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  • 开源框架 openFrameworks

    转自：https://www.cnblogs.com/lidabo/p/9134174.html
    此处仅供学习，版权属原作者；

    作为一个图形图像方向的研究生，我经常都在和 OpenGL 、OpenCV 等多种 C++ 库打交道。这些库遵循着不同的规则和用法；另外，为了让自己的程序具有更多的交互能力，编写界面也是一个家常便饭的工作。

    然而，随着工程复杂性的增加，库的管理和界面的维护也变得越来越困难：一方面，库的增加和删除不仅会增加学习成本，也会对系统的逻辑层带来影响。而另一方面，如果要让自己的项目易于维护，就要尽可能地应用设计模式，让逻辑和界面分离。但对于科研，一味陷入设计模式的桎梏又会带来过早优化的问题，影响科研进度。

    直到后来，我接触到了 openFrameworks ，简直有种相逢恨晚的感觉。openFrameworks 封装了常用的 C++ 库，在此基础上提供了一个直观统一的接口，也大幅简化了编写界面的流程，使得开发图形程序变得很轻松。

    本文将为大家介绍这个让人着迷的开发框架 —— openFrameworks。

    什么是 openFrameworks

    openFrameworks（以下简称 oF） 是一个开源的、跨平台的 C++ 工具包，它的设计目的为开发创造过程提供一个更加简单和直观的框架。

    openFrameworks

    oF 的强大之处在于，它不仅是一个通用的胶水（glue），同时它还封装了多种常用的库，包括：

    这些库虽然遵循着不同的规则和用法，但 oF 在它们基础上提供了一个通用的接口，使得使用它们变得很容易。

    除此之外，oF 的另一亮点在于它具有很好的跨平台特性。目前它支持 5 种操作系统（Windows、OSX、Linux、iOS、Android）以及 4 种 集成开发环境（XCode、Code::Blocks、Visual Studio、Eclipse）。

    安装和配置 oF

    下面介绍如何在 Linux 下安装和配置 oF 。

    下载 oF

    访问 oF 的官方下载页面，找到适用于你的操作系统和 IDE 的版本，点击下载。例如，我的计算机是 Linux Arch 64位的系统，所以选择的是 code::blocks (64 bit)。

    下载 openFrameworks

    安装依赖

    下载完成后，将其解压，开启终端，cd 到解压后目录，例如：

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    $ cd $HOME/Documents/programming/openFrameworks

    之后，根据你的 Linux 发行版的不同，cd 进入 scripts/linux/<操作系统发行版名称> ，例如：

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    $ cd scripts/linux/archlinux

    执行两个命令，安装 code::block 和其他依赖（需要 root 权限）：

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    $ sudo ./install_codeblocks.sh
    $ sudo ./install_dependencies.sh
    $ sudo ./install_codecs.sh

    编译 oF

    安装完依赖后，回到上一级目录：

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    $ cd ..

    编译 oF：

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    $ ./compileOF.sh

    编译过程中，如果你和我一样遇到找不到 freetype.h 的问题，可能是 FreeType 在 2.5.1 之后改变了头文件的结构导致的。需要将根目录里的 /libs/openFrameworks/graphics/ 目录下的 ofTrueTypeFont.cpp 开头部分改为：

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    #include "ft2build.h"
    /* Corrected setup of include files for freetype as of 2.5.1 dh
    #include "freetype2/freetype/freetype.h"
    #include "freetype2/freetype/ftglyph.h"
    #include "freetype2/freetype/ftoutln.h"
    #include "freetype2/freetype/fttrigon.h"
    */
    #include FT_FREETYPE_H
    #include FT_GLYPH_H
    #include FT_OUTLINE_H
    #include FT_TRIGONOMETRY_H

    此时的 oF 已经可以工作了。我们可以测试它提供的示例。cd 到根目录里的 /examples/gui/guiExample/ 目录，编译该工程并执行：

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    $ make
    $ make run

    将会运行一个界面如下图的程序。与左侧面板里的控件交互将可以改变该形状的属性1 1多阅读 example 的示例代码是个好习惯。。

    guiExample 程序

    编译项目生成器

    为了方便日后创建工程，oF 还提供了一个项目生成器 projectGenerator 。使用它前同样需要先编译。回到 compileOF.sh 脚本所在的目录，敲入如下命令：

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    $ ./compilePG.sh

    完成后，在 oF 的根目录下找到 projectGenerator 目录，进去里面可以找到 projectGenerator ，我们可以执行它：

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    $ cd ../../projectGenerator
    $ ./projectGenerator

    程序界面如下图所示。点击左侧的每个黑色按钮将可以修改项目名、生成路径，以及依赖的插件（Addon)。

    projectGenerator

    点击右下角的 GENERATE PROJECT 按钮后，将会在 Path 字段指定的路径中生成一个项目，如上图所示就是 /home/ehome/Documents/programming/openframeworks/apps/myApps/mySketch ：

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    $ cd /home/ehome/Documents/programming/openframeworks/apps/myApps
    $ ls
    addons.make bin config.make Makefile mySketch.cbp mySketch.workspace src

    其中：

    • addons.make 文件 - 用于维护这个工程所依赖的插件列表；
    • config.make 文件 - 用于添加查找路径，修改优化标记以及其他的设置；
    • Makefile 文件 - 工程的 Makefile ，一般不需要直接修改它。在 oF 中，make 的目标包括：
      • Debug：生成带有调试标记的可执行程序；
      • Release：生成经编译器优化的可执行程序；
      • clean：清除目标文件和可执行程序；
      • CleanDebug：只清除 debug 目标的生成结果；
      • CleanRelease：只清除 release 目标的生成结果；
      • help：打印帮助信息；
      • run：执行生成的可执行程序。
    • mySketch.cbp 和 mySketch.workspace 文件 - Code::Blocks 的工程文件。

    注册环境变量

    我们可以看看 Makefile 文件的内容：

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    $ cat Makefile
    # Attempt to load a config.make file.
    # If none is found, project defaults in config.project.make will be used.
    ifneq ($(wildcard config.make),)
    include config.make
    endif
     
    # make sure the the OF_ROOT location is defined
    ifndef OF_ROOT
    OF_ROOT=../../..
    endif
     
    # call the project makefile!
    include $(OF_ROOT)/libs/openFrameworksCompiled/project/makefileCommon/compile.project.mk

    如上所示，编译 openFrameWorks 的工程时，系统需要从 oF 的根路径中引入另一个名为 compile.project.mk 的 Makefile，这个根路径存储在 OF_ROOT 变量中，默认值是 ../../.. ，即当前目录往上三级的目录。之所以使用这个默认值，是因为使用 projectGenerator 生成的项目都默认存放在 oF根目录/apps/myApps 目录下。为了方便在其他地方创建和编译工程，可以人为地定义一个 OF_ROOT 变量。将下面这一行添加到用户主目录下的 .bashrc 文件中：

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    export OF_ROOT=<你的 oF 根目录>

    入门实例

    接下来将介绍如何开发基于 oF 的 C++ 程序2 2主要参考了 Jeff Crouse 所编写的教程 ofTutorials - Chapter 1 - Getting Started。。

    testApp.cpp

    双击 mySketch.cbp 文件，打开 Code::Blocks 开发环境，在左边的项目管理器中双击打开 test.App 文件。如下图所示：

    使用 Code::Blocks 开发程序

    testApp.cpp 将会是你的好朋友。在编辑窗口中，你可以看到如下的内容：

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    #include "testApp.h"
     
    //--------------------------------------------------------------
    void testApp::setup(){
     
    }
     
    //--------------------------------------------------------------
    void testApp::update(){
     
    }
     
    //--------------------------------------------------------------
    void testApp::draw(){
     
    }
     
    //--------------------------------------------------------------
    void testApp::keyPressed(int key){
     
    }
     
    ...

    上面的代码包含了 4 类函数：

    • setup - 这个函数将在应用程序生命期的最开始就被调用，甚至在你编写的程序窗口打开之前。利用这个函数，我们可以做一些准备工作，例如在窗口打开之前，先修改窗口的大小；
    • update 和 draw - 当 setup 函数运行完成后，系统将进入一个 update 和 draw 不断交替运行的循环，这个循环将持续到程序结束。也就是说，setup() 运行完成后，update() 开始运行，然后是 draw() ，然后又是 update() ，然后又是 draw() …… 3 3这个交替频率就是帧率，它的默认值取决于你的电脑的处理速度。update() 通常用来更新你的程序的状态（例如改变变量的值），而 draw() 则常用来在你的窗口中绘制内容；
    • keyPressed、keyReleased、mouseMoved、mouseDragged、mousePressed、mouseReleased、windowResized, gotMessage、dragEvent - 与前面三种函数不同，这类函数仅当用户触发某类事件才会被调用。

    我们先试着直接编译这个项目，此时的程序窗口里还没有东西：

    绘制图形

    之后，我们可以试着在窗口中画一个圆。oF 提供了 ofCircle 函数用于绘制圆。

    往 draw 函数里头添加一句内容，：

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    void testApp::draw(){
    ofCircle(200, 300, 60);
    }

    第二行告诉系统在坐标 (200, 300) 处画一个半径为 60 的圆。

    添加颜色

    现在这个圆看起来很单调，可以给这个圆添加颜色。oF 提供了 ofSetColor 函数用于设置颜色。将 draw() 函数改为：

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    void testApp::draw(){
    ofSetColor(255, 0, 255);
    ofCircle(200, 300, 60);
    }

    新加的这一行（第2行）告诉系统在绘制图形前选择一个颜色，这个颜色的 R、G、B 三原色的色值分别为 (255, 0, 255) 。

    我们可以用同样的方法再画一个青色的圆：

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    void testApp::draw(){
    ofSetColor(255, 0, 255);
    ofCircle(200, 300, 60);
     
    ofSetColor(0, 255, 255);
    ofCircle(500, 500, 100);
    }

    其他的形状

    除了画圆，oF 也可以画其他的图案：

    • ofRect - 画一个矩形。参数是：(x, y, width, height) ；
    • ofTriangle - 画一个三角形。参数是三个顶点的坐标：(x1, y1, x2, y2, x3, y3)
    • ofLine - 画一条线段。参数是两个端点的坐标 (x1, y1, x2, y2)
    • ofEllipse - 画椭圆。参数是：(x, y, width, height)
    • ofCurve - 画一条从点 (x1, y1) 到 (x2, y2) 的贝塞尔曲线，曲线的形状由两个控制点 (x0, y0) 和 (x3, y3) 控制 4 4贝塞尔曲线 的控制点比较难以掌握。如果你用过 Photoshop 里的钢笔工具，你大概就会明白是怎么一回事。。

    让形状动起来

    接下来我们将编写代码让窗口里的图形动起来。主要的思路就是用两个变量控制圆的坐标，然后在程序的运行过程中改变这个变量。在 test.cpp 文件的开头声明两个变量，分别用于存放圆的 x 坐标和 y 坐标：

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    #include "testApp.h"
     
    int myCircleX;
    int myCircleY;

    在 setup() 函数中为这两个变量添加初始值 5 5别忘了前面介绍的每类函数的用途。：

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    void testApp::setup(){
    myCircleX = 0;
    myCircleY = 200;
    }

    用这两个变量绘制图形：

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    void testApp::draw(){
    ofSetColor(255, 0, 255);
    ofCircle(myCircleX, myCircleY, 60);
    }

    要在运行过程中修改这两个变量，可以在 update() 函数中编写相关代码。例如，让这个圆一直向右移动，当超出屏幕时，再回到原来开始的地方：

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    void testApp::update(){
    myCircleX++;
    if (myCircleX > ofGetWindowWidth())
    myCircleX = 0;
    }

    其中，第 3 行的 ofGetWindowWidth() 函数用来获取窗口的宽度6 6如果不考虑拉伸窗口，也可以用 1024 这个值代替，因为 oF 的默认窗口大小是 1024x768 。。

    改变帧率

    你可能会发现上面的程序在运行的时候有一个问题：圆圈的运动存在时快时慢的情况。如前面所说，这是由于你的程序的帧率，或者说 update() 函数和 draw() 函数交替执行的频率不稳定造成的。在 draw() 函数中添加下面这一行代码可以在窗口的左上方显示帧率信息：

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    ofDrawBitmapString(ofToString(ofGetFrameRate())+"fps", 10, 15);

    你可以发现这个数值会在程序运行的过程中存在较大波动，尤其是当你同时还在执行其他耗费计算资源的任务时，这个数值会下降得更加明显，相应的这个圆圈的运动速度也会跟着变慢。

    让窗口中的动画变得更加平滑的方法是把帧率限制在一个合理的值，例如 60 fps ：

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    void testApp::setup(){
    ofSetFrameRate(60);
     
    myCircleX = 300;
    myCircleY = 200;
    }

    如果你觉得经过这么一改动之后这个圆圈慢的让你无法忍受，你可以通过修改圆圈的移动速度来加速。例如：

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    void testApp::update(){
    myCircleX+=4;
    if (myCircleX > ofGetWindowWidth())
    myCircleX = 0;
    }

    添加交互

    接下来，我们将为这个程序添加键盘和鼠标的交互。要添加键盘交互，可以通过修改 keyPressed() 函数和 keyReleased() 函数来完成。其中，keyPressed() 捕获的是按下键盘按键的事件，而 keyReleased() 捕获的是松开键盘按键的事件 7 7额外提一下， oF 似乎并不能很好的识别 DVORAK 等其他键盘布局。解决方法见这个帖子。。

    例如：

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    void testApp::keyPressed(int key){
    if('w' == key || 'W' == key)
    {
    myCircleY-=4;
    }
    if('s' == key || 'S' == key)
    {
    myCircleY+=4;
    }
    if('a' == key || 'A' == key)
    {
    myCircleX-=4;
    }
    if('d' == key || 'D' == key)
    {
    myCircleX+=4;
    }
    }

    将通过 w 、s、a、d 四个按键控制圆圈的运动。出于鲁棒性考虑，小写和大写的字母都要考虑进去，因为按键是通过十进制的 ASCII 码来判断的，而大写字母和小写字母的 ASCII 码是不同的。上面的代码也可以等价的用 ASCII 码来代替8 8温馨小提示：Linux 下可以通过 man ascii查询每个字母对应的 ASCII 编码。一般人我不告诉他。：

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    void testApp::keyPressed(int key){
    if(119 == key || 87 == key) // w key
    {
    myCircleY-=4;
    }
    if(115 == key || 83 == key) // s key
    {
    myCircleY+=4;
    }
    if(97 == key || 65 == key) // a key
    {
    myCircleX-=4;
    }
    if(100 == key || 68 == key) // d key
    {
    myCircleX+=4;
    }
    }

    添加鼠标事件则通过修改 mouseMoved() 、mouseDragged()、mousePressed() 和 mouseReleased() 来完成，顾名思义，分别捕获的是鼠标的移动、拖拽、单击、松开操作。

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    void testApp::mouseMoved(int x, int y ){
     
    }
     
    void testApp::mouseDragged(int x, int y, int button){
     
    }
     
    void testApp::mousePressed(int x, int y, int button){
     
    }
     
    void testApp::mouseReleased(int x, int y, int button){
     
    }

    例如，我们可以编写代码实现鼠标拖动圆圈：

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    void testApp::mouseDragged(int x, int y, int button){
    if (0 == button) { // left button
    float distance = ofDist(myCircleX, myCircleY, x, y);
     
    if (distance < 100){
    myCircleX = x;
    myCircleY = y;
    }
    }
    }

    第 2 行用于判断触发此事件的按键是否为左键；第 3 行的 ofDist() 函数用于计算鼠标当前位置和圆心的距离。如果这个距离小于半径 100 ，则可以判断当前鼠标落在这个圆圈的范围以内，可以用鼠标的位置代替圆心的位置。

    其他优化

    调整圆圈精度

    如果近一点观察圆圈，你可能会发现圆圈的周围有点粗糙。

    可以修改圆圈的绘制精度来让圆圈更加平滑。在 setup() 函数中添加这一句：

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    ofSetCircleResolution(120);

    抗锯齿和垂直同步

    抗锯齿和垂直同步也是常常使用的优化画面的手段：

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    ofSetVerticalSync(true);
    ofEnableSmoothing();

    实用的插件

    oF 的另外一大杀手锏在于它的社区非常活跃，现在已经开发出了数量可观的第三方插件。这里只收集了极小一部分实用插件。更全面的插件列表可以访问 ofxaddons.com 9 9什么？有墙？！其实几乎所有插件都是托管在 Github 上的。所以如果在 Github 上搜 “ofx” ，也可以找到这些 oF 插件哦。。

    • ofxUI - 华丽丽的 UI 库。提供了很多新颖而实用的界面控件。
    • ofxCv - OpenCV 的另一套可选的 oF 插件（oF 自带一个 oFOpenCv 插件）；
    • ofxLibRocket - 对 librocket 库的封装，这个库允许你使用 html 和 css 来布局 C++ 窗口；
    • ofxTrueTypeFontUC - 对 ofTrueTypeFont 类的扩展，使其支持 Unicode 字符（例如汉字）；
    • ofxPCL - 对 PCL（一个专门用于处理点云的库） 的封装；
    • ofxTimeline - 一个用来绘制可编辑的 timeline 控件的插件；
    • ofxMidi - Midi 音乐的插件；
    • ofxSpeech - 语音识别插件；
    • ofxVideoRecorder - 录制视频插件；
    • ofxImageSequence - 一个用于像播放视频一样播放图像序列的插件；
    • ofxGifEncoder - 生成 Gif 动画的插件；
    • ofxVolumetrics - 简单的体绘制插件；
    • ofxDelaunay -
    • ofxFft - 对两个用于进行傅里叶变换的库 FFTW 和 KissFFT 的封装；
    • ofxNodejs - 桥接 Node.js 的插件；
    • ofxLua - 桥接 Lua 的插件；
    • ofxBox2d - 对流行的 2D 物理模拟库 box2d 的封装；
    • ofxBullet - 对另一个物理模拟库 Bullet Physics 的封装；
    • ofxLearn - 通用的机器学习插件，支持分类、回归、聚类等任务；
    • ofxJSON - 对 Json 库 JsonCpp 的封装；
    • ofxHttpServer - 一个基于 libmicrohttpd 的 http 服务器插件；
    • ofxAddonTemplate - 一个空的目录框架，可以借鉴它自己编写插件（这都有……--bb）。

    使用这些插件的方法很简单：

    1. 访问这个插件的 Github 项目主页；
    2. 复制它的代码仓库地址；
    3. 进入你的 oF 根目录下的 addons 目录，git clone 这个项目；
    4. 如果这个项目自带 example ，可以直接 make && make run 编译和执行它看看结果。

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