Win 95/NT下OpenGL编程原理

核心提示：科学计算可视化，计算机动画和虚拟现实是现在计算机图形学的三个热点，Win 95/NT下OpenGL编程原理，而这三个热点的核心都是三维真实感图形的绘制，由于OpenGL（ OpenGraphicsLibrary）具有跨平台性、简便、高效、功能完善，工程文件中必须加入OpenGL.H、glu.h、glaux.h以及 Op

　　----科学计算可视化，计算机动画和虚拟现实是现在计算机图形学的三个热点。而这三个热点的核心都是三维真实感图形的绘制。由于OpenGL（

OpenGraphicsLibrary）具有跨平台性、简便、高效、功能完善，目前已经成为了三维图形制作方法中事实上的工业标准。自从WindowsNT3.51在微

机平台上支持OpenGL以后，现在微软公司在Windows95OSR2、WindowsNT4.0中连续性的提供OpenGL开发环境。VisualC++从4.2版本以后已经完全支持

OpenGL　API，使三维世界的"平民化"已成为必然。

----Windows操作系统对OpenGL的支持

----具有Windows编程经验的人都知道，在Windows下用GDI作图必须通过设备上下文（DeviceContext简写DC）调用相应的函数；用OpenGL作图也是

类似，OpenGL函数是通过"渲染上下文"（RenderingContext简写RC）完成三维图形的绘制。Windows下的窗口和设备上下文支持"位图格式"（

PIXELFORMAT）属性，和RC有着位图结构上的一致。只要在创建RC时与一个DC建立联系（RC也只能通过已经建立了位图格式的DC来创建），OpenGL的

函数就可以通过RC对应的DC画到相应的显示设备上。这里还有以下需要注重的方面：

----1.一个线程只能拥有一个渲染上下文（RC），也就是说，用户假如在一个线程内对不同设备作图，只能通过更换与RC对应的DC来完成，而RC在

线程中保持不变。（当然，删除旧的RC后再创建新的是可以的）与此对应，一个RC也只能属于一个线程，不能被不同线程同时共享。

----2.设定DC位图格式等于设定了相应的窗口的位图格式，并且DC和窗口的位图格式一旦确定就不能再改变。这一点只能期望以后的Windows版本改

进了。

----3.一个RC虽然可以更换DC，在任何时刻只能利用一个DC（这个DC称为RC的当前DC），但由于一个窗口可以让多个DC作图从而可以让多个线程利

用多个RC在该窗口上执行OpenGL操作。

----4.现在的Windows下的OpenGL版本对OpenGL和GDI在同一个DC上作图有一定的限制。当使用双缓存用OpenGL产生动画时，不能使用GDI函数向该DC

作图。

----5.不建议用ANSIC在Windows下编写OpenGL程序。这样的程序虽然具有跨平台的可移植性（比如很多SＧI的例子程序），但是它们不能利用

Windows操作系统的很多特性，实用价值不大。

----用VC来编写OpenGL程序

----经过上面的分析，用VC来调用OpenGL作图的方法就很显然了。步骤如下：

----1.先设置显示设备DC的位图格式（PIXELFORMAT）属性。这通过填充一个PIXELFORMATDESCRipTOR的结构来完成（关于PIXELFORMATDESCRIPTOR中

各项数据的意义，请参照VC的帮助信息），该结构决定了OpenGL作图的物理设备的属性，比如该结构中的数据项dwFlags中PFD_DOUBLEBUFFER位假如

没有设置（置1），通过该设备的DC上作图的OpenGL命令就不可能使用双缓冲来做动画。有一些位图格式（PIXELFORMAT）是DC支持的，而有一些DC

就不支持了。所以程序必须先用ChoosePixelFormat来选择DC所支持的与指定位图格式最接近的位图格式，然后用SetPixelFormat设置DC的位图格式

。

----2.利用刚才的设备DC建立渲染上下文RC（wglCreateContext），使得RC与DC建立联系（wglMakeCurrent）。

----3.调用OpenGL函数作图。由于线程与RC一一对应，OpenGL函数的参数中都不指明本线程RC的句柄（handle）

----4.作图完毕以后，先通过置当前线程的RC为NULL（::wglMakeCurrent(NULL,NULL);），断开当前线程和该渲染上下文的联系，由此断开与DC的

联系。此时RC句柄的有效性在微软自己的文档中也没有讲清楚，所以在后面删除RC的时候要先判定以下RC句柄的有效性（

if(m_hrc)::wglDeleteContext(m_hrc);）。再根据情况释放（ReleaseDC）或者删除（DeleteDC）DC

----所附程序说明

----所附的程序用ＭＦC完成了一个简单的OpenGL作图，用OpenGL的辅助库画了一个有光照的实心圆球。OpenGL本身的函数这里就不解释了，仅对用

MFC编OpenGL时需要注重的内容做一个简要的说明：

----1.一旦设定了一个DC的位图格式，该DC所联系的窗口的位图格式随之设定。该窗口若含有子窗口或者有兄弟窗口，这些兄弟/子窗口的位图格式

没有设成与对应RC一致的格式，OpenGL在它们上面作图就轻易出错。故而OpenGL作图的窗口必须具有WS_CLIPCHILDREN和WS_CLIPSIBLINGS风格，程

序中在主框窗的构造函数中用LoadFrame(IDR_MAINFRAME,WS_OVERLAPPEDWINDOWWS_CLIPCHILDRENWS_CLIPSIBLINGS,NULL,NULL);指定了主窗口的风

格。

----2.在ANSIC的OpenGL编程中，由auxReshapeFunc定义设置OpenGL视口大小和作图尺寸的回调函数。在MFC中应该由WM_SIZ消息的处理函数来完成

。在ANSIC的OpenGL编程中，由EauxMainLoop定义作图的回调函数。在MFC中应该由WM_PAINT消息的处理函数来处理。相应的，由OpenGL定义的键盘

、鼠标处理函数都应该由相应的Windows处理函数来响应。

----3.OpenGL自己有刷新背景的函数glClear，故而应禁止Windows刷新窗口背景。否则，当窗口需要重画时，Windows会自动先发送WM_ERASEBKGND

，而缺省的处理函数使用白色的背景刷。当OpenGL使用的背景颜色不是白色时，作图时有一帧白色的闪烁。这种现象在做动画时非凡明显。程序中

只需要在WM_ERASEBKGND的消息处理函数中禁止父窗口类的消息处理，简单的返回一个TRUE即可。

----4.由于OpenGL的跨平台性，它必须用操作系统的调色板。所以假如GL_INDEX_MODE作图时，必须用VC自己定义调色板。不过一般情况下，用

GL_RGBA_MODE模式比较方便，很少用到GL_INDEX_MODE模式。

----5.在OpenGL作图期间，RC对应的DC不能删除或者释放。

----6.由于OpenGL作图时需要长时间占用DC，所以最好把作图窗口类设成CS_OWNDC。MFC缺省的窗口类风格中没有设这一属性，程序中在主窗口C++

类的PReCreateWindow方法中自己注册了一个窗口类，除了设定了CS_OWNDC属性以外，还设定了CS_HREDRAW、CS_VREDRAW和CS_SAVEBITS。设定

CS_HREDRAW、CS_VREDRAW是为了让窗口缩放时产生WM_PAINT消息，修正OpenGL视口和作图尺寸；由于OpenGL作图需要很多计算，设定CS_SAVEBITS是

为了在OpenGL窗口被遮盖后显现出来时，不产生WM_PAINT消息，用内存存储的图象来填充，从而用空间消耗换取计算时间。

----7.本程序中没有对OpenGL函数的出错情况作出处理。OpenGL出错后返回错误码，不会抛出异常；而且在某一个函数出错以后，后继函数也一般

不会出现异常，只是返回错误码，一不小心就可能忽略某些错误。而对每一个OpenGL函数都做出错与否的判定比较麻烦，所以编程序时对OpenGL的

函数应当非常小心。

----参考书籍：

----《OpenGLProgrammer'sGuide》SGIinc.

----《OpenGL三维图形程序设计》廖朵朵、张华军著，星球地图出版社

----《VisualC++5.0联机帮助》

----附程序：

----程序运行时必须确定OpenGL32.dll、glu.dll、glaux.dll在Windows的System目录下。假如找不到这些文件，可以从Windows95OSR2的机器上面

将这些文件拷贝过来即可。OpenGL运行不需要注册库信息。在VC的STUDIO中运行程序时，工程文件中必须加入OpenGL.H、glu.h、glaux.h以及

OpenGL.lib、glu.lib、glaux.lib，这些文件由VC自带。

----主窗口类定义（OpenGLWnd.h）：

s#if !defined(AFX_OPENGLWND_H__3FB1AB28_0E70
_11D2_9ACA_48543300E17D__INCLUDED_)
#define AFX_OPENGLWND_H__3FB1AB28_0E70_11D2
_9ACA_48543300E17D__INCLUDED_

#if _MSC_VER >= 1000
#pragma once
#endif // _MSC_VER >= 1000

#include < afxwin.h >
#include "SimpleGLApp.h"
#include "resource.h"
// OpenGLWnd.h : header file
//
///////////////////////////////////////
//////////////////////////////////////
// COpenGLWnd frame

class COpenGLWnd : public CFrameWnd
{
DECLARE_DYNCREATE(COpenGLWnd)
public:
COpenGLWnd();
// protected constrUCtor used by dynamic creation
protected:
HGLRC m_hrc;
CClientDC *m_pDC;
// Attributes
public:

// Operations
public:

// Overrides
// ClassWizard generated virtual function overrides
//{{AFX_VIRTUAL(COpenGLWnd)
protected:
virtual BOOL PreCreateWindow(CREATESTRUCT& cs);
//}}AFX_VIRTUAL

// Implementation
public:
virtual ~COpenGLWnd();

// Generated message map functions
//{{AFX_MSG(COpenGLWnd)
afx_msg int OnCreate(LPCREATESTRUCT lpCreateStruct);
afx_msg void OnSize(UINT nType, int cx, int cy);
afx_msg void OnDestroy();
afx_msg BOOL OnEraseBkgnd(CDC* pDC);
afx_msg void OnPaint();
//}}AFX_MSG
DECLARE_MESSAGE_MAP()
};

///////////////////////////////////////
//////////////////////////////////////

//{{AFX_INSERT_LOCATION}}
// Microsoft Developer Studio will insert
additional declarations immediately before the previous line.

#endif // !defined(AFX_OPENGLWND_H__3FB1AB28_
0E70_11D2_9ACA_48543300E17D__INCLUDED_)
主窗口类的实现（OpenGLWnd.cpp）：
// OpenGLWnd.cpp : implementation file
//

#include "stdafx.h"
#include "OpenGLWnd.h"
#include "SimpleGLApp.h"
#include "gl\glu.h"
#include "gl\gl.h"
#include "gl\glaux.h"

#ifdef _DEBUG
#define new DEBUG_NEW
#undef THIS_FILE
static char THIS_FILE[] = __FILE__;
#endif

///////////////////////////////////////
//////////////////////////////////////
// COpenGLWnd

IMPLEMENT_DYNCREATE(COpenGLWnd, CFrameWnd)

COpenGLWnd::COpenGLWnd()
{
m_pDC = NULL;
m_hrc = 0;
LoadFrame(IDR_MAINFRAME,WS_OVERLAPPEDWINDOW
WS_CLIPCHILDREN WS_CLIPSIBLINGS
,NULL,NULL );
}

COpenGLWnd::~COpenGLWnd()
{
}


BEGIN_MESSAGE_MAP(COpenGLWnd, CFrameWnd)
//{{AFX_MSG_MAP(COpenGLWnd)
ON_WM_CREATE()
ON_WM_SIZE()
ON_WM_DESTROY()
ON_WM_ERASEBKGND()
ON_WM_PAINT()
//}}AFX_MSG_MAP
END_MESSAGE_MAP()



BOOL COpenGLWnd::PreCreateWindow(CREATESTRUCT& cs)
{
// TODO: Add your specialized
code here and/or call the base class
cs.lpszClass = AfxRegisterWndClass( CS_DBLCLKS
CS_HREDRAW
CS_VREDRAW
CS_SAVEBITS
CS_NOCLOSE
CS_OWNDC
,AfxGetApp( )-
> LoadStandardCursor(IDC_ARROW), 0 ,
AfxGetApp( )- >LoadStandardIcon(IDI_application));
return CFrameWnd::PreCreateWindow(cs);
}


int COpenGLWnd::OnCreate(LPCREATESTRUCT lpCreateStruct)
{
if (CFrameWnd::OnCreate(lpCreateStruct) == -1)
return -1;

int pixelformat;

m_pDC = new CClientDC(this);//在客户区作图
ASSERT(m_pDC != NULL);

static PIXELFORMATDESCRIPTOR pfd =
{
sizeof(PIXELFORMATDESCRIPTOR), //固定值
1, //固定值
PFD_DRAW_TO_WINDOW // support window
PFD_SUPPORT_OPENGL // support OpenGL
PFD_TYPE_RGBA, // RGBA模式，不用调色板
16, //程序在16位色彩下运行
0, 0, 0, 0, 0, 0, // color bits ignored
0, // no alpha buffer
0, // shift bit ignored
0, // no accumulation buffer
0, 0, 0, 0, // accum bits ignored
32, // 32-bit z-buffer
0, // no stencil buffer
0, // no auxiliary buffer
PFD_MAIN_PLANE, // main layer
0, // reserved
0, 0, 0 // layer masks ignored
};


if ( (pixelformat = ChoosePixelFormat
(m_pDC- >GetSafeHdc(), &pfd)) == 0 )
{
MessageBox("在该DC上找不到与PFD接近的位图结构");
return -1;
}

if (SetPixelFormat(m_pDC- >
GetSafeHdc(), pixelformat, &pfd) == FALSE)
{
MessageBox("无法在该DC上设置位图结构");
return -1;
}
m_hrc = wglCreateContext(m_pDC- >GetSafeHdc());
wglMakeCurrent(m_pDC- >GetSafeHdc(), m_hrc);

glClearDepth(1.0f);
glEnable(GL_DEPTH_TEST);


glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);

return 0;//OpenGL窗口构造成功
}

void COpenGLWnd::OnSize(UINT nType, int cx, int cy)
{
CFrameWnd::OnSize(nType, cx, cy);

// TODO: Add your message handler code here
if(cy > 0)
{
glViewport(0, 0, cx, cy);
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
if (cx < = cy)
glOrtho(-3.0,3.0,-3.0 * (GLfloat)cx/(GLfloat)cy,
3.0 * (GLfloat)cx/(GLfloat)cy,-3.0,3.0);
else
glOrtho(-3.0,3.0,-3.0 * (GLfloat)cy/(GLfloat)cx,
3.0 * (GLfloat)cy/(GLfloat)cx,-3.0,3.0);
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
}
}

void COpenGLWnd::OnDestroy()
{

CFrameWnd::OnDestroy();
::wglMakeCurrent(NULL, NULL);
if (m_hrc)
::wglDeleteContext(m_hrc);
if (m_pDC)
delete m_pDC;
// TODO: Add your message handler code here
}

BOOL COpenGLWnd::OnEraseBkgnd(CDC* pDC)
{
// TODO: Add your message
handler code here and/or call default
return TRUE;
//return CFrameWnd::OnEraseBkgnd(pDC);
}

void COpenGLWnd::OnPaint()
{
CPaintDC dc(this); // device context for painting

GLfloat light_position[]={2.0f,0.0f,4.0f,0.0f};

// TODO: Add your message handler code here

glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

glPushMatrix();

glTranslatef(0.0f, 0.0f, -2.0f);
glLightfv(GL_LIGHT0,GL_POSITION,light_position);
glEnable(GL_LIGHTING);
glEnable(GL_LIGHT0);
glDepthFunc(GL_LESS);
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
auxSolidSphere(1.0);

glPopMatrix();

glFinish();

// Do not call CFrameWnd::OnPaint() for painting messages
}
应用程序类的定义（SimpleGLApp.h）：
#if !defined(AFX_SIMPLEGLAPP_H__3FB1AB29
_0E70_11D2_9ACA_48543300E17D__INCLUDED_)
#define AFX_SIMPLEGLAPP_H__3FB1AB29_0E70
_11D2_9ACA_48543300E17D__INCLUDED_

#if _MSC_VER >= 1000
#pragma once
#endif // _MSC_VER >= 1000
// SimpleGLApp.h : header file
//
#include < afxwin.h >
#include "OpenGLWnd.h"
#include "resource.h"

///////////////////////////////////////
//////////////////////////////////////
// CSimpleGLApp thread

class CSimpleGLApp : public CWinApp
{
DECLARE_DYNCREATE(CSimpleGLApp)
public:
CSimpleGLApp();
// protected constructor used by dynamic creation

// Attributes
public:

// Operations
public:

// Overrides
// ClassWizard generated virtual function overrides
//{{AFX_VIRTUAL(CSimpleGLApp)
public:
virtual BOOL InitInstance();
virtual int ExitInstance();
//}}AFX_VIRTUAL

// Implementation
public:
virtual ~CSimpleGLApp();

// Generated message map functions
//{{AFX_MSG(CSimpleGLApp)
afx_msg void OnAppExit();
//}}AFX_MSG

DECLARE_MESSAGE_MAP()
};

///////////////////////////////////////
//////////////////////////////////////

//{{AFX_INSERT_LOCATION}}
// Microsoft Developer Studio will insert
additional declarations
immediately before the previous line.

#endif // !defined(AFX_SIMPLEGLAPP_H__3FB1AB29_
0E70_11D2_9ACA_48543300E17D__INCLUDED_)
应用程序类的实现（SimpleGLApp.cpp）：
// SimpleGLApp.cpp : implementation file
//

#include "stdafx.h"
#include "SimpleGLApp.h"
#include "OpenGLWnd.h"

#ifdef _DEBUG
#define new DEBUG_NEW
#undef THIS_FILE
static char THIS_FILE[] = __FILE__;
#endif

///////////////////////////////////////
//////////////////////////////////////
// CSimpleGLApp

IMPLEMENT_DYNCREATE(CSimpleGLApp, CWinApp)

CSimpleGLApp::CSimpleGLApp()
{
}

CSimpleGLApp::~CSimpleGLApp()
{
}

BOOL CSimpleGLApp::InitInstance()
{
// TODO: perform and per-thread initialization here
m_pMainWnd = new COpenGLWnd();
m_pMainWnd- >ShowWindow(m_nCmdShow);
m_pMainWnd- >UpdateWindow();
return TRUE;
}

int CSimpleGLApp::ExitInstance()
{
return CWinApp::ExitInstance();
}

BEGIN_MESSAGE_MAP(CSimpleGLApp, CWinApp)
//{{AFX_MSG_MAP(CSimpleGLApp)
ON_COMMAND(ID_APP_EXIT, OnAppExit)
//}}AFX_MSG_MAP
END_MESSAGE_MAP()

///////////////////////////////////////
//////////////////////////////////////
// CSimpleGLApp message handlers
void CSimpleGLApp::OnAppExit()
{
// TODO: Add your command handler code here
CWinApp::OnAppExit();
}

CSimpleGLApp SimpleGLApp;