NeHe OpenGL教程 第四十三课：FreeType库

转自【翻译】NeHe OpenGL 教程

前言

声明，此 NeHe OpenGL教程系列文章由51博客yarin翻译（2010-08-19），本博客为转载并稍加整理与修改。对NeHe的OpenGL管线教程的编写，以及yarn的翻译整理表示感谢。

NeHe OpenGL第四十三课：FreeType库

在OpenGL中使用FreeType库

使用FreeType库可以创建非常好看的反走样的字体，记住暴雪公司就是使用这个库的，就是那个做魔兽世界的。尝试一下吧，我只告诉你了基本的使用方式，你可以走的更远。
 
在OpenGL中使用FreeType库

这里是一个快速的介绍，它告诉你如何在OpenGL中使用FreeType渲染TrueType字体。使用这个库我们可以渲染反走样的文本，它看起来更加的漂亮。

动机

这里我将给你两个例子，一个是用WGL的bitmap字体渲染得文字，另一个是用FreeType渲染得文字。
 
使用WGl渲染得文字是一些图像，当你放大它们时看起来如下：

如果你使用GNU的FreeType库（暴雪公司也在它们的游戏中使用这个库），它将看起来更漂亮，如下所示，它具有了反走样：

创建程序

第一步你需要从下面的网站上下载FreeType库：http://gnuwin32.sourceforge.net/packages/freetype.htm

接着在你使用它创建一个新的程序时，你需要链接libfreetype.lib库，并包含FreeType的头文件。

现在我们已经能创建基于FreeType的程序了，但我们还不能运行它，因为我们需要freetype-6.dll文件。
好了，现在我们可以开始编写我们的程序了，我们从13课的代码开始，我们添加两个新的文件"freetype.cpp"和"freetype.h"。我们把和FreeType相关的内容放在这两个文件里。

好了，让我们从freetype.h开始吧。

按惯例我们包含一些需要的头文件
 
#ifndef FREE_NEHE_H#define FREE_NEHE_H
//FreeType 头文件
#include <ft2build.h>
#include <freetype/freetype.h>
#include <freetype/ftglyph.h>
#include <freetype/ftoutln.h>
#include <freetype/fttrigon.h>

//OpenGL 头文件
#include <windows.h>
#include <GL/gl.h>
#include <GL/glu.h>

//STL 头文件
#include <vector>
#include <string>

//STL异常类
#include <stdexcept>
#pragma warning(disable: 4786)

我们将把每个字符需要的信息封装在一个结构中，这样就像使用WGL字体一样，我们可以分别控制每个字符的显示状态。 
  
// 把所有的操作放在名字空间freetype中，这样可以避免与其他函数的冲突namespace freetype
{
// 使用vector和string名字空间
using std::vector;
using std::string;

// 这个结构保存字体信息
struct font_data
{
float h; // 字体的高度
GLuint * textures; // 使用的纹理
GLuint list_base; // 显示列表的值

// 初始化结构
void init(const char * fname, unsigned int h);

// 清楚所有的资源
void clean();
};

最后一件事是定义我们输出字符串的原形: 
  
// 把字符输出到屏幕void print(const font_data &ft_font, float x, float y, const char *fmt, ...);
}

#endif

上面就是FreeType的头文件，下面我们看看怎样实现它 
  
#include "freetype.h"
namespace freetype {

我们使用纹理去显示字符，在OpenGL中纹理大小必须为2的次方，这个函数用来字符的大小近似到这个值。所以我们有了如下的方程： 
  
// 这个函数返回比a大的，并且是最接近a的2的次方的数inline int next_p2 (int a ){ int rval=1; // rval<<=1 Is A Prettier Way Of Writing rval*=2;  while(rval<a) rval<<=1; return rval;}

下面一个函数为make_dlist, 它是这个代码的核心。它包含FT_Face对象，它是FreeType用来保存字体信息的类，接着创建一个显示列表。 
  
// 为给定的字符创建一个显示列表void make_dlist ( FT_Face face, char ch, GLuint list_base, GLuint * tex_base ) {
// 载入给定字符的轮廓
if(FT_Load_Glyph( face, FT_Get_Char_Index( face, ch ), FT_LOAD_DEFAULT ))
throw std::runtime_error("FT_Load_Glyph failed");

// 保存轮廓对象
FT_Glyph glyph;
if(FT_Get_Glyph( face->glyph, &glyph ))
throw std::runtime_error("FT_Get_Glyph failed");

// 把轮廓转化为位图
FT_Glyph_To_Bitmap( &glyph, ft_render_mode_normal, 0, 1 );
FT_BitmapGlyph bitmap_glyph = (FT_BitmapGlyph)glyph;

// 保存位图
FT_Bitmap& bitmap=bitmap_glyph->bitmap;

}

现在我们已经从FreeType中获得了位图，我们需要把它转化为一个满足OpenGL纹理要求的位图。你必须知道，在OpenGL中位图表示黑白的数据，而在FreeType中我们使用8位的颜色表示位图，所以FreeType的位图可以保存亮度信息。 
  
// 转化为OpenGl可以使用的大小 int width = next_p2( bitmap.width ); int height = next_p2( bitmap.rows );
// 保存位图数据
GLubyte* expanded_data = new GLubyte[ 2 * width * height];

// 这里我们使用8位表示亮度8位表示alpha值
for(int j=0; j <height;j++) {
for(int i=0; i < width; i++){
expanded_data[2*(i+j*width)]= expanded_data[2*(i+j*width)+1] =
(i>=bitmap.width || j>=bitmap.rows) ?
0 : bitmap.buffer[i + bitmap.width*j];
}
}

接下来我们选则字体纹理，并生成字体的贴图纹理 
  
// 设置字体纹理的纹理过滤器 glBindTexture( GL_TEXTURE_2D, tex_base[ch]); glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GL_LINEAR); glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GL_LINEAR);
// 邦定纹理
glTexImage2D( GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGBA, width, height, 0,
GL_LUMINANCE_ALPHA, GL_UNSIGNED_BYTE, expanded_data );

// 释放分配的内存
delete [] expanded_data;

接着创建一个显示列表，它用来绘制一个字符 
  
// 创建显示列表 glNewList(list_base+ch,GL_COMPILE);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,tex_base[ch]);

//首先我们向左移动一点
glTranslatef(bitmap_glyph->left,0,0);

//接着我们向下移动一点，这只队'g','y'之类的字符有用
//它使得所有的字符都有一个基线
glPushMatrix();
glTranslatef(0,bitmap_glyph->top-bitmap.rows,0);

// 计算位图中字符图像的宽度
float x=(float)bitmap.width / (float)width,
y=(float)bitmap.rows / (float)height;

//绘制一个正方形，显示字符
glBegin(GL_QUADS);
glTexCoord2d(0,0); glVertex2f(0,bitmap.rows);
glTexCoord2d(0,y); glVertex2f(0,0);
glTexCoord2d(x,y); glVertex2f(bitmap.width,0);
glTexCoord2d(x,0); glVertex2f(bitmap.width,bitmap.rows);
glEnd();
glPopMatrix();
glTranslatef(face->glyph->advance.x >> 6 ,0,0);

//结束显示列表的绘制
glEndList();
}

下面的函数将使用make_dlist创建一个字符集的显示列表，fname为你要使用的FreeType字符文件。 
  
void font_data::init(const char * fname, unsigned int h) {  // 保存纹理ID. textures = new GLuint[128];
this->h=h;

// 创建FreeType库
FT_Library library;
if (FT_Init_FreeType( &library ))
throw std::runtime_error("FT_Init_FreeType failed");

// 在FreeType库中保存字体信息的类叫做face
FT_Face face;

// 使用你输入的Freetype字符文件初始化face类
if (FT_New_Face( library, fname, 0, &face ))
throw std::runtime_error("FT_New_Face failed (there is probably a problem with your font file)");

// 在FreeType中使用1/64作为一个像素的高度所以我们需要缩放h来满足这个要求
FT_Set_Char_Size( face, h << 6, h << 6, 96, 96);

// 创建128个显示列表
list_base=glGenLists(128);
glGenTextures( 128, textures );
make_dlist(face,i,list_base,textures);

// 释放face类
FT_Done_Face(face);

// 释放FreeType库
FT_Done_FreeType(library);
}

下面的函数完成释放资源的工作 
  
void font_data::clean() { glDeleteLists(list_base,128); glDeleteTextures(128,textures); delete [] textures;}

在print函数中要用到下面的两个方程，pushScreenCoordinateMatrix函数用来保存当前的矩阵，并设置视口与当前的窗口大小匹配。pop_projection_matrix函数用来返回pushScreenCoordinateMatrix保存的矩阵。reference manual.  
  
// 保存当前的矩阵，并设置视口与当前的窗口大小匹配inline void pushScreenCoordinateMatrix() { glPushAttrib(GL_TRANSFORM_BIT); GLint   viewport[4]; glGetIntegerv(GL_VIEWPORT, viewport); glMatrixMode(GL_PROJECTION); glPushMatrix(); glLoadIdentity(); gluOrtho2D(viewport[0],viewport[2],viewport[1],viewport[3]); glPopAttrib();}
//返回pushScreenCoordinateMatrix保存的矩阵
inline void pop_projection_matrix() {
glPushAttrib(GL_TRANSFORM_BIT);
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glPopMatrix();
glPopAttrib();

我们的print函数和13课的函数非常的像，但在实现上有一些不同。我们实际上是使用2通道的纹理而不是图像。 
  
// 输出文字void print(const font_data &ft_font, float x, float y, const char *fmt, ...)  {          // 保存当前矩阵 pushScreenCoordinateMatrix();                                            GLuint font=ft_font.list_base; float h=ft_font.h/.63f;                                                  char text[256];          va_list ap;          
if (fmt == NULL)
*text=0;
else {
va_start(ap, fmt);
vsprintf(text, fmt, ap);
va_end(ap);
}

// 把输入的字符串按回车分割
const char *start_line=text;
vector<string> lines;
for(const char *c=text;*c;c++) {
if(*c==' ') {
string line;
for(const char *n=start_line;n<c;n++) line.append(1,*n);
lines.push_back(line);
start_line=c+1;
}
}
if(start_line) {
string line;
for(const char *n=start_line;n<c;n++) line.append(1,*n);
lines.push_back(line);
}

glPushAttrib(GL_LIST_BIT | GL_CURRENT_BIT | GL_ENABLE_BIT | GL_TRANSFORM_BIT);
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glDisable(GL_LIGHTING);
glEnable(GL_TEXTURE_2D);
glDisable(GL_DEPTH_TEST);
glEnable(GL_BLEND);
glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);

glListBase(font);

 float modelview_matrix[16];      glGetFloatv(GL_MODELVIEW_MATRIX, modelview_matrix);
// 下面的代码完成具体的绘制过程
for(int i=0;i<lines.size();i++) {
glPushMatrix();
glLoadIdentity();
glTranslatef(x,y-h*i,0);
glMultMatrixf(modelview_matrix);

//调用显示列表绘制
glCallLists(lines[i].length(), GL_UNSIGNED_BYTE, lines[i].c_str());

glPopMatrix();
}

glPopAttrib();

pop_projection_matrix();
}

}

}

FreeType库我们就写好了，现我们在13课的代码上来做一些修改，当然首先我们需要包含freetype.h的头文件 
  
#include "freetype.h"
  
现在我们就可以调用freetype库绘制字符串了 
  

// 保存我们创建的字体的信息freetype::font_data our_font;
  
接下来使用test.ttf文件初始化字体 
  
our_font.init("Test.ttf", 16);
  
在程序结束时记得释放内存资源 
  
our_font.clean();
  
下面是我们具体的绘制函数 
  
int DrawGLScene(GLvoid)          { glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);      glLoadIdentity();          glTranslatef(0.0f,0.0f,-1.0f);       
// 蓝色文字
glColor3ub(0,0,0xff);

// 绘制WGL文字
glRasterPos2f(-0.40f, 0.35f);
glPrint("Active WGL Bitmap Text With NeHe - %7.2f", cnt1);

// 红色文字
glColor3ub(0xff,0,0);

glPushMatrix();
glLoadIdentity();
glRotatef(cnt1,0,0,1);
glScalef(1,.8+.3*cos(cnt1/5),1);
glTranslatef(-180,0,0);
//绘制freetype文字
freetype::print(our_font, 320, 200, "Active FreeType Text - %7.2f", cnt1);
glPopMatrix();

cnt1+=0.051f;
cnt2+=0.005f;
return TRUE; // 成功返回
}

原文及其个版本源代码下载：

http://nehe.gamedev.net/data/lessons/lesson.asp?lesson=43