Linux环境QT5.9+OpenGL绘制图形与渲染(3)详解系列
这是一个系列的博客，OpenGL是基于计算机图形学为基础发展出来的一个分支，必须理解清楚的是“向量”，由数学向量与C语言结合发展出了shader language，shader封装再结合C++就是UE4和UE5图形引擎了。向量vector(不是C++里面的vector容器啊，不要搞混了)，最重要的就是引入数学矩阵Matrix，一个矩阵就是一个向量,即将向量计算变成矩阵变换，同时一个向量vector可以等于两个矩阵计算的结果。
这是向量A，换算成矩阵的样子
矩阵的乘法满足于以下运算律：
结合律：（AB）C = A（BC）
左分配律：（A + B）C = AC + BC
右分配律：C(A + B) = CA + CB
矩阵乘法不满足交换律：
由此我们明白了，矩阵Matrix与向量Vector的关系，但是还没搞明白OpenGL与shader的关系。
OpenGL有vertex shader 和 fragment shader等过程，这些就是封装过的shader在OpenGL里面使用。
关于纹理滤波的问题：
线性插值滤波（GL_LINEAR）==的纹理贴图，这需要机器有相当高的处理能力，但是看起来效果会很好；
最临近值滤波（GL_NEAREST），它只占用很小的处理能力，看起来效果会比较差，但是使用它因为不占用资源，工程在很快和很慢的机器上都可以正常运行；也可以混合使用线性插值滤波和最临近值滤波，纹理看起来效果会好一些；
Mipmap，这是一种创建纹理的新方法；您可能会注意到当图像在屏幕上变得很小的时候，很多细节将会丢失，刚才还很不错的图案变得很难看；当您告诉OPenGL创建一个mipmaped纹理时，OPenGL将选择它已经创建的外观最佳的纹理（带有很多细节）来绘制，而不仅仅是缩放原先的图像（这将导致细节丢失）。
关于光照
（1）当不开启光照时，使用顶点颜色来产生整个表面的颜色。
用glShadeModel可以设置表面内部像素颜色产生的方式。GL_FLAT/GL_SMOOTH.
（2）一般而言，开启光照后，在场景中至少需要有一个光源（GL_LIGHT0.。.GL_LIGHT7）
通过glEnable（GL_LIGHT0） glDisable（GL_LIGHT0） 来开启和关闭指定的光源。
— 全局环境光 —
GLfloat gAmbient［］ = {0.6， 0，6， 0，6， 1.0};
glLightModelfv（GL_LIGHT_MODEL_AMBIENT， gAmbient）;
（3）设置光源的光分量 – 环境光/漫色光/镜面光
默认情况下，GL_LIGHT0.。.GL_LIGHT7 的GL_AMBIENT值为（0.0， 0.0， 0.0， 1.0）;
GL_LIGHT0的GL_DIFFUSE和GL_SPECULAR值为（1.0， 1.0， 1.0， 1.0），
GL_LIGHT1.。.GL_LIGHT7 的GL_DIFFUSE和GL_SPECULAR值为（0.0， 0.0， 0.0， 0.0）。
GLfloat lightAmbient［］ = {1.0， 1.0， 1.0， 1.0};
GLfloat lightDiffuse［］ = {1.0， 1.0， 1.0， 1.0};
GLfloat lightSpecular［］ = {0.5， 0.5， 0.5， 1.0};
glLightfv（GL_LIGHT0， GL_AMBIENT， lightAmbient）;
glLightfv（GL_LIGHT0， GL_DIFFUSE， lightDiffuse）;
glLightfv（GL_LIGHT0， GL_SPECULAR， lightSpecular）;
（4）设置光源的位置和方向
– 平行光 – 没有位置只有方向
GLfloat lightPosiTIon［］ = {8.5， 5.0， -2.0， 0.0}; // w=0.0
glLightfv（GL_LIGHT0， GL_POSITION， lightPosiTIon）;
– 点光源 – 有位置没有方向
GLfloat lightPosiTIon［］ = {8.5， 5.0， -2.0， 1.0}; // w不为0
glLightfv（GL_LIGHT0， GL_POSITION， lightPosition）;
– 聚光灯 – 有位置有方向
GLfloat lightPosition［］ = {-6.0， 1.0， 3.0， 1.0}; // w不为0
glLightfv（GL_LIGHT0， GL_POSITION， lightPosition）;
GLfloat lightDirection［］ = {1.0， 1.0， 0.0};
glLightfv（GL_LIGHT0， GL_SPOT_DIRECTION， lightDirection）; // 聚光灯主轴方向 spot direction
glLightf（GL_LIGHT0， GL_SPOT_CUTOFF， 45.0）; // cutoff角度 spot cutoff
** 平行光不会随着距离d增加而衰减，但点光源和聚光灯会发生衰减。
attenuation为衰变系数，系数值越大，衰变越快。
默认情况下，c=1.0， l=0.0， q=0.0
glLightf（GL_LIGHT0， GL_CONSTANT_ATTENUATION， 2.0）; // c 系数
glLightf（GL_LIGHT0， GL_LINEAR_ATTENUATION， 1.0）; // l 系数
glLightf（GL_LIGHT0， GL_QUADRATIC_ATTENUATION， 0.5）; // q 系数
.h文件
ifndef MYGLWIDGET_H
define MYGLWIDGET_H
include
include
include
class MyGLWidget : public QOpenGLWidget
{
Q_OBJECT
public:
MyGLWidget(QWidget *parent = nullptr);
~MyGLWidget();
protected:
virtual void paintGL();
virtual void initializeGL();
virtual void resizeGL(int w, int h);
virtual void keyPressEvent(QKeyEvent *event);
private:
bool mFullScreen;
};
endif // MYGLWIDGET_H
.cpp文件
include “myglwidget.h”
include
include <GL/glu.h>
MyGLWidget::MyGLWidget(QWidget *parent) :
QOpenGLWidget(parent), mFullScreen(false)
{
showNormal();
}
MyGLWidget::~MyGLWidget()
{
}
//下面的代码的作用是重新设置OpenGL场景的大小，而不管窗口的大小是否已经改变(假定您没有使用全屏模式)。
//甚至您无法改变窗口的大小时(例如您在全屏模式下)，它至少仍将运行一次–在程序开始时设置我们的透视图。
//OpenGL场景的尺寸将被设置成它显示时所在窗口的大小。
void MyGLWidget::resizeGL(int width, int height)
{
if (height == 0) { // 防止被零除
height = 1; // 将高设为1
}
glViewport(0, 0, width, height); //重置当前的视口
//下面几行为透视图设置屏幕。意味着越远的东西看起来越小。这么做创建了一个现实外观的场景。
//此处透视按照基于窗口宽度和高度的45度视角来计算。0.1f，100.0f是我们在场景中所能绘制深度的起点和终点。
//glMatrixMode(GL_PROJECTION)指明接下来的两行代码将影响projection matrix(投影矩阵)。
//投影矩阵负责为我们的场景增加透视。 glLoadIdentity()近似于重置。它将所选的矩阵状态恢复成其原始状态。
//调用glLoadIdentity()之后我们为场景设置透视图。
//glMatrixMode(GL_MODELVIEW)指明任何新的变换将会影响 modelview matrix(模型观察矩阵)。
//模型观察矩阵中存放了我们的物体讯息。最后我们重置模型观察矩阵。如果您还不能理解这些术语的含义，请别着急。
//在以后的教程里，我会向大家解释。只要知道如果您想获得一个精彩的透视场景的话，必须这么做。
glMatrixMode(GL_PROJECTION);// 选择投影矩阵
glLoadIdentity();// 重置投影矩阵
//设置视口的大小
gluPerspective(45.0f, (GLfloat)width/(GLfloat)height, 0.1f, 100.0f);
glMatrixMode(GL_MODELVIEW); //选择模型观察矩阵
glLoadIdentity(); // 重置模型观察矩阵
}
//接下的代码段中，我们将对OpenGL进行所有的设置。我们将设置清除屏幕所用的颜色，打开深度缓存，启用smooth shading(阴影平滑)，等等。
//这个例程直到OpenGL窗口创建之后才会被调用。此过程将有返回值。但我们此处的初始化没那么复杂，现在还用不着担心这个返回值。
void MyGLWidget::initializeGL()
{
//下一行启用smooth shading(阴影平滑)。阴影平滑通过多边形精细的混合色彩，并对外部光进行平滑。
//我将在另一个教程中更详细的解释阴影平滑。
glShadeModel(GL_SMOOTH); // 启用阴影平滑
//下一行设置清除屏幕时所用的颜色。如果您对色彩的工作原理不清楚的话，我快速解释一下。
//色彩值的范围从0.0f到1.0f。0.0f代表最黑的情况，1.0f就是最亮的情况。
//glClearColor 后的第一个参数是Red Intensity(红色分量),第二个是绿色，第三个是蓝色。
//最大值也是1.0f，代表特定颜色分量的最亮情况。最后一个参数是Alpha值。当它用来清除屏幕的时候，我们不用关心第四个数字。
//现在让它为0.0f。我会用另一个教程来解释这个参数。
//通过混合三种原色(红、绿、蓝)，您可以得到不同的色彩。希望您在学校里学过这些。
//因此，当您使用glClearColor(0.0f,0.0f,1.0f,0.0f)，您将用亮蓝色来清除屏幕。
//如果您用 glClearColor(0.5f,0.0f,0.0f,0.0f)的话，您将使用中红色来清除屏幕。不是最亮(1.0f)，也不是最暗 (0.0f)。
//要得到白色背景，您应该将所有的颜色设成最亮(1.0f)。要黑色背景的话，您该将所有的颜色设为最暗(0.0f)。
glClearColor(0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f); // 蓝色背景
//接下来的三行必须做的是关于depth buffer(深度缓存)的。将深度缓存设想为屏幕后面的层。
//深度缓存不断的对物体进入屏幕内部有多深进行跟踪。
//我们本节的程序其实没有真正使用深度缓存，但几乎所有在屏幕上显示3D场景OpenGL程序都使用深度缓存。
//它的排序决定那个物体先画。这样您就不会将一个圆形后面的正方形画到圆形上来。深度缓存是OpenGL十分重要的部分。
glClearDepth(1.0f); // 设置深度缓存
glEnable(GL_DEPTH_TEST); // 启用深度测试
glDepthFunc(GL_LEQUAL); // 所作深度测试的类型
//接着告诉OpenGL我们希望进行最好的透视修正。这会十分轻微的影响性能。但使得透视图看起来好一点。
glHint(GL_PERSPECTIVE_CORRECTION_HINT, GL_NICEST); // 告诉系统对透视进行修正
}
//上一课中我教给您三角形和四边形的绘制方法。这一课我将教您给三角形和四边形添加2种不同类型的着色方法。
//使用Flat coloring(单调着色)给四边形涂上固定的一种颜色。
//使用Smooth coloring(平滑着色)将三角形的三个顶点的不同颜色混合在一起，创建漂亮的色彩混合。
//继续在上节课的paintGL例程上修改。下面将整个例程重写了一遍。
//如果您计划修改上节课的代码，只需用下面的代码覆盖原来的paintGL()就可以了。
void MyGLWidget::paintGL()
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);// 清除屏幕及深度缓存
glLoadIdentity();// 重置模型观察矩阵
glTranslatef(-1.5f,0.0f,-6.0f);// 左移 1.5 单位，并移入屏幕 6.0
glBegin(GL_TRIANGLES);// 绘制三角形
//如果您还记得上节课的内容，这段代码在屏幕的左半部分绘制三角形。
//下一行代码是我们第一次使用命令glColor3f(r,g,b)。括号中的三个参数依次是红、绿、蓝三色分量。
//取值范围可以从0,0f到1.0f。类似于以前所讲的清除屏幕背景命令。
//我们将颜色设为红色(纯红色，无绿色，无蓝色)。
//接下来的一行代码设置三角形的第一个顶点(三角形的上顶点)，并使用当前颜色(红色)来绘制。
//从现在开始所有的绘制的对象的颜色都是红色，直到我们将红色改变成别的什么颜色。
glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f);// 设置当前色为红色
glVertex3f( 0.0f, 1.0f, 0.0f);// 上顶点
//第一个红色顶点已经设置完毕。接下来我们设置第二个绿色顶点。三角形的左下顶点被设为绿色。
glColor3f(0.0f,1.0f,0.0f);// 设置当前色为绿色
glVertex3f(-1.0f,-1.0f, 0.0f);// 左下
//在设置第三个也就是最后一个顶点。开始绘制之前将颜色设为蓝色。
//这将是三角形的右下顶点。glEnd()出现后，三角形将被填充。
//但是因为每个顶点有不同的颜色，因此看起来颜色从每个角喷出，并刚好在三角形的中心汇合，三种颜色相互混合。这就是平滑着色。
glColor3f(0.0f,0.0f,1.0f);// 设置当前色为蓝色
glVertex3f( 1.0f,-1.0f, 0.0f);// 右下
glEnd();// 三角形绘制结束
glTranslatef(3.0f,0.0f,0.0f);// 右移3单位
//现在我们绘制一个单调着色－蓝色的正方形。
//最重要的是要记住，设置当前色之后绘制的所有东东都是当前色的。以后您所创建的每个工程都要使用颜色。
//即便是在完全采用纹理贴图的时候，glColor3f仍旧可以用来调节纹理的色调。等等....,以后再说吧。
//我们必须要做的事只需将颜色一次性的设为我们想采用的颜色(本例采用蓝色)，然后绘制场景。
//每个顶点都是蓝色的，因为我们没有告诉OpenGL要改变顶点的颜色。
//最后的结果是.....全蓝色的正方形。再说一遍，顺时针绘制的正方形意味着我们所看见的是四边形的背面。
glColor3f(1.0f, 1.0f, 0.0f);// 一次性将当前色设置为黄色
glBegin(GL_QUADS);// 绘制正方形
glVertex3f(-1.0f, 1.0f, 0.0f);// 左上
glVertex3f( 1.0f, 1.0f, 0.0f);// 右上
glVertex3f( 1.0f,-1.0f, 0.0f);// 左下
glVertex3f(-1.0f,-1.0f, 0.0f);// 右下
glEnd();// 正方形绘制结束
}
void MyGLWidget::keyPressEvent(QKeyEvent *event)
{
switch (event->key()) {
case Qt::Key_F2:
{
mFullScreen = !mFullScreen;
if(mFullScreen) {
showFullScreen();
}
else {
showNormal();
}
update();
break;
}
case Qt::Key_Escape:
{
qApp->exit();
break;
}
}
}
浙公网安备 33010602011771号