openGL學習(基本窗口)

學習路線?

學習 OpenGL 需要掌握一系列基礎知識和技能，這些內容涵蓋了計算機圖形學的基本概念、編程語言、數學知識以及 OpenGL 的具體 API 使用。以下是學習 OpenGL 所需的主要知識點：

1.?計算機圖形學基礎

  • 圖形學概念：了解圖形學的基本概念，如像素、分辨率、顏色模型（RGB、RGBA）、光柵化、光柵圖形等。

  • 圖形管線：理解圖形渲染管線的工作原理，包括頂點處理、光柵化、片段處理等階段。

  • 圖形對象：熟悉常見的圖形對象，如點、線、多邊形、紋理、光照等。

2.?數學基礎

  • 線性代數：

    • 向量：向量的基本運算（加法、減法、點積、叉積）。

    • 矩陣：矩陣的基本運算（乘法、逆矩陣、轉置）。

    • 變換：平移、旋轉、縮放等變換的矩陣表示。

  • 幾何知識：

    • 坐標系：理解世界坐標系、物體坐標系、視圖坐標系、屏幕坐標系等。

    • 投影：正交投影和透視投影的概念及實現。

  • 光柵化算法：

    • 直線繪制算法：如 Bresenham 算法。

    • 多邊形填充算法：如掃描線填充算法。

3.?編程語言

  • C/C++：OpenGL 主要使用 C/C++ 進行編程，因此需要熟練掌握 C/C++ 的基本語法和編程技巧。

  • GLSL（OpenGL Shading Language）：用于編寫著色器程序，包括頂點著色器、片段著色器等。

4.?OpenGL API

  • OpenGL 基礎：

    • 初始化：創建窗口、初始化 OpenGL 上下文（可以使用 GLFW 等庫）。

    • 狀態管理：了解 OpenGL 的狀態機模型，如何設置和查詢狀態。

    • 緩沖區對象：如頂點緩沖區對象（VBO）、頂點數組對象（VAO）、幀緩沖區對象（FBO）等。

  • 著色器編程：

    • 著色器類型：頂點著色器、片段著色器、幾何著色器等。

    • 著色器程序：編寫、編譯、鏈接著色器程序。

    • 變量傳遞：如何將數據從 CPU 傳遞到 GPU（如 uniform 變量、attribute 變量）。

  • 渲染技術：

    • 基本渲染：繪制點、線、三角形等基本圖形。

    • 紋理映射：加載和應用紋理，理解紋理坐標、紋理過濾、紋理環繞等概念。

    • 光照：理解光照模型（如 Phong 照明模型），實現平行光、點光源、環境光等。

    • 陰影：實現陰影映射等高級光照效果。

  • 高級技術：

    • 曲面細分：使用曲面細分著色器生成更平滑的曲面。

    • 計算著色器：用于通用計算任務。

    • 多視口渲染：在多個視口同時渲染不同的場景。

    • 后處理效果：如模糊、HDR、抗鋸齒等。

5.?輔助工具和庫

  • GLFW：用于創建窗口和處理輸入。

  • GLAD：用于加載 OpenGL 函數指針。

  • GLM（OpenGL Mathematics）：用于處理數學運算，如向量和矩陣運算。

  • FreeGLUT：用于創建窗口和處理輸入（與 GLFW 類似）。

  • Assimp：用于加載 3D 模型文件。

  • SOIL：用于加載紋理文件。

6.?調試和優化

  • 調試工具：使用調試工具（如 RenderDoc、gDEBugger）來調試 OpenGL 程序。

  • 性能優化：了解常見的性能瓶頸（如 CPU/GPU 瓶頸、內存帶寬瓶頸）和優化方法。

7.?實踐項目

  • 小型項目：從簡單的項目開始，如繪制一個旋轉的立方體。

  • 復雜項目：逐步實現更復雜的場景，如加載 3D 模型、實現簡單的游戲引擎等。

學習資源推薦

  • 書籍：

    • 《OpenGL SuperBible》：適合初學者和進階學習者。

    • 《OpenGL Programming Guide》（紅寶書）：經典教材。

  • 在線教程：

    • LearnOpenGL：非常詳細的 OpenGL 教程，適合初學者。

    • OpenGL Tutorial：包含豐富的示例和代碼。

  • 視頻教程：

    • YouTube 上有許多 OpenGL 教程，如 The Cherno 的 OpenGL 系列。

初試OpenGL

1.首先需要編譯glfw-3.4的動態庫，和glad庫，使用vs2021進行程序編寫。

#include <iostream>
//#include "thrirdParty/include/GLFW/glfw3.h"
#include "glad/glad.h"   //需要先引用glad的頭文件。
#include "GLFW/glfw3.h"using namespace std;
/*
* 創建glfw的窗體系統
*/
int main(int argc,char**argv)
{cout << "===================================" << endl;//1. 初始化GLFW基本環境glfwInit();glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 4);glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 6);//啟用核心模式（非立即渲染模式）glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);// 2. 創建窗體對象GLFWwindow* win = glfwCreateWindow(800, 600, "OpenGlStudy", NULL, NULL);//設置窗體對象為Opengl的繪制舞臺glfwMakeContextCurrent(win);// // 3. 執行窗體循環// while (!glfwWindowShouldClose(win)){//接受并且分發窗體消息//檢查消息隊列是否有需要處理的鼠標，鍵盤等信息//如果有的話就將消息批量處理，清空隊列。glfwPollEvents();}// 4. 退出程序前做相關清理glfwTerminate();cout << "===================================" << endl;return 0;
}

?CMakeLists.txt

cmake_minimum_required(VERSION 3.12)project(OpenGL_Lecture)set(CMAKE_CXX_STANDARD 11)include_directories(SYSTEM ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/thrirdParty/include
)
link_directories(SYSTEM ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/thrirdParty/lib)
add_executable(openglStudy "main.cpp" "glad.c")target_link_libraries(openglStudy glfw3.lib)

?事件響應

#include <iostream>
//#include "thrirdParty/include/GLFW/glfw3.h"
#include "glad/glad.h"   //需要先引用glad的頭文件。
#include "GLFW/glfw3.h"using namespace std;
/*
* 創建glfw的窗體系統
* 加入窗體變化的事件回調
*/void frameBufferSizeCallback(GLFWwindow* win, int width, int height)
{std::cout << "窗體的最新大小為：" << width << "高度為：" << height << std::endl;}void keyCallback(GLFWwindow* window, int key, int scancode, int action, int mods){// key 字母按鍵碼 // scancode 物理按鍵碼		 // action：0抬起1按下2長按// mods：是否有shift（1）或ctrl（2） cout << "key = " << key << " scancode = " << scancode << " action = " << action << " mods = " << mods << endl;if (key == GLFW_KEY_W){//按下了w}else if (action == GLFW_PRESS){//按下了}else if (action == GLFW_RELEASE){//抬起}}int main(int argc,char**argv)
{cout << "===================================" << endl;//1. 初始化GLFW基本環境glfwInit();glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 4);glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 6);//啟用核心模式（非立即渲染模式）glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);// 2. 創建窗體對象GLFWwindow* win = glfwCreateWindow(800, 600, "OpenGlStudy", NULL, NULL);//設置窗體對象為Opengl的繪制舞臺glfwMakeContextCurrent(win);//設置監聽幀緩沖窗口大小回調函數。glfwSetFramebufferSizeCallback(win, frameBufferSizeCallback);glfwSetKeyCallback(win, keyCallback);// // 3. 執行窗體循環// while (!glfwWindowShouldClose(win)){//接受并且分發窗體消息//檢查消息隊列是否有需要處理的鼠標，鍵盤等信息//如果有的話就將消息批量處理，清空隊列。glfwPollEvents();}// 4. 退出程序前做相關清理glfwTerminate();cout << "===================================" << endl;return 0;
}

函數加載

Opengl運行環境是一個巨大的狀態機，每一個函數都會改變狀態機的狀態或者觸發其執行某個行為。

OpenGL采用雙緩沖機制 ，利用兩個緩沖區進行交替展示。

#include <iostream>
//#include "thrirdParty/include/GLFW/glfw3.h"
#include "glad/glad.h"   //需要先引用glad的頭文件。
#include "GLFW/glfw3.h"using namespace std;
/*
* 創建glfw的窗體系統
* 加入窗體變化的事件回調
*/void frameBufferSizeCallback(GLFWwindow* win, int width, int height)
{std::cout << "窗體的最新大小為：" << width << "高度為：" << height << std::endl;//更新窗體的大小glViewport(0, 0, width, height);}void keyCallback(GLFWwindow* window, int key, int scancode, int action, int mods){// key 字母按鍵碼 // scancode 物理按鍵碼		 // action：0抬起1按下2長按// mods：是否有shift（1）或ctrl（2） cout << "key = " << key << " scancode = " << scancode << " action = " << action << " mods = " << mods << endl;if (key == GLFW_KEY_W){//按下了w}else if (action == GLFW_PRESS){//按下了}else if (action == GLFW_RELEASE){//抬起}}int main(int argc,char**argv)
{cout << "===================================" << endl;//1. 初始化GLFW基本環境glfwInit();glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 4);glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 6);//啟用核心模式（非立即渲染模式）glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);// 2. 創建窗體對象GLFWwindow* win = glfwCreateWindow(800, 600, "OpenGlStudy", NULL, NULL);//設置窗體對象為Opengl的繪制舞臺glfwMakeContextCurrent(win);//設置監聽幀緩沖窗口大小回調函數。glfwSetFramebufferSizeCallback(win, frameBufferSizeCallback);glfwSetKeyCallback(win, keyCallback);// 使用glad加載所有當前版本的OpenGL函數,加載后才能使用if (!gladLoadGLLoader((GLADloadproc)glfwGetProcAddress) ) {cout << "Failed to initialize glad " << endl;}//設置OpenGL視口以及清理顏色glViewport(0,0,800,600);glClearColor(0.2f,0.3f,0.3f,1.0f);// 3. 執行窗體循環// while (!glfwWindowShouldClose(win)){//接受并且分發窗體消息glfwPollEvents();glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);//渲染操作// //切換雙緩沖glfwSwapBuffers(win);}// 4. 退出程序前做相關清理glfwTerminate();cout << "===================================" << endl;return 0;
}

OpenGL函數錯誤處理

main.cpp

#include <iostream>
//#include "thrirdParty/include/GLFW/glfw3.h"
#include "glad/glad.h"   //需要先引用glad的頭文件。
#include "GLFW/glfw3.h"
#include <assert.h>
#include "wrapper/checkerror.h"using namespace std;/*
* 創建glfw的窗體系統
* 加入窗體變化的事件回調
*/void frameBufferSizeCallback(GLFWwindow* win, int width, int height)
{std::cout << "窗體的最新大小為：" << width << "高度為：" << height << std::endl;//更新窗體的大小glViewport(0, 0, width, height);}void keyCallback(GLFWwindow* window, int key, int scancode, int action, int mods){// key 字母按鍵碼 // scancode 物理按鍵碼		 // action：0抬起1按下2長按// mods：是否有shift（1）或ctrl（2） cout << "key = " << key << " scancode = " << scancode << " action = " << action << " mods = " << mods << endl;if (key == GLFW_KEY_W){//按下了w}else if (action == GLFW_PRESS){//按下了}else if (action == GLFW_RELEASE){//抬起}}int main(int argc,char**argv)
{cout << "===================================" << endl;//1. 初始化GLFW基本環境glfwInit();glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 4);glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 6);//啟用核心模式（非立即渲染模式）glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);// 2. 創建窗體對象GLFWwindow* win = glfwCreateWindow(800, 600, "OpenGlStudy", NULL, NULL);//設置窗體對象為Opengl的繪制舞臺glfwMakeContextCurrent(win);//設置監聽幀緩沖窗口大小回調函數。glfwSetFramebufferSizeCallback(win, frameBufferSizeCallback);glfwSetKeyCallback(win, keyCallback);// 使用glad加載所有當前版本的OpenGL函數,加載后才能使用if (!gladLoadGLLoader((GLADloadproc)glfwGetProcAddress) ) {cout << "Failed to initialize glad " << endl;}//設置OpenGL視口以及清理顏色glViewport(0,0,800,600);glClearColor(0.2f,0.3f,0.3f,1.0f);// 3. 執行窗體循環// while (!glfwWindowShouldClose(win)){//接受并且分發窗體消息glfwPollEvents();GL_CALL( glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT) );//glClear(-1);//設置錯誤顏色不會崩潰，會出現黑色//checkError();//GL_CALL(glClear(-1) ); //渲染操作// //切換雙緩沖glfwSwapBuffers(win);}// 4. 退出程序前做相關清理glfwTerminate();cout << "===================================" << endl;return 0;
}

wrapper/checkerror.cpp

頭文件checkerror.h就是void checkError();

#include "checkerror.h"
#include "glad/glad.h"
#include <string>
#include <iostream>
#include <assert.h>using namespace std;void checkError()
{GLenum errornum = glGetError();//cout << "errornum = " << errornum << endl; //錯誤碼1281 GL_INVALID_VALUEstd::string errorstr = "";if (errornum != GL_NO_ERROR){cout << "GL有錯誤" << endl;switch (errornum){case GL_INVALID_ENUM:errorstr = "無效的枚舉 GL_INVALID_ENUM"; break;case GL_INVALID_VALUE:errorstr = "無效的值 GL_INVALID_VALUE"; break;case GL_INVALID_OPERATION:errorstr = "無效的操作 GL_INVALID_OPERATION"; break;case GL_OUT_OF_MEMORY:errorstr = "無效的內存 GL_OUT_OF_MEMORY"; break;default:errorstr = "UNKNOWN";break;}cout << "errorstr = " << errorstr << endl;assert(false); //斷言根據bool決定是否停止程序。}
}

./CMakeLists.txt

cmake_minimum_required(VERSION 3.12)project(OpenGL_Lecture)set(CMAKE_CXX_STANDARD 11)include_directories(SYSTEM ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/thrirdParty/include
)
link_directories(SYSTEM ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/thrirdParty/lib)add_subdirectory(wrapper)#在項目夾加入全局的預編譯宏
add_definitions(-DCHECK_ERROR)add_executable(openglStudy "main.cpp" "glad.c" )target_link_libraries(openglStudy glfw3.lib wrapper)

wrapper/CMakeLists.txt

#遞歸將本文件夾下的所有cpp放到WRAPPER中file(GLOB_RECURSE WRAPPER ./ *.cpp)#將所有cpp文件鏈接到這個wrapper lib庫中。 默認生成靜態庫，動態庫編譯不過去
add_library(wrapper    ${WRAPPER})

Application封裝

?application.cpp

#include "application.h"
#include "application.h"
#include "application.h"#include "glad/glad.h"   //需要先引用glad的頭文件。 用于加載 OpenGL 函數指針
#include "GLFW/glfw3.h" // 用于創建窗口和處理輸入。	Application* Application::m_app = nullptr;
Application* Application::getInst()
{if (m_app == nullptr){m_app = new Application();}return m_app;
}int Application::init(const int width, const int height)
{cout << "Application::init" << endl;m_Width = width;m_Height = height;//1. 初始化GLFW基本環境glfwInit();glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 4);glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 6);//啟用核心模式（非立即渲染模式）glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);// 2. 創建窗體對象m_Window = glfwCreateWindow(m_Width, m_Height, "OpenGlStudy", NULL, NULL);if (m_Window == NULL){return -1;}//設置窗體對象為Opengl的繪制舞臺glfwMakeContextCurrent(m_Window);// 使用glad加載所有當前版本的OpenGL函數,加載后才能使用if (!gladLoadGLLoader((GLADloadproc)glfwGetProcAddress)){cout << "Failed to initialize glad " << endl;return -1;}//GLFW監聽必須要使用static進行聲明。//窗口大小改變的事件glfwSetFramebufferSizeCallback(m_Window, frameBufferSizeCallback);//鍵盤的事件glfwSetKeyCallback(m_Window, keyCallback);//this就是全局Application對象glfwSetWindowUserPointer(m_Window, this);//將this暫時存在窗體中。return 0;
}int Application::update()
{if (glfwWindowShouldClose(m_Window)){return -1;}//接受并且分發窗體消息glfwPollEvents();//切換雙緩沖glfwSwapBuffers(m_Window);return 0;
}int Application::destroy()
{cout << "Application::destroy" << endl;// 4. 退出程序前做相關清理glfwTerminate();return 0;
}Application::Application()
{}void Application::frameBufferSizeCallback(GLFWwindow* win, int width, int height)
{//因為是靜態函數，所以不能調用全局唯一實例。// 靜態成員函數屬于類本身，而不是類的某個具體對象。//它不依賴于任何對象實例，因此不能訪問非靜態成員變量//（因為非靜態成員變量需要對象實例來存儲其值）。cout << "frameBufferSizeCallback " << endl;//m_resizeCallBack();// //面試題：如何在靜態成員函數中調用非靜態函數？//if(Application::getInst()->m_resizeCallBack != nullptr)//	Application::getInst()->m_resizeCallBack(width,height);Application* self  = (Application*) glfwGetWindowUserPointer(win);if(self->m_resizeCallBack != nullptr)self->m_resizeCallBack(width, height);}void Application::keyCallback(GLFWwindow* window, int key, int scancode, int action, int mods)
{cout << "keyCallback " << endl;Application* self = (Application*)glfwGetWindowUserPointer(window);if (self->m_keyCallBack != nullptr)self->m_keyCallBack(window, key,scancode,action,mods);}Application::~Application()
{}

application.h

#pragma once#include <iostream>#define app Application::getInst()class GLFWwindow; //提前聲明class,避免頭文件重復定義的問題.using resizeCallBack = void(*)(int width,int height);
using keyCallBack = void(*)(GLFWwindow* window,int key, int scancode, int action, int mods);using namespace std;//單例類實現class Application
{
public:~Application();static Application* getInst();void test() { cout << "test" << endl; };uint32_t getWidth() const { return m_Width; }; //const含義：不改變類中的成員uint32_t getHeight() const { return m_Height; };int init(const int width = 800, const int height = 500);int update();int destroy(); void setResizeCallBack(resizeCallBack call) { m_resizeCallBack = call; };void setkeyCallBack(keyCallBack call) { m_keyCallBack = call; };private:Application();static Application* m_app;uint32_t m_Width{ 0 }; //列表初始化uint32_t m_Height{ 0 };GLFWwindow* m_Window{ nullptr };resizeCallBack m_resizeCallBack{nullptr};keyCallBack m_keyCallBack{ nullptr };private:static void frameBufferSizeCallback(GLFWwindow*win,int width,int height);static void keyCallback(GLFWwindow* window, int key, int scancode, int action, int mods);};

main.cpp

#include <iostream>
//#include "thrirdParty/include/GLFW/glfw3.h" 
#include "glad/glad.h"   //需要先引用glad的頭文件。 用于加載 OpenGL 函數指針
#include "GLFW/glfw3.h" // 用于創建窗口和處理輸入。	
#include <assert.h>
#include "wrapper/checkerror.h"
#include "application/application.h"using namespace std;/*
* 創建glfw的窗體系統
* 加入窗體變化的事件回調
*/void onResize(int width,int height)
{GL_CALL(glViewport(0, 0, width, height));cout << "onResize " << endl;
}void frameBufferSizeCallback(GLFWwindow* win, int width, int height)
{std::cout << "窗體的最新大小為：" << width << "高度為：" << height << std::endl;//更新窗體的大小glViewport(0, 0, width, height);}void keyCallback(GLFWwindow* window, int key, int scancode, int action, int mods){// key 字母按鍵碼 // scancode 物理按鍵碼		 // action：0抬起1按下2長按// mods：是否有shift（1）或ctrl（2） cout << "key = " << key << " scancode = " << scancode << " action = " << action << " mods = " << mods << endl;if (key == GLFW_KEY_W){//按下了w}else if (action == GLFW_PRESS){//按下了}else if (action == GLFW_RELEASE){//抬起}}int main(int argc,char**argv)
{cout << "===================================" << endl;if (app->init(800,600) == -1){return -1;}//設置監聽幀緩沖窗口大小回調函數。//glfwSetFramebufferSizeCallback(win, frameBufferSizeCallback);//glfwSetKeyCallback(win, keyCallback);app->setResizeCallBack(onResize);app->setkeyCallBack(keyCallback);//設置OpenGL視口以及清理顏色glViewport(0,0,800,600);glClearColor(0.2f,0.3f,0.3f,1.0f);// 3. 執行窗體循環// while (app->update() == 0 ){GL_CALL( glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT) );//渲染操作}// 4. 退出程序前做相關清理app->destroy();cout << "===================================" << endl;return 0;
}

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一、背景介紹&#xff1a;驗證碼接口中的潛在 DoS 漏洞 在滲透測試過程中&#xff0c;常見驗證碼接口支持傳入“驗證碼位數”參數&#xff0c;表面看是業務可配置&#xff0c;實則若未做上限控制&#xff0c;極易成為資源消耗型 DoS 攻擊入口。 &#x1f9ea; 測試場景&#…
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Spring Cloud Feign 整合 Sentinel 實現服務降級與熔斷保護

Spring Cloud Feign 整合 Sentinel 實現服務降級與熔斷保護

Spring Cloud Feign 整合 Sentinel 實現服務降級與熔斷保護 在微服務架構中&#xff0c;服務之間的調用往往依賴 Feign&#xff0c;而服務調用的穩定性又至關重要。本文將介紹如何將 Feign 與 Sentinel 結合使用&#xff0c;實現服務的容錯保護&#xff08;如降級與熔斷&#…
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寵物醫院系統的設計與實現（springBoot版）

寵物醫院系統的設計與實現（springBoot版）

一、開題報告 一、本選題研究的意義和背景&#xff08;理論與現實意義&#xff09;&#xff1a; 背景&#xff1a;隨著人們生活水平的提高&#xff0c;寵物飼養愈發普遍&#xff0c;寵物醫院的需求也日益增長。掛號方式主要依賴現場掛號&#xff0c;導致寵物主人需要長時間排隊…
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SOCKSv5 協議通信的完整階段與報文格式詳解

SOCKSv5 協議通信的完整階段與報文格式詳解

SOCKSv5 協議的通信通常分為以下幾個主要階段&#xff1a; 方法協商階段 (Method Negotiation)方法依賴的子協商階段 (Method-Dependent Sub-negotiation) - 本例為用戶名/密碼認證請求發送階段 (Request Sending)請求回復階段 (Request Reply)數據傳輸階段 (Data Transfer) …
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??Git提交代碼Commit消息企業級規范

??Git提交代碼Commit消息企業級規范

??Git Commit 類型完整指南?? 類型用途示例??feat??新增功能&#xff08;面向用戶的功能性變更&#xff09;git commit -m "feat: 添加用戶登錄功能"??fix??修復 Bug&#xff08;解決代碼中的問題&#xff09;git commit -m "fix: 修復首頁加載崩潰…
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