси Z и число разбиений вдоль оси Z. Как известно, все сложные объекты состоят из простых: точек, линий и многоугольников. Понятно, что нарисовать (создать) идеально гладкую сферу или цилиндр невозможно. Поэтому строится приближение из плоскостей. Для этого и нужно указать количество разбиений. Чем больше разбиение, тем лучше будет выглядеть ваш объект. Однако, задавать здесь число с шестью нулями не стоит. Это лишено всякого смысла. Оптимальным является число от 10 до 20. Чем больше объект, тем больше нужно разбиений. Число разбиений (вдоль и поперек) лучше выставлять одинаковыми.

Сначала необходимо создать объект типа GLUquadricObj с помощью функции

GLUquadricObj * gluNewQuadric(void);

Затем нужно установить свойства с помощью функции

Void gluQuadricDrawStyle(

GLUquadricObj *qobj,

Glenum drawStyle

Доступны стили:

GLU_FILL – рисуется сплошной объект;

GLU_LINE – проволочный объект;

GLU_POINT – рисуются только точки.

Удалить созданный объект можно, воспользовавшись функцией

Void gluDeleteQuadric(GLUquadricObj * state);

Теперь можно поэкспериментировать. Измените функцию display следующим образом.

Void display(void)

GLUquadricObj * quadObj;

// создаем новый объект для создания сфер и цилиндров

quadObj = gluNewQuadric();

glColor3d(1,0,0);

// устанавливаем стиль: сплошной

gluQuadricDrawStyle(quadObj, GLU_FILL);

// рисуем сферу радиусом 0.5

gluSphere(quadObj, 0.5, 10, 10);

glTranslated(-2,0,0); // сдвигаемся влево

glRotated(45, 1,0,0); // поворачиваем

glColor3d(0,1,0);

// устанавливаем стиль: проволочный

gluQuadricDrawStyle(quadObj, GLU_LINE);

gluCylinder(quadObj, 0.5, 0.75, 1, 15, 15);

gluDeleteQuadric(quadObj);

auxSwapBuffers();

7. Плоскости отсечения

Если требуется нарисовать сферу или любой другой объект урезанным, то это можно сделать с помощью плоскости отсечения. Плоскостей отсечения может быть шесть. По умолчанию они все запрещены. Плоскость отсечения включается командой glEnable(GL_CLIP_PLANE0). Ноль на конце GL_CLIP_PLANE означает нулевую плоскость; можно указать один, два, три и т. д. Сама плоскость устанавливается функцией

Void glClipPlane(

const GLdouble *equation

Первый аргумент этой функции – это плоскость, второй – это массив из четырех элементов, в котором хранятся коэффициенты (A, B, C, D) уравнения плоскости: A*x + B*y + C*z + D = 0. Измените функцию display, как показано ниже.

Void display(void)

GLdouble equation = {-1,-0.25,0,2};

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

glEnable(GL_CLIP_PLANE0);

glClipPlane(GL_CLIP_PLANE0, equation);

glColor3d(1,0,0);

auxSolidSphere(3);

glDisable(GL_CLIP_PLANE0);

auxSwapBuffers();

8. Задания

1. Нарисовать куб представляющий собой пространство RGB. Вершины куба имеют цвета: R – красный, G – зеленый, B – синий, C – голубой, M – пурпурный, Y – желтый, W – белый, K – черный. Цвет каждого ребра плавно изменяется от цвета одной вершины до цвета другой.

После того, как куб нарисован, осуществить сдвиг его так, чтобы начало координат совпало с центром куба, а затем поворот вокруг оси OX на угол 30° и вокруг оси OZ на угол -20°.

2. Нарисовать сцену, в которой в начале координат изображается сфера радиуса r. На расстоянии R1 от первой сферы в некоторой точке (x1, y1, 0) изображается сфера с радиусом r1. От нее на расстоянии R2 в некоторой точке (x2, y2, 0) изображается сфера радиуса r2.

После того как сцена нарисована необходимо ее «оживить», т. е. заставить вращаться сферу r1 вокруг сферы r, а сферу r2 вокруг r1. Для этого необходимо объявить глобальные переменные f1 и f2 – углы поворота соответственно r1 вокруг r и r2 вокруг r1. Затем перед каждым выводом инкрементировать f1f2 на постоянные величины и вычислять x1, y1, x2, y2 по следующим формулам.

OpenGL является на данный момент одним из самых популярных программных интерфейсов (API) для разработки приложений в области двумерной и трехмерной графики. Стандарт OpenGL был разработан и утвержден в 1992 году ведущими фирмами в области разработки программного обеспечения, а его основой стала библиотека IRIS GL, разработанная Silicon Graphics.

На данный момент реализация OpenGL включает в себя несколько библиотек (описание базовых функций OpenGL, GLU,GLUT,GLAUX и другие), назначение которых будет описано ниже.

Характерными особенностями OpenGL, которые обеспечили распространение и развитие этого графического стандарта, являются:

Стабильность - дополнения и изменения в стандарте реализуются таким образом, чтобы сохранить совместимость с разработанным ранее программным обеспечением.

Надежность и переносимость - приложения, использующие OpenGL, гарантируют одинаковый визуальный результат вне зависимости от типа используемой операционной системы и организации отображения информации. Кроме того, эти приложения могут выполняться как на персональных компьютерах, так и на рабочих станциях и суперкомпьютерах.

Легкость применения - стандарт OpenGL имеет продуманную структуру и интуитивно понятный интерфейс, что позволяет с меньшими затратами создавать эффективные приложения, содержащие меньше строк кода, чем с использованием других графических библиотек. Необходимые функции для обеспечения совместимости с различным оборудованием реализованы на уровне библиотеки и значительно упрощают разработку приложений.

Основные возможности OpenGL

Набор базовых примитивов: точки, линии, многоугольники и т.п.

Видовые и координатные преобразования

Удаление невидимых линий и поверхностей (z-буфер)

Использование сплайнов для построения линий и поверхностей

Наложение текстуры и применение освещения

Добавление специальных эффектов: тумана, изменение прозрачности,сопряжение цветов (blending), устранение ступенчатости (anti-aliasing).

Как уже было сказано, существует реализация OpenGL для разных платформ, для чего было удобно разделить базовые функции графической системы и функции для отображения графической информации и взаимодействия с пользователем. Были созданы библиотеки для отображения информации с помощью оконной подсистемы для операционных систем Windows и Unix (WGL и GLX соответственно), а также библиотеки GLAUX и GLUT, которые используются для создания так называемых консольных приложений.

Библиотека GLAUX уступает по популярности написанной несколько позже библиотеке GLUT, хотя они предоставляют примерно одинаковые возможности. В состав библиотеки GLU вошла реализация более сложных функций, таких как набор популярных геометрических примитивов (куб, шар, цилиндр, диск), функции построения сплайнов, реализация дополнительных операций над матрицами и т.п. Все они реализованы через базовые функции OpenGL.

Архитектура и особенности синтаксиса

С точки зрения архитектуры, графическая система OpenGL является конвейером, состоящим из нескольких этапов обработки данных:

Аппроксимация кривых и поверхностей

Обработка вершин и сборка примитивов

Растеризация и обработка фрагментов

Операции над пикселями

Подготовка текстуры

Передача данных в буфер кадра

Вообще, OpenGL можно сравнить с конечным автоматом, состояние которого определяется множеством значений специальных переменных (их имена обычно начинаются с символов GL_) и значениями текущей нормали, цвета и координат текстуры. Все эта информация будет использована при поступлении в систему координат вершины для построения фигуры, в которую она входит. Смена состояний происходит с помощью команд, которые оформляются как вызовы функций.

ИНИЦИАЛИЗАЦИЯ БИБЛИОТЕКИ OpenGL В C++

Первым делом нужно подключить заголовочные файлы:

#include

· gl.h и glu.h содержат прототипы основных функций OpenGL определённых в opengl32.dll и glu32.dll.

· glaux.h содержит вспомогательные (auxiliary) функции (glaux.dll).

После подключения заголовочных файлов нужно установить формат пикселей. Для этой цели используется следующая функция:

BOOL bSetupPixelFormat(HDC hdc)

PIXELFORMATDESCRIPTOR pfd, *ppfd;

int pixelformat;

ppfd->nSize = sizeof(PIXELFORMATDESCRIPTOR);

ppfd->nVersion = 1;

ppfd->dwFlags = PFD_DRAW_TO_WINDOW | PFD_SUPPORT_OPENGL | PFD_DOUBLEBUFFER;

ppfd->dwLayerMask = PFD_MAIN_PLANE;

ppfd->iPixelType = PFD_TYPE_RGBA;

ppfd->cColorBits = 16;

ppfd->cDepthBits = 16;

ppfd->cAccumBits = 0;

ppfd->cStencilBits = 0;

if ((pixelformat = ChoosePixelFormat(hdc, ppfd)) == 0)

MessageBox(NULL, "ChoosePixelFormat failed", "Error", MB_OK);

if (SetPixelFormat(hdc, pixelformat, ppfd) == FALSE)

MessageBox(NULL, "SetPixelFormat failed", "Error", MB_OK);

Структура PIXELFORMATDESCRIPTOR сказать надо.

cColorBits - глубина цвета

cDepthBits - размер буфера глубины (Z-Buffer)

cStencilBits - размер буфера трафарета (мы его пока не используем)

iPixelType - формат указания цвета. Может принимать значения PFD_TYPE_RGBA (цвет указывается четырьмя параметрами RGBA - красный, зленный, синий и альфа) и PFD_TYPE_COLORINDEX (цвет указывается индексом в палитре).

Функция ChoosePixelFormat() подбирает формат пикселей и возвращает его дескриптор, а SetPixelFormat() устанавливает его в контексте устройства (dc).

После того как в контексте устройства установлен формат пикселей, нужно создать контекст воспроизведения (Rendering Context) для этого в OpenGL определены следующие функции:

HGLRC wglCreateContext(HDC hdc);

BOOL wglMakeCurrent(HDC hdc, HGLRC hglrc);

В объявлении класса формы в области private необходимо добавить следующее:

ghRC - указатель на контекст воспроизведения (Rendering Context)

ghDC - дескриптор устройства (для нас - просто указатель на окно)

Процедура Draw будет отвечать за рисование.

void __fastcall TForm1::FormCreate(TObject *Sender)

ghDC = GetDC(Handle);

if (!bSetupPixelFormat(ghDC))

ghRC = wglCreateContext(ghDC);

wglMakeCurrent(ghDC, ghRC);

glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 0.0);

FormResize(Sender);

glEnable(GL_COLOR_MATERIAL);

glEnable(GL_DEPTH_TEST);

glEnable(GL_LIGHTING);

glEnable(GL_LIGHT0);

float p={3,3,3,1},

glLightfv(GL_LIGHT0,GL_POSITION,p);

glLightfv(GL_LIGHT0,GL_SPOT_DIRECTION,d);

glViewport(0, 0, Width, Height);

glMatrixMode(GL_PROJECTION);

glLoadIdentity();

glOrtho(-5,5, -5,5, 2,12);

gluLookAt(0,0,5, 0,0,0, 0,1,0);

glMatrixMode(GL_MODELVIEW);

glClearColor() устанавливает цвет, которым будет заполняться экран при очищении. У этой процедуры - 4 параметра, что соответствует RGBA. Вместо нее можно написать glClearIndex(0.0) . Эта процедура устанавливает индекс цвета в палитре.

glViewport() устанавливает область вывода - область, в которую OpenGL будет выводить изображение.

glMatrixMode() устанавливает режим матрицы видового преобразования.

glLoadIdentity() заменяет текущую матрицу видового преобразования на единичную.

glOrtho() устанавливает режим ортогонального (прямоугольного) проецирования. Это значит, что изображение будет рисоваться как в изометрии. 6 параметров типа GLdouble (или просто double): left, right, bottom, top, near, far определяют координаты соответственно левой, правой, нижней, верхней, ближней и дальней плоскостей отсечения, т.е. всё, что окажется за этими пределами, рисоваться не будет. На самом деле эта процедура просто устанавливает масштабы координатных осей. Для того чтобы установить перспективное проецирование, используются процедуры glFrustum() и gluPerspective().

gluLookAt() устанавливает параметры камеры: первая тройка - её координаты, вторая - вектор направления, третья - направление оси Y.

В OpenGL всё включается и выключается (разрешается и запрещается) процедурами glEnable() и glDisable().

glLightfv() устанавливает свойства "лампочек": позицию и направление света.

После того, как завершена работа с OpenGL, нужно освободить занятые ресурсы: освободить контекст, вызвав wglMakeCurrent с параметром ноль для идентификатора контекста OpenGL и разрушить этот контекст функцией wglDeleteContext. Кроме того нужно удалить дескриптор ghDC. Так как обычно работу с OpenGL завершается при завершении работы приложения, то соответствующий код нужно поместить в FormClose:

void __fastcall TForm1::FormClose(TObject *Sender, TCloseAction &Action)

wglMakeCurrent(ghDC,0);

wglDeleteContext(ghRC);

ReleaseDC(Handle, ghDC);

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

За время прохождения производственной практики с 5 июля по 31 июля 2011 г. в ЗАО «Транзас», Авиационное направление в отделе программирования, я ознакомился с работой отдела программирования. Ознакомился с устройством и функционированием комплексных авиа тренажеров, разрабатываемых в ЗАО «Транзас». Я узнал о такой системе визуализации ландшафтов и различных объектов, как «Аврора». Я получил первоначальные практические навыки и умения, необходимые для разработки приложений и программного обеспечения с помощью современного высокоуровневого языка программирования и графической библиотеки.

В OpenGL переопределены стандартные типы, включая встроенные. Это сделано для переносимости программного кода на другие платформы. В принципе, нет ничего сложного, чтобы запомнить эти типы и их значения.

Например, тип GLint соответствует стандартному int:

typedef int GLint;

аналогично:

typedef unsigned int GLuint; typedef float GLfloat; typedef double GLdouble; typedef void GLvoid;

Эти типы объявлены в GL.h. Имена всех этих типов начинаются с GL. Рекомендуется с функциями OpenGL использовать эти типы.

Функции OpenGL

Многие функции OpenGL - вариации друг друга, различаясь только типами данных и их аргументами. Конечно же, этого не было бы, если бы OpenGL изначально был сделан для языков, поддерживающих перегрузку функций, таких как C++.

Чтобы не было путаницы в именах функций, ввели несколько договорённостей (правил), по которым строится имя функции OpenGL.

Во-первых, все имена функций OpenGL начинаются с приставки gl. Например,

GlBegin();
glEng();

Во-вторых, если набор функций имеют одинаковый смысл и различаются только количеством и типами параметров, то имя таких функций записывают в виде:

GlОбщая_часть_имени_функции[n],

где n - количество параметров, type - тип параметров.

Например:

glVertex2d(1 .0 , 0 .5 ) ; // 2d означает: 2 параметра типа GLdouble glVertex3f(1 .0 f, 0 .5 f, 0 .0 f) ; // 3f означает: 3 параметра типа GLfloat glColor3ub(127 , 0 , 255 ) ; // 3ub означает: 3 параметра типа GLubyte

Ниже в таблице приведены значения сокращений для type:

i	GLint
ui	GLuint
f	GLfloat
d	GLdouble
s	GLshort
us	GLushort
b	GLbyte
ub	GLubyte
v	массив

В различных документациях по OpenGL, чтобы не перечислять все функции одного семейства, принято записывать только имя общей части всех функций семейства и в конце ставить звёздочку "*". Например, функции, задающие координаты вершин записывают так:

GlVertex*

Дополнительные сведения об OpenGL

Команды OpenGL интерпретируются моделью client/server.

Код приложения (client) выдаёт команды, которые интерпретируются и обрабатываются.

OpenGL (server) может оперировать или не оперировать на компьютере как клиент. Сервер может содержать несколько контекстов OpenGL. Клиент может подключаться к любому из этих контекстов.

Оконная система выделяет буфер кадра (frame buffer). Она определяет, какая часть буфера кадра модели может быть доступна в данное время для OpenGL, и уведомляет OpenGL, как эти порции структурированы. Поэтому OpenGL не имеет команд, конфигурирующих буфер кадра или инициализирующие OpenGL.

Дополнительные библиотеки

Помимо функций OpenGL и функций, предоставляемых операционной системой, часто для работы с OpenGL используют дополнительные библиотеки.

Библиотеки не вносят каких-либо новых возможностей в сам OpenGL. Их назначение, это упрощение кода. Библиотеки избавляют от написания программистами часто встречаемых функций.

Дополнительные библиотеки рекомендуется использовать крайне осторожно. Проблемы могут возникнуть при переносе вашего кода на другую платформу. Обычно их используют для небольших и тестовых программ. В крупных проектах от этих библиотек отказываются, оставляя предпочтение чистому OpenGL.

Наиболее известные библиотеки:

OpenGL Utility Library (glu)

Утилитная библиотека glu предоставляет функции, работающие с матрицами, с координатными системами, с кривыми и поверхностями NURBS и т.п.

Эта библиотека поставляется почти со всеми реализациями OpenGL, в частности с MS Visual C++.

Для того чтобы её использовать, нужно в исходном файле включить заголовочный файл glu.h:

#include

и включить для линковки статическую библиотеку glu32.lib в ваш проект.

Имена функций в этой утилитной библиотеки начинаются на glu, например,

GluPerspective();

OpenGL Auxiliary Library (glaux)

Вспомогательная библиотека glaux содержит функции, создающие простые трёхмерные геометрические объекты, такие как сфера, куб, параллелепипед, цилиндр, конус и пр., функции, загружающие изображения из файлов, функции, работающие с окном вывода графики и т.д.

Эта библиотека используется реже, и описание функций не включено в MSDN. Файлы для работы с библиотекой также поставляются с MS Visual C++.

Для того чтобы её использовать, нужно в исходном файле включить заголовочный файл glaux.h:

#include

и включить для линковки статическую библиотеку glaux.lib в ваш проект.

Имена функций в этой утилитной библиотеки начинаются на aux, например,

AuxSolidCube();

OpenGL Utility Toolkit (GLUT)

Независимый от оконной операционной системы инструмент для создания OpenGL программ. Предоставляет простую реализацию оконного интерфейса. Эта библиотека освобождает от инициализационных подготовок приложения, может генерировать геометрические объекты и пр.

Для того чтобы её использовать, нужно в исходном файле включить заголовочный файл glut.h и включить для линковки статическую библиотеку glut32.lib в ваш проект.

Кроме того, у вас должна быть динамически подключаемая библиотека glut32.dll.

ВВЕДЕНИЕ

OpenGL является одним из самых популярных прикладных программных интерфейсов (API - Application Programming Interface) для разработки приложений в области двумерной и трехмерной графики.

Стандарт OpenGL (Open Graphics Library - открытая графическая библиотека) был разработан и утвержден в 1992 году ведущими фирмами в области разработки программного обеспечения как эффективный аппаратно-независимый интерфейс, пригодный для реализации на различных платформах. Основой стандарта стала библиотека IRIS GL, разработанная фирмой Silicon Graphics Inc.

Библиотека насчитывает около 120 различных команд, которые программист использует для задания объектов и операций, необходимых для написания интерактивных графических приложений.

На сегодняшний день графическая система OpenGL поддерживается большинством производителей аппаратных и программных платформ. Эта система доступна тем, кто работает в среде Windows, пользователям компьютеров Apple. Свободно распространяемые коды системы Mesa (пакет API на базе OpenGL) можно компилировать в большинстве операционных систем, в том числе в Linux.

Стабильность. Дополнения и изменения в стандарте реализуются таким образом, чтобы сохранить совместимость с разработанным ранее программным обеспечением.

Надежность и переносимость. Приложения, использующие OpenGL, гарантируют одинаковый визуальный результат вне зависимости от типа используемой операционной системы и организации отображения информации. Кроме того, эти приложения могут выполняться как на персональных компьютерах, так и на рабочих станциях и суперкомпьютерах.

Легкость применения. Стандарт OpenGL имеет продуманную структуру и интуитивно понятный интерфейс, что позволяет с меньшими затратами создавать эффективные приложения, содержащие меньше строк кода, чем с использованием других графических библиотек. Необходимые функции для обеспечения совместимости с различным оборудованием реализованы на уровне библиотеки и значительно упрощают разработку приложений.

Наличие хорошего базового пакета для работы с трехмерными приложениями упрощает понимание студентами ключевых тем курса компьютерной графики - моделирование трехмерных объектов, закрашивание, текстурирование, анимацию и т.д. Широкие функциональные возможности OpenGL служат хорошим фундаментом для изложения теоретических и практических аспектов предмета.

ПРОГРАММИРОВАНИЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БИБЛИОТЕКИ OPENGL

Назначение и возможности библиотеки OpenGL

Для упрощения разработки программ на языке Си++ существует большое количество готовых библиотек с реализацией алгоритмов для конкретных предметных областей, от численных расчетов до распознавания речи. Библиотека OpenGL является одним из самых популярных программных интерфейсов (API) для работы с трехмерной графикой. Стандарт OpenGL был утвержден в 1992 г. ведущими фирмами в области разработки программного обеспечения. Его основой стала библиотека IRIS GL, разработанная фирмой Silicon Graphics на базе концепции графической машины Стэнфордского университета (1982 г.).

OpenGL переводится как Открытая Графическая Библиотека (Open Graphics Library). Программы, использующие OpenGL, гарантируют одинаковый визуальный результат во многих операционных системах - на персональных компьютерах, на рабочих станциях и на суперкомпьютерах.

С точки зрения программиста, OpenGL - это программный интерфейс для графических устройств (например, графических ускорителей). Он включает в себя около 150 различных функций, с помощью которых программист может задавать свойства различных трехмерных и двумерных объектов и выполнять их визуализацию (рендеринг). Т.е. в программе надо задать местоположение объектов в трехмерном пространстве, определить другие параметры (поворот, растяжение), задать свойства объектов (цвет, текстура, материал и т.д.), положение наблюдателя, а затем библиотека OpenGL выполнит генерацию двумерной проекции этой трехмерной сцены.

Можно сказать, что библиотека OpenGL является библиотекой только для визуализации трехмерных сцен (rendering library). Она не поддерживает какие либо периферийные устройства (например, клавиатуру или мышь) и не содержит средств для управления экранными окнами. Обеспечение взаимодействия периферийных устройств с библиотекой OpenGL в конкретной операционной системе является задачей программиста.

Основные возможности OpenGL, предоставляемые программисту, можно разделить на несколько групп:

1. Геометрические и растровые примитивы. На основе этих примитивов строятся все остальные объекты. Геометрические примитивы - это точки, отрезки и многоугольники. Растровыми примитивами являются битовые массивы и изображения.

2. Сплайны. Сплайны применяются для построения гладких кривых по опорным точкам.

3. Видовые и модельные преобразования. Эти преобразования позволяют задавать пространственное расположение объектов, изменять форму объектов и задавать положение камеры, для которой OpenGL строит результирующее проекционное изображение.

4. Работа с цветом. Для операций с цветом в OpenGL есть режим RGBA (красный - зелёный - синий - прозрачность) и индексный режим (цвет задается порядковым номером в палитре).

5. Удаление невидимых линий и поверхностей.

6. Двойная буферизация. В OpenGL доступна и одинарная, и двойная буферизация. Двойная буферизация применяется для устранения мерцания при мультипликации. При этом изображение каждого кадра сначала рисуется в невидимом буфере, а на экран кадр копируется только после того, как полностью нарисован.

7. Наложение текстуры. Текстуры упрощают создание реалистичных сцен. Если на объект, например, сферу, наложить текстуру (некоторое изображение), то объект будет выглядеть иначе (например, сфера будет выглядеть как разноцветный мячик).

8. Сглаживание. Автоматическое сглаживание компенсирует ступенчатость, свойственную растровым дисплеям. При сглаживании отрезков OpenGL изменяет интенсивность и цвет пикселей так, что эти отрезки отображаются на экране без зигзагов".

9. Освещение. Указание расположения, интенсивности и цвета источников света.

10. Специальные эффекты. Например, туман, дым, прозрачность объектов. Эти средства позволяют сделать сцены более реалистичными.

Хотя библиотека OpenGL предоставляет практически все возможности для моделирования и воспроизведения трёхмерных сцен, некоторые графические функции непосредственно в OpenGL недоступны. Например, чтобы задать положение и направление камеры для наблюдения сцены придется рассчитывать проекционную матрицу, что сопряжено с достаточно громоздкими вычислениями. Поэтому для OpenGL существуют так называемые вспомогательные библиотеки.

Одна из этих библиотек называется GLU. Эта библиотека является частью стандарта и поставляется вместе с главной библиотекой OpenGL. В состав GLU входят более сложные функции (например, для создания цилиндра или диска требуется всего одна команда). В библиотеке GLU есть также функции для работы со сплайнами, реализованы дополнительные операции над матрицами и дополнительные виды проекций.

Еще две известные библиотеки - GLUT (для Unix) и GLAUX (для MS Windows). В них реализованы не только дополнительные функции OpenGL (для построения некоторых сложных фигур вроде конуса и тетраэдра), но также есть функции для работы с окнами, клавиатурой и мышью в консольных приложениях. Чтобы работать с OpenGL в конкретной операционной системе (например, Windows или Unix), надо провести некоторую предварительную настройку, которая зависит от операционной системы. GLUT и GLAUX позволяют буквально несколькими командами определить окно, в котором будет работать OpenGL, задать функции для обработки команд от клавиатуры или мыши.

Возможности OpenGL описаны через функции его библиотеки. Все функции можно разделить на пять категорий.

Функции описания примитивов определяют объекты нижнего уровня иерархии (примитивы), которые способна отображать графическая подсистема. В OpenGL в качестве примитивов выступают точки, линии, многоугольники и т.д.

Функции описания источников света служат для описания положения и параметров источников света, расположенных в трехмерной сцене.

Функции задания атрибутов. С помощью задания атрибутов программист определяет, как будут выглядеть на экране отображаемые объекты. Другими словами, если с помощью примитивов определяется, что появится на экране, то атрибуты определяют способ вывода на экран. В качестве атрибутов OpenGL позволяет задавать цвет, характеристики материала, текстуры, параметры освещения.

Функции визуализации позволяет задать положение наблюдателя в виртуальном пространстве, параметры объектива камеры. Зная эти параметры, система сможет не только правильно построить изображение, но и отсечь объекты, оказавшиеся вне поля зрения.

Набор функций геометрических преобразований позволяют программисту выполнять различные преобразования объектов - поворот, перенос, масштабирование.

При этом OpenGL может выполнять дополнительные операции, такие как использование сплайнов для построения линий и поверхностей, удаление невидимых фрагментов изображений, работа с изображениями на уровне пикселей и т.д.

Знакомство с OpenGL нужно начать с того, что OpenGL - это спецификация . Т.е. OpenGL лишь определяет набор обязательных возможностей. Реализация же зависит от конкретной платформы.
OpenGL является кроссплатформенным, независимым от языка программирования API для работы с графикой. OpenGL - низкоуровневый API, поэтому для работы с ним неплохо иметь некоторое представление о графике в целом и знать основы линейной алгебры.

Именования

Скажем пару слов об именовании функций в OpenGL. Во-первых имена всех функций, предоставляемых непосредственно OpenGL, начинаются с приставки gl . Во-вторых функции, задающие некоторый параметр, характеризующийся набором чисел (например координату или цвет), имеют суффикс вида [число параметров + тип параметров + представление параметров].

Число параметров - указывает число принимаемых параметров. Принимает следующие значения: 1 , 2 , 3 , 4
Тип параметров - указывает тип принимаемых параметров. Возможны следующие значения: b , s , i , f , d , ub , us , ui . Т.е. byte (char в C, 8-битное целое число), short (16-битное целое число), int (32-битное целое число), float (число с плавающей запятой), double (число с плавающей запятой двойной точности), unsigned byte, unsigned short, unsigned int (последние три - беззнаковые целые числа)
Представление параметров - указывает в каком виде передаются параметры, если каждое число по отдельности, то ничего не пишется, если же параметры передаются в виде массива, то к названию функции дописывается буква v

Пример: glVertex3iv задает координату вершины, состоящую из трех целых чисел, передаваемых в виде указателя на массив.

Графика

Все графические объекты в OpenGL представляют собой набор точек, линий и многоугольников. Существует 10 различных примитивов, при помощи которых строятся все объекты. Как двухмерные, так и трехмерные. Все примитивы в свою очередь задаются точками - вершинами.

GL_POINTS - каждая вершина задает точку
GL_LINES - каждая отдельная пара вершин задает линию
GL_LINE_STRIP - каждая пара вершин задает линию (т.е. конец предыдущей линии является началом следующей)
GL_LINE_LOOP - аналогично предыдущему за исключением того, что последняя вершина соединяется с первой и получается замкнутая фигура
GL_TRIANGLES - каждая отдельная тройка вершин задает треугольник
GL_TRIANGLE_STRIP - каждая следующая вершина задает треугольник вместе с двумя предыдущими (получается лента из треугольников)
GL_TRIANGLE_FAN - каждый треугольник задается первой вершиной и последующими парами (т.е. треугольники строятся вокруг первой вершины, образуя нечто похожее на диафрагму)
GL_QUADS - каждые четыре вершины образуют четырехугольник
GL_QUAD_STRIP - каждая следующая пара вершин образует четырехугольник вместе с парой предыдущих
GL_POLYGON - задает многоугольник с количеством углов равным количеству заданных вершин

Для задания примитива используется конструкция glBegin (тип_примитива)…glEnd () . Вершины задаются glVertex* . Вершины задаются против часовой стрелки. Координаты задаются от верхнего левого угла окна. Цвет вершины задается командой glColor* . Цвет задается в виде RGB или RGBA. Команда glColor* действует на все вершины, что идут после до тех пор, пока не встретится другая команда glColor* или же на все, если других команд glColor* нет.
Вот код рисующий квадрат с разноцветными вершинами:

glBegin(GL_QUADS) ;

glVertex2i(250 , 450 ) ;

glVertex2i(250 , 150 ) ;

glVertex2i(550 , 150 ) ;

glVertex2i(550 , 450 ) ;

glEnd() ;

Основы программы на OpenGL

Для платформонезависимой работы с окнами можно использовать библиотеку . GLUT упрощает работу с OpenGL.
Для инициализации GLUT в начале программы надо вызвать glutInit (&argc, argv) . Для задания режима дисплея вызывается glutInitDisplayMode (режим) , где режим может принимать следующие значения:

GLUT_RGBA - включает четырехкомпонентный цвет (используется по умолчанию)
GLUT_RGB - то же, что и GLUT_RGBA
GLUT_INDEX - включает индексированный цвет
GLUT_DOUBLE - включает двойной экранный буфер
GLUT_SINGLE - включает одиночный экранный буфер (по умолчанию)
GLUT_DEPTH - включает Z-буфер (буфер глубины)
GLUT_STENCIL - включает трафаретный буфер
GLUT_ACCUM - включает буфер накопления
GLUT_ALPHA - включает альфа-смешивание (прозрачность)
GLUT_MULTISAMPLE - включает мультисемплинг (сглаживание)
GLUT_STEREO - включает стерео-изображение

Для выбора нескольких режимов одновременно нужно использовать побитовое ИЛИ "|". Например: glutInitDisplayMode (GLUT_DOUBLE|GLUT_RGBA|GLUT_DEPTH) включает двойную буферизацию, Z-буфер и четырехкомпонентный цвет. Размеры окна задаются glutInitWindowSize (ширина, высота) . Его позиция - glutInitWindowPosition (х, у) . Создается окно функцией glutCreateWindow (заголовок_окна) .
GLUT реализует событийно-управляемый механизм. Т.е. есть главный цикл, который запускается после инициализации, и в нем уже обрабатываются все объявленные события. Например нажатие клавиши на клавиатуре или движение курсора мыши и т.д. Зарегистрировать функции-обработчики событий можно при помощи следующих команд:

void glutDisplayFunc (void (*func) (void)) - задает функцию рисования изображения
void glutReshapeFunc (void (*func) (int width, int height)) - задает функцию обработки изменения размеров окна
void glutVisibilityFunc (void (*func)(int state)) - задает функцию обработки изменения состояния видимости окна
void glutKeyboardFunc (void (*func)(unsigned char key, int x, int y)) - задает функцию обработки нажатия клавиш клавиатуры (только тех, что генерируют ascii-символы)
void glutSpecialFunc (void (*func)(int key, int x, int y)) - задает функцию обработки нажатия клавиш клавиатуры (тех, что не генерируют ascii-символы)
void glutIdleFunc (void (*func) (void)) - задает функцию, вызываемую при отсутствии других событий
void glutMouseFunc (void (*func) (int button, int state, int x, int y)) - задает функцию, обрабатывающую команды мыши
void glutMotionFunc (void (*func)(int x, int y)) - задает функцию, обрабатывающую движение курсора мыши, когда зажата какая-либо кнопка мыши
void glutPassiveMotionFunc (void (*func)(int x, int y)) - задает функцию, обрабатывающую движение курсора мыши, когда не зажато ни одной кнопки мыши
void glutEntryFunc (void (*func)(int state)) - задает функцию, обрабатывающую движение курсора за пределы окна и его возвращение
void glutTimerFunc (unsigned int msecs, void (*func)(int value), value) - задает функцию, вызываемую по таймеру

Затем можно запускать главный цикл glutMainLoop () .

Первая программа

Теперь мы знаем основы работы с OpenGL. Можно написать простую программу для закрепления знаний.
Начнем с того, что нужно подключить заголовочный файл GLUT:

Теперь мы уже знаем, что писать в main. Зарегистрируем два обработчика: для рисования содержимого окна и обработки изменения его размеров. Эти два обработчика по сути используются в любой программе, использующей OpenGL и GLUT.

int main (int argc, char * argv )

glutInit(& argc, argv) ;

glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE| GLUT_RGBA) ; /*Включаем двойную буферизацию и четырехкомпонентный цвет*/

glutInitWindowSize(800 , 600 ) ;

glutCreateWindow(«OpenGL lesson 1» ) ;

glutReshapeFunc(reshape) ;

glutDisplayFunc(display) ;

glutMainLoop() ;

return 0 ;

Теперь надо написать функцию-обработчик изменений размеров окна. Зададим область вывода изображения размером со все окно при помощи команды glViewport (х, у, ширина, высота) . Затем загрузим матрицу проекции glMatrixMode (GL_PROJECTION) , заменим ее единичной glLoadIdentity () и установим ортогональную проекцию. И наконец загрузим модельно-видовую матрицу glMatrixMode (GL_MODELVIEW) и заменим ее единичной.
В итоге получим:

void reshape(int w, int h)

glViewport(0 , 0 , w, h) ;

glMatrixMode(GL_PROJECTION) ;

glLoadIdentity() ;

gluOrtho2D(0 , w, 0 , h) ;

glMatrixMode(GL_MODELVIEW) ;

glLoadIdentity() ;

Осталось только написать функцию рисования содержимого окна. Рисовать будем тот квадрат, что я приводил выше в качестве примера. Добавить придется совсем немного кода. Во-первых перед рисованием надо очистить различные буфера при помощи glClear (режим) . Используется также как и glutInitDisplayMode. Возможные значения:

GL_COLOR_BUFFER_BIT - для очистки буфера цвета
GL_DEPTH_BUFFER_BIT - для очистки буфера глубины
GL_ACCUM_BUFFER_BIT - для очистки буфера накопления
GL_STENCIL_BUFFER_BIT - для очистки трафаретного буфера

В нашем случае нужно очистить только буфер цвета, т.к. другие мы не используем. Во-вторых после рисования нужно попросить OpenGL сменить экранные буфера при помощи glutSwapBuffers () , ведь у нас включена двойная буферизация. Все рисуется на скрытом от пользователя буфере и затем происходит смена буферов. Делается это для получения плавной анимации и для того, чтобы не было эффекта мерцания экрана.
Получаем:

void display()

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT) ;

glBegin(GL_QUADS) ;

glColor3f(1.0 , 1.0 , 1.0 ) ;

glVertex2i(250 , 450 ) ;

glColor3f(0.0 , 0.0 , 1.0 ) ;

glVertex2i(250 , 150 ) ;

glColor3f(0.0 , 1.0 , 0.0 ) ;

glVertex2i(550 , 150 ) ;

glColor3f(1.0 , 0.0 , 0.0 ) ;

glVertex2i(550 , 450 ) ;

glEnd() ;

glutSwapBuffers() ;

Итог

Все! Можно компилировать. Должно получиться что-то вроде этого: