opengl基础学习专题 (二) 点直线和多边形

题外话

　　随着学习的增长,越来越觉得自己很水.关于上一篇博文中推荐用一个 学习opengl的 基于VS2015的 simplec框架.存在

一些问题.

　　　1.这个框架基于VS 的Debug 模式下,没有考虑Release版本

　　　2.这个版本中chead,c基础头文件中有些宏设计的不好,例如

//4.0 控制台打印错误信息
#ifndef CERR
#define CERR(fmt,...) 
	fprintf(stderr,fmt,##__VA_ARGS__),putchar('
')
#endif/* !CERR */

//4.1 控制台打印错误信息并退出
#ifndef ERR_EXIT
#define ERR_EXIT(fmt,...) 
	CERR(fmt,##__VA_ARGS__),exit(EXIT_FAILURE)
#endif/* !ERR */

　　　　更加合理的是

//错误打印宏
#define CERR_EXIT(fmt,...) 
 fprintf(stderr,"[%s:%d]", __FILE__, __LINE__), fprintf(stderr, fmt, ##__VA_ARGS__), fputs("
",stderr)

　　　　这里的辅助宏需要重新设计

　　 　3.原先的sc_log 模块,简单的日志记录系统.适用于单用户多线程模式.随着项目的增加,需要支持多用户.需要重构,让其具备海量多用户日志记录能力

   　　 4.需要添加一个Session模块,适用多用户

　　　 5.内部有些模块需要重构,用树结构替代链表结构,提高查找速率.

以上这些就是推荐学习opengl 使用 simplec框架目前不爽的地方.争取下一个版本全部搞好.加班太多了,真不想......

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分享一个程序员伤感的故事

　　有一天晚上,两个程序员吃完饭,碰见了不该碰见的人.发现自己都是备胎,

互相安慰说.

　　　　还是上去写写代码压压惊吧.哈哈

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正题

本次课程所要讲的是绘制简单的几何图形，在实际绘制之前，让我们先熟悉一些概念。

一、点、直线和多边形
我们知道数学（具体的说，是几何学）中有点、直线和多边形的概念，但这些概念在计算机中会有所不同。
数学上的点，只有位置，没有大小。但在计算机中，无论计算精度如何提高，始终不能表示一个无穷小的点。另一方面，无论图形输出设备（例如，显示器）如何精确，始终不能输出一个无穷小的点。一般情况下，OpenGL中的点将被画成单个的像素（像素的概念，请自己搜索之~），虽然它可能足够小，但并不会是无穷小。同一像素上，OpenGL可以绘制许多坐标只有稍微不同的点，但该像素的具体颜色将取决于OpenGL的实现。当然，过度的注意细节就是钻牛角尖，我们大可不必花费过多的精力去研究“多个点如何画到同一像素上”。
同样的，数学上的直线没有宽度，但OpenGL的直线则是有宽度的。同时，OpenGL的直线必须是有限长度，而不是像数学概念那样是无限的。可以认为，OpenGL的“直线”概念与数学上的“线段”接近，它可以由两个端点来确定。
多边形是由多条线段首尾相连而形成的闭合区域。OpenGL规定，一个多边形必须是一个“凸多边形”（其定义为：多边形内任意两点所确定的线段都在多边形内，由此也可以推导出，凸多边形不能是空心的）。多边形可以由其边的端点（这里可称为顶点）来确定。（注意：如果使用的多边形不是凸多边形，则最后输出的效果是未定义的——OpenGL为了效率，放宽了检查，这可能导致显示错误。要避免这个错误，尽量使用三角形，因为三角形都是凸多边形）

可以想象，通过点、直线和多边形，就可以组合成各种几何图形。甚至于，你可以把一段弧看成是很多短的直线段相连，这些直线段足够短，以至于其长度小于一个像素的宽度。这样一来弧和圆也可以表示出来了。通过位于不同平面的相连的小多边形，我们还可以组成一个“曲面”。

二、在OpenGL中指定顶点
由以上的讨论可以知道，“点”是一切的基础。
如何指定一个点呢？OpenGL提供了一系列函数。它们都以glVertex开头，后面跟一个数字和1~2个字母。例如：
glVertex2d
glVertex2f
glVertex3f
glVertex3fv
等等。
数字表示参数的个数，2表示有两个参数，3表示三个，4表示四个（我知道有点罗嗦~）。
字母表示参数的类型，s表示16位整数（OpenGL中将这个类型定义为GLshort），
                   i表示32位整数（OpenGL中将这个类型定义为GLint和GLsizei），
                   f表示32位浮点数（OpenGL中将这个类型定义为GLfloat和GLclampf），
                   d表示64位浮点数（OpenGL中将这个类型定义为GLdouble和GLclampd）。
                   v表示传递的几个参数将使用指针的方式，见下面的例子。
这些函数除了参数的类型和个数不同以外，功能是相同的。例如，以下五个代码段的功能是等效的：
（一）glVertex2i(1, 3);
（二）glVertex2f(1.0f, 3.0f);
（三）glVertex3f(1.0f, 3.0f, 0.0f);
（四）glVertex4f(1.0f, 3.0f, 0.0f, 1.0f);
（五）GLfloat VertexArr3[] = {1.0f, 3.0f, 0.0f};
      glVertex3fv(VertexArr3);
以后我们将用glVertex*来表示这一系列函数。
注意：OpenGL的很多函数都是采用这样的形式，一个相同的前缀再加上参数说明标记，这一点会随着学习的深入而有更多的体会。

这里扩展一下,在现在的编译器中,能够识别 5.f 相当于 5.0f. 这些技巧推荐用也推荐不用.看人吧. 例如 有时写代码觉得 C99/C11 风格好,

有时还是觉得C89的风格最稳妥.

举例如下:

//C89
int hoge;
int piyo;

hoge = 16;
piyo = 1;
printf("hoge = %d, piyo = %d
",hoge,piyo);


//C99 / C11

int hoge = 13;
printf("hoge = %d.
",hoge);
int piyo = 5;
printf("heoo piyo is %d.
",piyo);

继续回到正题

三、开始绘制
假设现在我已经指定了若干顶点，那么OpenGL是如何知道我想拿这些顶点来干什么呢？是一个一个的画出来，还是连成线？或者构成一个多边形？或者做其它什么事情？
为了解决这一问题，OpenGL要求：指定顶点的命令必须包含在glBegin函数之后，glEnd函数之前（否则指定的顶点将被忽略）。并由glBegin来指明如何使用这些点。
例如我写：
glBegin(GL_POINTS);
     glVertex2f(0.0f, 0.0f);
     glVertex2f(0.5f, 0.0f);
glEnd();
则这两个点将分别被画出来。如果将GL_POINTS替换成GL_LINES，则两个点将被认为是直线的两个端点，OpenGL将会画出一条直线。
我们还可以指定更多的顶点，然后画出更复杂的图形。
另一方面，glBegin支持的方式除了GL_POINTS和GL_LINES，还有GL_LINE_STRIP，GL_LINE_LOOP，GL_TRIANGLES，GL_TRIANGLE_STRIP，GL_TRIANGLE_FAN等.

这里简单对上面两个函数总结如下:

 函数原型:
void glBegin(GLenum mode);
void glEnd(void);
参数说明:
　　mode：创建图元的类型。可以是以下数值
　　GL_POINTS：把每一个顶点作为一个点进行处理，顶点n即定义了点n，共绘制N个点
　　GL_LINES：把每一个顶点作为一个独立的线段，顶点2n－1和2n之间共定义了n条线段，总共绘制N/2条线段
　　GL_LINE_STRIP：绘制从第一个顶点到最后一个顶点依次相连的一组线段，第n和n+1个顶点定义了线段n，总共绘制n－1条线段
　　GL_LINE_LOOP：绘制从第一个顶点到最后一个顶点依次相连的一组线段，然后最后一个顶点和第一个顶点相连，第n和n+1个顶点定义了线段n，总共绘制n条线段
　　GL_TRIANGLES：把每个顶点作为一个独立的三角形，顶点3n－2、3n－1和3n定义了第n个三角形，总共绘制N/3个三角形
　　GL_TRIANGLE_STRIP：绘制一组相连的三角形，对于奇数n，顶点n、n+1和n+2定义了第n个三角形；对于偶数n，顶点n+1、n和n+2定义了第n个三角形，总共绘制N-2个三角形
　　GL_TRIANGLE_FAN：绘制一组相连的三角形，三角形是由第一个顶点及其后给定的顶点确定，顶点1、n+1和n+2定义了第n个三角形，总共绘制N-2个三角形
　　GL_QUADS：绘制由四个顶点组成的一组单独的四边形。顶点4n－3、4n－2、4n－1和4n定义了第n个四边形。总共绘制N/4个四边形
　　GL_QUAD_STRIP：绘制一组相连的四边形。每个四边形是由一对顶点及其后给定的一对顶点共同确定的。顶点2n－1、2n、2n+2和2n+1定义了第n个四边形，总共绘制N/2-1个四边形
　　GL_POLYGON：绘制一个凸多边形。顶点1到n定义了这个多边形。

我并不准备在glBegin的各种方式上大作文章。大家可以自己尝试改变glBegin的方式和顶点的位置，生成一些有趣的图案。
程序代码：

void display(void)
{
     glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
     glBegin( /* 在这里填上你所希望的模式 */ );
        /* 在这里使用glVertex*系列函数 */
        /* 指定你所希望的顶点位置 */
     glEnd();
     glFlush();
}

把这段代码改成你喜欢的样子，然后用它替换第一课中的myDisplay函数，编译后即可运行。

下面 我举三个例子

先画一个 圆,思路是打点,按照 圆的参数方程(r*cos t , r*sin t) ,t 属于[0,2*Pi]

代码如下:

#include <glut.h>
#define _USE_MATH_DEFINES //开启 math.h中默认的常量宏
#include <math.h>

//绘制圆的顶点数
#define _INT_N (20)
/*
*这里绘制 一个圆
*/
static void display(void)
{
    int i;
    GLdouble r = 0.5;

    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

    glBegin(GL_POLYGON);
    for (i = 0;i < _INT_N;++i) {
        double p = 2 * M_PI * i / _INT_N;
        glVertex2d(r*cos(p),r*sin(p)); //打点连线
    }
    glEnd();

    glFlush();
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    glutInit(&argc,argv);

    //glut 初始化 为 rgb颜色模式,单缓冲
    glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_SINGLE);

    //glut窗体创建
    glutInitWindowSize(500, 500);
    glutInitWindowPosition(123,456);
    glutCreateWindow("这里测试圆的绘制");

　　 // 设置绘制函数
    glutDisplayFunc(display);    

    //glut窗体主循环
    glutMainLoop();

    return 0;
}

按照上面代码敲一遍,基本都明白了.这里再说一些废话,前提你需要搭好环境.搭环境完成后学习就已经完成了1/3

      学习编程技术 目前 总结 如下

　　　　前线作战 => 搭环境 hello world + 学习基础api + 项目 => 可以进入战斗模式了

           后线指挥 => 设计理念 + 抗压和应急解决问题的实力 => 领跑者

第二个例子是画一个五角星

实例图如下:

画这个 五角星 需要 你自己计算各个点的位置,需要初中几何知识. 代码参照如下:

#include <glut.h>
#define _USE_MATH_DEFINES //开启 math.h中默认的常量宏
#include <math.h>

//绘制圆的顶点数
#define _INT_N (20)

//将角度值转成弧度数
#define TO_F_PII(d) 
    (d*(float)M_PI/180)

/*
*这里绘制 一个五角星
*/
static void display(void)
{
    //5x = 360 => x = 72度, x/2 = 36度 数学是不将中国道理的
    GLfloat a = 0.5f;//默认比例是一半 当前屏幕 opengl坐标系 以屏幕中央为(0,0)
    //计算 纵坐标 从上 到下 为 a , a*cos(72度) , -a*cos(36度)
    //计算的横坐标 从左到右 为 -a*sin(72度) , -a*sin(36度), 0, a*sin(36度) , a*sin(72度)

    //A,B,C,D,E 坐标 依次 如下,需要 你自己计算 三角函数
    GLfloat pii72 = TO_F_PII(72.f);
    GLfloat pii36 = TO_F_PII(36.f);
    GLfloat
        pointA[2] = { -a*sinf(pii72), a*cosf(pii72) },
        pointB[2] = { 0.f , a },
        pointC[2] = { a*sinf(pii72) , a*cosf(pii72) },
        pointD[2] = { a*sinf(pii36) , -a*cosf(pii36)  },
        pointE[2] = { -a*sinf(pii36) , -a*cosf(pii36) };


    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);


    //从 A->C->E->B->D->A 顺序一笔画成
    glBegin(GL_LINE_LOOP);

    glVertex2fv(pointA);
    glVertex2fv(pointC);
    glVertex2fv(pointE);
    glVertex2fv(pointB);
    glVertex2fv(pointD);

    glEnd();

    glFlush();
}

五角星还是比较神圣的,可是自己已经污染了,热爱家人吧.感谢他们给了我生命和一切.

下面是最后一个例子 绘制 f(x) = sinx , 这个例子是最简单,做了一点修改是 坐标系扩大了一点,具体看下面代码.

#define _USE_MATH_DEFINES //开启 math.h中默认的常量宏
#include <math.h>

//绘制三角函数
static void display(void)
{
    GLfloat fz = 10.f,p;

    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

    //先绘制坐标系
    glBegin(GL_LINES);
    glVertex2f(-1.f,0.f);
    glVertex2f(1.f,0.f);
    glVertex2f(0.f,1.f);
    glVertex2f(0.f,-1.f);
    glEnd();

    //绘制三角函数
    glBegin(GL_LINE_STRIP);
    for (p = -fz;p < fz;p += 0.01f)
        glVertex2f(p/fz,sinf(p)/fz);
    glEnd();

    glFlush();
}

到这里关于 opengl 基础学习的 第二节 基本完工了.上面例子很简单,但需要 自己敲过才能知道一些. 这里再说一些题外话.有没有读者对 上面 使用static 感到好奇.

这是为了在一个项目中 添加多个 main 文件 ,都用display 命名函数使用的技巧.因为 static 修饰的函数只在当前文件内有效,就不会出现 同名函数编译不通过的问题.

关于static 和 extern 关键字 还是有很多学问的. 朋友们可以自己 科普一下.

最后说一点,当初写博文之前,是实在不(ˇˍˇ) 想～看水文.后面自己写了,才知道,好难.自己也成功的进入了 水笔行业. 对每一个写博文的同行都表示 敬意.

做过,写过,思考过,才知道 有些事 贵在坚持,难在 不想 坑人.

(有问题请随时拍砖,马上改)