OpenGL入门教程(固定管线)

opengl入门教程OpenGL入门教程OpenGL是一种跨平台的图形库，可用于创建各种类型的图形和视觉效果。

本教程将带你入门使用OpenGL，并介绍一些基本的概念和技术。

安装OpenGL首先，你需要安装OpenGL的开发环境。

具体安装方法将因操作系统而异，以下是一些常见操作系统的安装指南。

- Windows: 在Windows上，你可以使用MinGW或者MSYS2安装OpenGL。

- macOS: OpenGL在macOS上是默认安装的，你只需要确保你的系统版本满足OpenGL的要求。

- Linux: 在Linux上，你可以使用包管理器安装OpenGL的开发环境，如apt-get (Ubuntu)或yum (Fedora)。

创建一个OpenGL窗口在开始编写OpenGL应用程序之前，你需要创建一个OpenGL 窗口来显示你的图形。

以下是使用GLUT创建一个简单窗口的例子。

```c++#include <GL/glut.h>void display() {glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);glBegin(GL_TRIANGLES);glVertex2f(-0.5, -0.5);glVertex2f(0.5, -0.5);glVertex2f(0.0, 0.5);glEnd();glFlush();}int main(int argc, char** argv) {glutInit(&argc, argv);glutCreateWindow("OpenGL Window");glutDisplayFunc(display);glutMainLoop();return 0;}```运行上述代码，你将看到一个简单的OpenGL窗口中显示了一个三角形。

绘制基本图形OpenGL提供了一组基本的绘图函数，可用于绘制各种类型的图形。

以下是一些常见的绘图函数：- `glBegin(GL_POINTS)`: 用于绘制点。

OpenGL•OpenGL是一种图形应用程序编程接口(Application Programming Interface，API)。

它是一种可以对图形硬件设备特性进行访问的软件库，OpenGL被设计为一个现代化的、硬件无关的接口，因此我们可以在不考虑计算机操作系统或窗口系统的前提下，在多种不同的图形硬件系统上，完全通过软件的方式实现OpenGL的接口。

OpenGL ES•OpenGL®ES is a royalty-free, cross-platform API for rendering advanced 2D and 3D graphics on embedded and mobile systems - including consoles, phones, appliances and vehicles. It consists of a well-defined subset of desktop OpenGL suitable for low-power devices, and provides a flexible and powerful interface between software and graphics acceleration hardware.•是OpenGL的子集，本质上是编程接口规范。

•OpenGL与OpenGL ES的主要区别，在于OpenGL ES主要针对嵌入式设备使用OpenGLES 3.0•OpenGLES 3.0 实际上是 OpenGLES 2.0 的扩展版本，向下兼容 OpenGLES 2.0 ，但不兼容 OpenGLES 1.0 。

图形API汇总•OpenGL（Open Graphics Library）：是一个跨编程语言、跨平台的编程图形程序接口，它将计算机的资源抽象称为一个个OpenGL的对象，对这些资源的操作抽象为一个个的OpenGL指令。

OpenGL ES入门一、前言OpenGL ES是Khronos Group创建的一系列API中的一种(官方组织是：/)。

在桌面计算机上有两套标准的3DAPI：Direct3D和OpenGL。

Direct3D实际上是运行在windows操作系统上的标准3DAPI，而OpenGL则是跨平台的，适用于Linux、多种UNIX、MAC OS X和windows。

由于OpenGL得到了广范围的认可，所以，基于嵌入式的3DAPI---OpenGL ES也就应运而生。

沃Phone使用的芯片高通7227，它能很好的提供对OpenGL ES的支持，了解OpenGL ES 的种种特性，不仅能开发出很好的适用于沃Phone的3D游戏、3D应用等。

借助于OpenGL ES的平台无关性，只要稍微修改EGL，理论上就可以将开发的3D游戏、3D应用移植到任何支持OpenGL ES的平台上去。

本篇文档就从零开始，深入简出，跟大家介绍一下OpenGL ES的原理和开发。

OpenGL ES简介什么是OpenGL ESOpenGL ES是一套适用于手持嵌入式设备的3DAPI。

比如手机、PDA、汽车、航空等等上面都可以使用到OpenGL ES。

OpenGL ES是免授权费的、跨平台的、功能完善的2D和3D 图形应用程序接口API，它是桌面OpenGL的子集，是从OpenGL裁剪定制而来的。

由于手持设备的相关局限性，OpenGL ES相对于OpenGL不可避免的进行了相关的精简。

去除了OpenGL中比如glBegin/glEnd，四边形(GL_QUADS)、多边形(GL_POL YGONS)等复杂图元等许多非绝对必要的特性。

但是OpenGL方面的很多知识，OpenGL ES都是可以借鉴的。

OpenGL ES其实是一个状态机(State machine)，它保存一种状态直至其改变。

每个状态都有本身默认的缺省值，可以通过相关的查询和设置函数进行相关的查询和设置。

2.1 OpenGL Shading语言介绍这本书的目的是帮助读者学习和使用高级图形编程语言――OPENGL SHADING 语言。

对于这种语言提供支持的相关OpenGL扩展在2003年6说被ARB组织批准，并且将被加入到新的OpenGL2.0的核心中去。

当前图形硬件的变得越来越复杂，那些传统的固定功能逐渐将被可编程的功能取代。

顶点处理和面片处理就是两个这样的例子。

顶点处理包括那些对于每一个顶点进行分别运算的步骤，比如坐标转换和光照。

面片指的那些在图形数据光栅化时象素对应的数据结构。

一个面片包含更新帧缓存中某个位置数据的所有必要信息。

面片处理包括所有发生在面片级别上的操作，比较典型的例子就是从包含纹理的存储器中获得数据，以及将纹理值赋予每一个面片。

通过使用OpenGL Shading语言，用户不仅仅可以实现所有显卡的固定管线功能，而且可以做的更多.OpenGL Shading的设计使程序员能够在OpenGL渲染管线中每一个可编程的地方实现他们的想法。

通过OpenGL Shading语言的代码编写的能够在OpenGL可编程处理器上运行的程序代码叫做SHADER。

OpenGL Shader这个词有时候也用来特指那些用OpenGL Shading语言开发的shader，以和那些使用其他shading语言（比如RenderMan）开发的shader相区分。

因为在OpenGL中定义了两种可编程的处理单元，所以也对应有两种类型的shader：顶点shader和面片shader。

OpenGL可以将shader 进行编译链接，使其成为可执行程序一部分。

OpenGL Shading语言是基于C语言发展起来的，它和RenderMan以及其他的shading语言拥有相同的特征。

这种语言有丰富的数据类型定义，其中包括向量和矩阵这些与三维操作息息相关的类型定义。

一些类型qualifiers对输入和输出进行处理，使其适合shader使用。

OpenGL渲染流程⼀.什么是openGLOpenGL被定义为“图形硬件的⼀种软件接⼝”。

从本质上说，它是⼀个3D图形和模型库，具有⾼度的可移植性，具有⾮常快的速度。

⼆.管线管线这个术语描述了opengl渲染的整个过程。

openGL采⽤cs模型：c是cpu，s是GPU，c给s的输⼊是vertex信息和Texture信息，s的输出是显⽰器上显⽰的图像。

下⾯这2个图⽐较清楚的讲解了opengl的渲染管线。

相信没有opengl基础的应该看不懂，下⾯会简单的介绍这个流程，再看下⽂之前，建议先看，对理解opengl⼯作原理绝对有帮助。

三.管线详解下⾯这个图取⾃《OpenGL ES 3.0编程指南》，此流程为可编程管线。

1.VBO/VAO（顶点缓冲区对象或顶点数组对象）:VBO/VAO（到底是啥，下回讲解）是cpu提供给GPU的顶点信息，包括了顶点的位置、颜⾊（只是顶点的颜⾊，和纹理的颜⾊⽆关）、纹理坐标（⽤于纹理贴图）等顶点信息。

2.VertexShader（顶点着⾊器）：顶点着⾊器是处理VBO/VAO提供的顶点信息的程序。

VBO/VAO提供的每个顶点都执⾏⼀遍顶点着⾊器。

Uniforms（⼀种变量类型）在每个顶点保持⼀致，Attribute每个顶点都不同（可以理解为输⼊顶点属性）。

执⾏⼀次VertexShader输出⼀个Varying和gl_positon。

3.PrimitiveAssembly（图元装配）：顶点着⾊器下⼀个阶段是图元装配，图元（prmitive）是三⾓形、直线或者点精灵等⼏何对象。

这个阶段，把顶点着⾊器输出的顶点组合成图元。

4.rasterization（光栅化）：光栅化是将图元转化为⼀组⼆维⽚段的过程，然后，这些⽚段由⽚段着⾊器处理（⽚段着⾊器的输⼊）。

这些⼆维⽚段代表着可在屏幕上绘制的像素。

⽤于从分配给每个图元顶点的顶点着⾊器输出⽣成每个⽚段值的机制称作插值（Interpolation）。

现代OpenGL教程 01——入门指南欢迎大家，这是现代OpenGL教程系列的第一篇。

所有代码都是开源的，你可以在GitHub上下载：https:///tomdalling/opengl-series 通过这篇教程，你将会学到如何在Windows下用Visual Studio 2013或Mac下用Xcode搭建OpenGL 3.2工程。

该应用包含一个顶点着色器（vertex shader），一个片段着色器（fragment shader）和使用VAO和VBO来绘制的三角形。

该工程使用GLEW来访问OpenGL API，用GLFW来处理窗口创建和输入，还有使用GLM进行矩阵/矢量相关的数学运算。

这听上去有点无聊，但搭建这样的工程确实挺麻烦的，尤其对于初学者。

只要解决完这问题，我们就可以开始玩些有趣的东西了。

[TOC]获取代码所有例子代码的zip打包可以从这里获取：https:///tomdalling/opengl-series/archive/master.zip。

这一系列文章中所使用的代码都存放在：https:///tomdalling/opengl-series。

你可以在页面中下载zip，加入你会git的话，也可以复制该仓库。

本文代码你可以在source/01_project_skeleton目录里找到。

使用OS X系统的，可以打开根目录里的opengl-series.xcodeproj，选择本文工程。

使用Windows系统的，可以在Visual Studio 2013里打开opengl-series.sln，选择相应工程。

工程里已包含所有依赖，所以你不需要再安装或者配置额外的东西。

如果有任何编译或运行上的问题，请联系我。

关于兼容性的提醒本文使用OpenGL 3.2，但我会尝试保持如下兼容：向后兼容OpenGL 2.1向前兼容OpenGL 3.X和4.X兼容Android和iOS的OpenGL ES 2.0因为OpenGL和GLSL存在许多不同版本，本文代码不一定能做到100%上述兼容。

第一章OpenGL 基本程序结构用OpenGL编写的程序结构类似于用其他语言编写的程序。

实际上，OpenGL是一个丰富的三维图形函数库，编写OpenGL程序并非难事，只需在基本C语言中调用这些函数，用法同Turbo C、Microsoft C等类似，但也有许多不同之处。

本书所有的程序都是在Windows NT的Microsoft Visual C++ 2.0 集成环境下编译连接的，其中有部分头文件和函数是为这个环境所用的，如头文件"glos.h"。

此外，为便于各类读者同时快速入门，在短时间内掌握OpenGL编程的基本方法和技巧，书中例子尽量采用标准ANSI C调用OpenGL函数来编写，而且所有例程都只采用OpenGL附带的辅助库中的窗口系统。

此外，这样也便于程序在各平台间移植，尤其往工作站UNIX操作系统移植时，也只需改动头文件等很少很少的部分。

下面列出一个简单的OpenGL程序simple.c：例 2-1 OpenGL简单例程 simple.c#include <GL/gl.h>#include <GL/glaux.h>#include "glos.h"void main(void){auxInitDisplayMode(AUX_SINGLE|AUX_RGBA);auxInitPosition(0,0,500,500);auxInitWindow("simple");glClearColor(0.0,0.0,0.0,0.0);glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);glColor3f(1.0,0.0,0.0);glRectf(-0.5,-0.5,0.5,0.5);glFlush();_sleep(1000);}这个程序运行结果是在屏幕窗口内画一个红色的方块。

下面具体分析整个程序结构：首先，在程序最开始处是OpenGL头文件：<GL/gl.h>、<GL/glaux.h>。

GLSL教程(1)1 管线（pipeline）简介上图中一个顶点（V ertex ）是一组属性，包括位置，颜色，纹理坐标等。

1.1顶点转换模块（V ertex Transformation）在此模块实现功能：顶点位置转换为每个顶点计算光照纹理坐标的生成与转换1.2图元安装和光栅化处理模块（Primitive Assembly and Rasterization）此阶段的输入是转换后的数据和连接信息。

连接信息告诉管线顶点是如何连接为图元的。

光栅化决定了片断和像素位置。

片断是一组用于更新桢缓存中像素的数据。

片断包括颜色，纹理坐标等。

在此模块输出包括：桢缓存中片断的位置在顶点阶段计算的属性的每一片断的插值1.3 片断纹理和颜色模块（Fragment Texturing and Coloring）此模块的输入是插值处理后的片断。

在这个阶段一个颜色元素可以绑定到一个纹理元素，雾化处理也在这个阶段。

通常这个阶段的输出值是一个颜色值和一个片断的深度。

1.4光栅操作模块（Raster Operations）此阶段的输入：像素位置片断深度和颜色值在这个阶段对片断进行一系列的测试，包括：剪取测试Alpha测试模版测试深度测试如果测试成功，则根据当前的混合模式用片断信息来更新像素值。

1.5总结：上面的过程可以用下面的图形象进行概括：2 顶点处理器顶点处理器用来运行顶点着色程序。

顶点着色程序的输入是顶点数据，即颜色，位置等。

下面这段代码为每个顶点发送给顶点处理器一个颜色和一个顶点的位置。

glBegin(...); glColor3f(0.2,0.4,0.6); glV ertex3f(-1.0,1.0,2.0); glColor3f(0.2,0.4,0.8); glV ertex3f(1.0,-1.0,2.0); glEnd();在一个顶点着色程序中，你可以写代码实现功能如：顶点位置转换规范化处理纹理坐标的生成和转化为顶点计算光照颜色计算顶点着色程序至少要写入一个变量，如gl_Position，用于矩阵转换。

OpenGL图形库中的渲染管线与着色器编程OpenGL是一个用于图形渲染的开放式图形库，它提供了一个强大的渲染管线和着色器编程功能，使得开发人员能够创建复杂的图形效果。

本文将介绍OpenGL中的渲染管线和着色器编程，并深入解释它们的工作原理和实际应用。

第一部分：渲染管线的概念和原理渲染管线是一个用于在屏幕上绘制图形的过程，它是由一系列的阶段组成的，每个阶段都有特定的功能。

在OpenGL中，渲染管线主要包括几何处理、顶点处理、光栅化、片元处理等阶段。

下面是每个阶段的功能和工作流程。

1.几何处理阶段在几何处理阶段，输入的几何数据被处理和转换成屏幕空间的顶点值，这些顶点值将作为渲染管线的输入。

几何处理阶段通常包括了几何变换、裁剪和投影变换等操作。

在这个阶段，输入的顶点数据会经过一系列矩阵变换，最终转换成屏幕上的像素坐标。

2.顶点处理阶段在顶点处理阶段，每个顶点都被处理成最终的片元坐标，并根据光照和材质属性进行着色。

在这个阶段，每个顶点的位置、颜色和纹理坐标都被计算出来，并传递给下一个阶段。

这个阶段的输出将作为光栅化阶段的输入。

3.光栅化阶段在光栅化阶段，根据顶点处理阶段的输出，将图形转换成像素形式，并执行逐片元的操作。

光栅化的主要任务是确定片元的位置和颜色，并将它们送入片元处理阶段进行处理。

4.片元处理阶段在片元处理阶段，每个片元都经过光照、材质和纹理等计算，最终确定最终的颜色值。

片元处理阶段的输出将被用来绘制最终的图形。

以上是渲染管线的基本概念和流程，下面将进一步介绍着色器编程在渲染管线中的作用和实现方式。

第二部分：着色器编程的概念和实现着色器是一种在图形渲染管线中执行特定任务的计算单元，它用来对图形数据进行处理和着色，从而生成最终的图形效果。

在OpenGL 中，着色器编程是通过Shader Language（GLSL）来实现的，GLSL是一种专门用于图形着色和计算的编程语言。

在OpenGL中，有几种类型的着色器，分别是顶点着色器、片元着色器、几何着色器和计算着色器。

OpenGL入門教程1.第一課：說起程式設計作圖，大概還有很多人想起TC的#include <graphics.h>吧？但是各位是否想過，那些畫面絢麗的PC遊戲是如何編寫出來的？就靠TC那可憐的640*480解析度、16色來做嗎？顯然是不行的。

本帖的目的是讓大家放棄TC的老舊圖形介面，讓大家接觸一些新事物。

OpenGL作為當前主流的圖形API之一，它在一些場合具有比DirectX更優越的特性。

1、與C語言緊密結合。

OpenGL命令最初就是用C語言函數來進行描述的，對於學習過C語言的人來講，OpenGL是容易理解和學習的。

如果你曾經接觸過TC的graphics.h，你會發現，使用OpenGL作圖甚至比TC更加簡單。

2、強大的可攜性。

微軟的Direct3D雖然也是十分優秀的圖形API，但它只用於Windows系統（現在還要加上一個XBOX遊戲機）。

而OpenGL不僅用於Windows，還可以用於Unix/Linux等其它系統，它甚至在大型電腦、各種專業電腦（如：醫療用顯示裝置）上都有應用。

並且，OpenGL的基本命令都做到了硬體無關，甚至是平臺無關。

3、高性能的圖形渲染。

OpenGL是一個工業標準，它的技術緊跟時代，現今各個顯卡廠家無一不對OpenGL提供強力支援，激烈的競爭中使得OpenGL性能一直領先。

總之，OpenGL是一個很NB的圖形軟體介面。

至於究竟有多NB，去看看DOOM3和QUAKE4等專業遊戲就知道了。

OpenGL官方網站（英文）下面我將對Windows下的OpenGL程式設計進行簡單介紹。

學習OpenGL前的準備工作第一步，選擇一個編譯環境現在Windows系統的主流編譯環境有Visual Studio，Broland C++ Builder，Dev-C++等，它們都是支持OpenGL 的。

但這裡我們選擇Visual Studio 2005作為學習OpenGL的環境。

第二步，安裝GLUT工具包GLUT不是OpenGL所必須的，但它會給我們的學習帶來一定的方便，推薦安裝。

OpenGL入门教程1.第一课：说起编程作图，大概还有很多人想起TC的#include <graphics.h>吧？但是各位是否想过，那些画面绚丽的PC游戏是如何编写出来的？就靠TC那可怜的640*480分辨率、16色来做吗？显然是不行的。

本帖的目的是让大家放弃TC的老旧图形接口，让大家接触一些新事物。

OpenGL作为当前主流的图形API之一，它在一些场合具有比DirectX更优越的特性。

1、与C语言紧密结合。

OpenGL命令最初就是用C语言函数来进行描述的，对于学习过C语言的人来讲，OpenGL是容易理解和学习的。

如果你曾经接触过TC的graphics.h，你会发现，使用OpenGL作图甚至比TC更加简单。

2、强大的可移植性。

微软的Direct3D虽然也是十分优秀的图形API，但它只用于Windows系统（现在还要加上一个XBOX游戏机）。

而OpenGL不仅用于Windows，还可以用于Unix/Linux等其它系统，它甚至在大型计算机、各种专业计算机（如：医疗用显示设备）上都有应用。

并且，OpenGL的基本命令都做到了硬件无关，甚至是平台无关。

3、高性能的图形渲染。

OpenGL是一个工业标准，它的技术紧跟时代，现今各个显卡厂家无一不对OpenGL提供强力支持，激烈的竞争中使得OpenGL性能一直领先。

总之，OpenGL是一个很NB的图形软件接口。

至于究竟有多NB，去看看DOOM3和QUAKE4等专业游戏就知道了。

OpenGL官方网站（英文）下面我将对Windows下的OpenGL编程进行简单介绍。

学习OpenGL前的准备工作第一步，选择一个编译环境现在Windows系统的主流编译环境有Visual Studio，Broland C++ Builder，Dev-C++等，它们都是支持OpenGL 的。

但这里我们选择Visual Studio 2005作为学习OpenGL的环境。

第二步，安装GLUT工具包GLUT不是OpenGL所必须的，但它会给我们的学习带来一定的方便，推荐安装。

OpenGL Step by Step 第一、准备好OpenGL。

第二、准备好开发环境。

１．OpenGL库和头文件２．GLUT库３．GLAUX库第三、准备好窗口。

第四、建立OpenGL应用程序框架。

第五、OpenGL原理与程序基本框架。

第六、坐标变换。

第八、法向与封闭实心物体第八、颜色与表面材质第九、颜色、颜色模型及表面材质第九、法向与面的朝向第十、光照效果第十、表面纹理细节第十一、表面纹理第十二、运动、相对运动、反向运动第十三、帧缓冲第十四、雾第十五、α融合OPENGL 基础教程 (4)1.前言 (4)1.1 OPENGL 简介及发展 (4)1.2 OPENGL与DIRECTX的关系 (6)1.3 OPENGL的准备工作 (6)2. 基本图元的绘制 (7)2.1 点、直线和多边形 (7)2.2 绘制三角形和四边形 (8)2.3 绘制三棱锥 (12)2.4 绘制圆 (13)2.5 绘制五角星............................................................................. 错误！未定义书签。

2.6 绘制正弦函数图形 (13)2.7 小结 (14)3. 基于VC的OPENGL建模程序 (15)3.1 openGL几何图元——点 (15)3.2 openGL几何图元——线 (21)3.3 绘制矩形 (25)3.4 绘制圆 (28)3.5 绘制五角星 (29)3.6 绘制正弦曲线 (30)3.7 清除屏幕颜色 (32)3.8 绘制多边形 (33)3.9 OPENGL中的颜色设置 (36)3.10 在3D空间中画直线 (42)OPENGL 基础教程1.前言1.1OPENGL 简介及发展OpenGL是OpenGraphicsLib的缩写，是一套三维图形处理库，也是该领域的工业标准。

计算机三维图形是指将用数据描述的三维空间通过计算转换成二维图像并显示或打印出来的技术。

openGL渲染管线openGL管线包含一系列处理阶段。

定点数据和像素数据进入管线进行处理，最后组合到一起写入帧缓冲区。

openGL也可以把处理过的数据返回给应用程序。

显示列表（display list）显示列表是一组openGL命令，被存储（编译）起来用于后续的执行。

所有数据，几何（定点）数据和像素数据可以存入显示列表。

数据和命令被缓存到显示列表中可以提高性能。

当openGL程序在网络上运行的时候，使用显示列表可以减少数据在网络上的传输量。

显示列表属于服务端一部分并且驻留在服务器上，客户机只需要向服务器中的显示列表发送一次命令和数据。

顶点处理顶点坐标和法线坐标经过模式视图矩阵从物体坐标系（object coordinates）转换为观察坐标系（eye coordinates）。

同样的，若启用了光照，对转换后的定点和法线坐标执行光照计算。

光照计算更新了顶点的颜色值。

图元装配（primitive assembly）定点处理之后，基本图元（点、线、多边形）经过投影矩阵变换，再被视见体裁剪平面裁剪，从观察坐标系转换为裁剪坐标系。

之后，进行透视除法（除以w）和视口变换（viewport transform），将3d场景投影到窗口坐标系。

若消隐（culling）被启用，则最后进行消隐处理。

像素操作（pixel transfer operation）像素从客户内存中解包出来之后，解出来的数据要经过缩放、偏移、映射、箝拉（clamping）。

这些处理即为像素转换操作。

转换的数据存在纹理内存或直接经过光栅化转为片段（fragment）。

纹理内存（texture memory）纹理图像载入到纹理内存中，然后应用到几何对象上。

光栅化（Rasterization）光栅化将几何数据和像素数据转化为片段。

片段是矩形数组，包含颜色、深度、线宽、点大小、抗锯齿计算（GL_POINT_SMOOTH，GL_LINE_SMOOTH，GL_POLYGON_SMOOTH）。