OPENGL是什么？

OpenGL三逗猛明維圖形標準是由AT＆T公司UNIX軟件實驗室、IBM

、DEC、SUN、HP、Microsoft和SGI等多家公司在GL圖形庫標準的基礎

上聯合推出的開放式圖形庫，它使在微機上實現三維真實

感圖形的生成與顯示成為可能。由于OpenGL是開放的圖形標

準，用戶原先在UNIX下開發的OpenGL圖形軟件很容易移植到微

機上的WindowsNT／95上。筆者在VisualC＋＋4.1(以下簡稱VC)集

成環境下，開發了基于OpenGL的三維真實感圖形應用程序，現

介紹如山告下。

微機上的OpenGL開發環境

基于OpenGL標準開發的應用程序必須運行于32位Windows

平臺下，如WindowsNT或Windows95環境；而且運行時還需有動態

鏈接庫OpenGL32.DLL、Glu32.DLL，這兩個文件在安裝WindowsNT時已

自動裝載到C：WINNTSYSTEM32目錄下(這里假定用戶將WindowsNT

安裝在C盤上)；而對于使用Windows95平臺的用戶，則需手工將

兩個動態庫復制到Windows95目錄的SYSTEM子目錄中。安裝了

WindowsNT／95和VC4.1后，用戶就具備了基于OpenGL開發三維圖

形軟件的基本條件。

OpenGL程序設計的基本步驟

1.OpenGL在WindowsNT下的運行機制

OpenGL工作在客戶機／服務器模式下，當客戶方(即基

于OpenGL標準開發的應用程序)向服務器(OpenGL核心機制)發出

命令時，由服務器負責解釋這些命令。通常情況下，客戶方

和服務器是運行在同一臺微機上的。由于OpenGL的運行機制

是客戶機／服務器模式，這使得用戶能夠十分方便地在網

絡環境下使用OpenGL，OpenGL在WindowsNT上的這種實現方式通常

稱為網絡透明性。

OpenGL的圖形庫函數封裝在動態鏈接庫OpenGL32.DLL中，

客戶機中的所有OpenGL函數調用，都被傳送到服務器上，由

WinSrv.DLL實現功能，再將經過處理的指令發送到Win32設備驅

動接口(DDI)，從而實現在計算機屏幕上產生圖像。

若使用OpenGL圖形加速卡，則上述機制中將添加兩個

驅動器：OpenGL可裝載客戶模塊(OpenGLICD)將安裝在客戶端；硬

件指定DDI將安裝在服務器端，與WinDDI同一級別。

2.OpenGL的庫函數

開發基于OpenGL的應用程序，必須先了解OpenGL的庫函

數。OpenGL函數命令方式十分有規律，每個庫函數均有前綴gl

、glu、aux，分別表示該函數屬于OpenGL基本庫、實用庫或輔助

庫。WindowsNT下的OpenGL包含了100多個核心函數，均以gl作為前

綴，同時還支持另外四類函數：

OpenGL實用庫函數：43個，以glu作為前綴；

OpenGL輔助庫函數：31個，以aux作為前綴；

Windows專用庫函數(WGL)：6個，以wgl作為前綴；

Win32API函數(WGL)：5個，無前綴。

OpenGL的115個核心函數提供了最基本的功能，可以實

現三維建模、建立光照模型、反走樣、紋理映射等；OpenGL實

用庫函數在核心函數的上一層，這類函數提供了簡單的調

用方法，其實質是調用核心函數，目的是減輕開發者的編程

工作量；OpenGL輔助庫函數是一些特殊的函數，可以供初學者

熟悉OpenGL的編程機知寬制，然而使用輔助庫函數的應用程序只

能在Win32環境中使用，可移植性較差，所以開發者應盡量避

免使用輔助庫函數；Windows專用庫函數(WGL)主要針對WindowsNT

／95環境的OpenGL函數調用；Win32API函數用于處理像素存儲格

式、雙緩存等函數調用。

3.VC環境下基于OpenGL的編程步驟

下面介紹在VC環境中建立基于Opeetting菜單選項，在Link欄的Lib輸入域中

添加openg132.lib、glu32.lib，若需使用OpenGL的輔助庫函數，則還

需添加glaux.lib。

(3)選擇View／ClassWizard菜單選項，打開MFC對話框，在

ClassName欄中選擇CMyTestView類，進行以下操作：

選擇WM_CREATE消息，鼠標單擊EditCode，將OpenGL初始化代碼

添加到OnCreate()函數中：

／＊定義像素存儲格式＊／

PIXELFORMATDESCRIPTORpfd=

{

sizeof(PIXELFORMATDESCRIPTOR)，

1，

PFD_DRAW_TO_WINDOW|PFD_SUPPORT_OPENGL,

PFD_TYPE_RGBA,

24，

0，0，0，0，0，0，

0，0，0，0，0，0，0

32，

0，0，

PFD_MAIN_PLANE,

0,

0,0,0,

}

CCLientdc(this);

intpixelFormat=ChoosePixelFormat(dc.m_hDC,＆pfd);

BOOLsuccess=SetPixelFormat(dc.m_hDC,pixelFormat,＆pfd);

m_hRC=wglCreateContext(dc.m_hDC);

選擇WM_DESTORY消息，在OnDestory()中添加以下代碼：

wglDeleteContext(m_hRC);

在MyTestView.cpp中，將以下代碼添加到PreCreateWindows()函數中：

cs.style|=WS_CLIPCHILDREN|WS_CLIPSIBLINGS；

OpenGL只對WS_CLIPCHILDREN|WS_CLIPSIBLINGS類型窗口有效；

在MyTestView.cpp中，將以下代碼添加到OnDraw()函數中：

wglMakeCurrent(pDC－>m_hDC,m_hRC);

DrawScene();／／用戶自定義函數，用于繪制三維場景；

wglMakeCurrent(pDC－>m_hDC,NULL);

在MyTestView.cpp中，添加成員函數DrawScene()：

voidCMyTestView::DrawScene()

{／＊繪制三維場景＊／}

(4)在MyTestView.h中包含以下頭文件并添加類成員說明：

＃include

＃include

＃include

在CTestView類中的protected：段中添加成員變量聲明：

HGLRCm_hRC;

同時添加成員函數聲明：

DrawScene();

這樣，一個基于OpenGL標準的程序框架已經構造好，用

戶只需在DrawScene()函數中添加程序代碼即可。

建立三維實體模型

三維實體建模是整個圖形學的基礎，要生成高逼真

度的圖像，首先要生成高質量的三維實體模型。

OpenGL中提供了十幾個生成三維實體模型的輔助庫函

數，這些函數均以aux作為函數名的前綴。簡單的模型，如球

體、立方體、圓柱等可以使用這些輔助函數來實現，如

auxWireSphere(GLdoubleradius)(繪制一半徑為radius的網狀球體)。

但是這些函數難以滿足建立復雜三維實體的需要，所以用

戶可以通過其它建模工具(如3DS等)來輔助建立三維實體模

型數據庫。筆者在三維實體的建模過程中采用3DS提供的2D

Shape、3DLofter和3DEditor進行模型的編輯，最后通過將模型數

據以DXF文件格式輸出存儲供應用程序使用。

真實感圖形的繪制

1.定義光照模型和材質

(1)光源。OpenGL提供了一系列建立光照模型的庫函

數，使用戶可以十分方便地在三維場景中建立所需的光照

模型。OpenGL中的光照模型由環境光(AmbientLight)、漫射光

(DiffuseLight)、鏡面反射光(SpecularLight)等組成，同時還可設

置光線衰減因子來模擬真實的光源效果。

例如，定義一個黃色光源如下：

GlfloatLight_position[]={1.0,1.0,1.0,0.0,};

GlfloatLight_diffuse[]={1.0,1.0,0.0,1.0,};

glLightfv(GL_LIGHT0,GL_POSTTION,light_position);／／定義光源位置

glLightfv(GL_LIGHT0,GL_DIFFUSE,light_diffuse);／／定義光源漫射光

光源必須經過啟動后才會影響三維場景中的實體，可以通過以下指令使光源有效：<

glEnable(LIGHTING);／／啟動光照模型；

glEnable(GL_LIGHT0);／／使光源GL_LIGHT0有效；

OpenGL中一共可以定義GL_LIGHT0～GL_LIGHT7八個光源。

(2)材質。OpenGL中的材質是指構成三維實體的材料在

光照模型中對于紅、綠、藍三原色的反射率。與光源的定義

類似，材質的定義分為環境、漫射、鏡面反射成分，另外還

有鏡面高光指數、輻射成分等。通過對三維實體的材質定義

可以大大提高應用程序所繪制的三維場景的逼真程度。例

如：

／＊設置材質的反射成分＊／

GLfloatmat_ambient[]={0.8,0.8,0.8,1.0}；

GLfloatmat_diffuse[]={0.8,0.0,0.8,1.0};／＊紫色＊／

GLfloatmat_specular[]={1.0,0.0,1.0,1.0};／＊鏡面高光亮紫色＊／

GLfloatmat_shiness[]={100.0};／＊高光指數＊／

glMaterialfv(GL_FRONT,GL_AMBIENT,mat_ambient);／＊定義環境光反射率＊／

glMaterialfv(GL_FRONT,GL_DIFFUSE,mat_diffuse);／＊定義漫射光反射率＊／

glMaterialfv(GL_FRONT,GL_SPECULAR,mat_specular);／＊定義鏡面光反射率＊／

glMaterialfv(GL_FRONT,GL_SHINESS,mat_shiness);／＊定義高光指數＊／

(3)材質RGB值與光源RGB值的關系。OpenGL中材質的顏色

與光照模型中光源的顏色含義略有不同。對于光源，R、G、B

值表示三原色在光源中所占有的比率；而對于材質定義，R、

G、B的值表示具有這種材質屬性的物體對于三原色的反射

比率，場景中物體所呈現的顏色與光照模型、材質定義都相

關。例如，若定義的光源顏色是(Lr,Lg,Lb)=(1.0,1.0,1.0)(白光)，

物體的材質顏色定義為(Mr,Mg,Mb)=(0.0,0.0,0.8)，則最終到達人

眼的物體顏色應當是(Lr＊Mr,Lg＊Mg,Lb＊Mb)=(0.0,0.0,0.8)(藍色)。

2.讀取三維模型數據

為了繪制三維實體，我們首先必須將預先生成的三

維實體模型從三維實體模型庫中讀出。下圖描述了讀取三

維實體模型的流程。

3.三維實體繪制

由于3DS的DXF文件中對于三維實體的描述是采用三角

形面片逼近的方法，而在OpenGL函數庫中，提供了繪制三角形

面片的方法，所以為三維實體的繪制提供了方便。以下提供

了繪制三角形面片的方法：

glBegin(TRANGLES);／／定義三角形繪制開始

glVertexf((GLfloat)x1,(GLfloat)y1,(GLfloat)z1);／／第一個頂點

glVertexf((GLfloat)x2,(GLfloat)y2,(GLfloat)z2);／／第二個頂點

glVertexf((GLfloat)x3,(GLfloat)y3,(GLfloat)z3);／／第三個頂點

glEnd();／／繪制結束

為了提高三維實時動畫的顯示速度，我們利用了

OpenGL庫中的顯示列表(DisplayList)的功能，將三維場景中的實

體分別定義為單獨的顯示列表，預先生成三維實體。在圖形

顯示時，只需調用所需的顯示列表即可顯示相應的三維實

體，而不需要重新計算實體在場景中的坐標，避免了大量的

浮點運算。在調用顯示列表前所作的旋轉、平移、光照、材

質的設定都將影響顯示列表中的三維實體的顯示效果。具

體實現算法如下：

for(ObjectNo=0;ObjectNo<實體個數;ObjectNo＋＋)

{

glNewList(ObjectNo,GL_COMPILE);／／創建第ObjectNo個實體的顯示列表

for(Fac