3-1计算机图形学-OpenGL教程-1

第一讲基本概念..................................................................2

1.1、OpenGL的特点及功能..................................................2

1.2、OpenGL工作流程......................................................4

1.3、Windows中OpenGL库函数及数据类型..................................5

第二讲OpenGL中的二维编程....................................................10

2.1一个简单的示例程序.....................................................10

2.2GLUT........................................................................................................................11

2.3.时间循环和回调函数....................................................11

2.4.OpenGL中的颜色设置..................................................11

2.5.二维取景..............................................................14

2.6.视口设置..............................................................14

2.7.坐标系与变换..........................................................14

2.8.较完整的程序..........................................................14

2.9.基本图元的绘制........................................................14

291、基本图元的描述及定义............................................14

2.9.2、OpenGL中的颜色................................................16

2.9.3、点(Point).......................................................................................................20

295、多边形(Polygon)...........................................................................................22

296、法向量的计算及指定..............................................25

297、显示列表.........................................................26

2.9.8、文本............................................................31

2.9.9、查询与错误......................................................32

2.9.10,状态的保存.....................................................32

2.9.11,一个简单的例子.................................................32

第三讲.交互与动画...............................................................36

3.1、菜单..................................................................36

3.2、键盘的使用............................................................40

3.3、鼠标的使用............................................................43

3.4、子窗口与多窗口.......................................................43

3.5、拾取和选择模式.......................................................44

3.6、几个回调函数..........................................................44

3.7、双缓存................................................................44

第四讲三维编程基础............................................................44

第五讲坐标变换................................................................44

5.1>OpenGL中的三维物体的显示..........................................44

5.2>OpenGL中的几种变换................................................46

第六讲堆栈操作.................................................................53

第七讲？.......................................................................56

第八讲使用光照和材质..........................................................56

第九讲纹理映射.................................................................59

第十讲特殊效果操作............................................................63

第十一讲曲线和曲面............................................................71

11.1、曲线的绘制...........................................................72

11.2、曲面构造.............................................................75

11.3、图元逼近法绘制三维物体...............................................79

第十二讲绘制NURBS曲线和曲面................................................80

第十三讲二次几何体............................................................88

第十四讲像素操作..............................................................93

第十五讲动画制作..............................................................98

OpenGL教程

在这个系列讲座中介绍了有关OpenGL的基本知识，主要涉及颜色、绘制几何

体、坐标变换、堆栈操作、显示列表、光照和材质、纹理映射、特殊效果、曲面

和曲线的绘制、二次几何体绘制、像素操作、如何绘制动画物体及菜单管理。通

过对讲座中提供的实例的理解消化，读者可以较容易地进入OpenGL的世界。

第一讲基本概念

前言

随着计算机多媒体技术、可视化技术及图形学技术的发展，我们可以使用计

算机来精确地再现现实世界中的绚丽多彩的三维物体，并充分发挥自身的创造性

思维，通过人机交互来模拟、改造现实世界，这就是目前最为时髦的虚拟现实技

术。通过这种技术，建筑工程师可以直接设计出美观的楼房模型；军事指挥员可

以模拟战场进行军事推演，网民可以足不出户游览故宫博物馆等名胜古迹等。而

虚拟现实技术最重要的一部分内容就是三维图形编程。当前，三维图形编程工具

中最为突出的是SGI公司的OpenGL（OpenGraphicsLanguage,开放式的图

形语言），它已经成为一个工业标准的计算机三维图形软件开发接口，并广泛应

用于游戏开发、建筑、产品设计、医学、地球科学、流体力学等领域。值得一提

的是，虽然微软有自己的三维编程开发工具DirectX,但它也提供OpenGL图形

标准，因此，OpenGL可以在微机中广泛应用。

目前，OpenGL在国内外都掀起了热潮，但国内对这一领域介绍的资料并不

是很多，特别是有志于在图形图像方面进行深入研究的读者朋友，常常苦于不掌

握OpenGL编程接口技术，无法向纵深领域扩展。为了开启三维图形编程这扇

神秘大门，本讲座在结合OpenGL有关理论知识的基础上，着重介绍Visual

C++6.0开发环境中的编程实现，由于水平有限，本讲座可能无法面面俱到，存

在一些疏漏，但相信它可以将开启"神秘大门”的钥匙交给读者朋友们。

1.1、OpenGL的特点及功能

OpenGL是用于开发简捷的交互式二维和三维图形应用程序的最佳环境，任

何高性能的图形应用程序，从3D动画、CAD辅助设计到可视化访真，都可以

利用OpenGL高质量、高性能的特点。OpenGL自1992年出现以来，逐渐发展

完善，已成为一个唯一开放的，独立于应用平台的图形标准，一个典型的OpenGL

应用程序可以在任何平台上运行-只需要使用目标系统的OpenGL库重新编译

一下。

OpenGL非常接近硬件，是一个图形与硬件的接口，包括了100多个图形

函数用来建立三维模型和进行三维实时交互。OpenGL强有力的图形函数不要求

开发人员把三维物体模型的数据写成固定的数据格式，也不要求开发人员编写矩

阵变换、外部设备访问等函数，大大地简化了编写三维图形的程序。例如：

1)OpenGL提供一系列的三维图形单元(图元)供开发者调用。

2)OpenGL提供一系列的图形变换函数。

3)OpenGL提供一系列的外部设备访问函数，使开发者可以方便地访问鼠

标、键盘、空间球、数据手套等外部设备。

由于微软在Windows中包含了OpenGL,所以OpenGL可以与VisualC++

紧密接合，简单快捷地实现有关计算和图形算法,并保证算法的正确性和可靠性。

简单地说，OpenGL具有建模、变换、色彩处理、光线处理、纹理影射、图像处

理、动画及物体运动模糊等功能：

1、建模

OpenGL图形库除了提供基本的点、线、多边形的绘制函数外，还提供了复

杂的三维物体，如球、锥、多面体、茶壶以及复杂曲线和曲面(例如Bezier、

Nurbs等曲线或曲面)的绘制函数。

2、变换

OpenGL图形库的变换包括基本变换和投影变换。基本变换有平移、旋转、

变比、镜像四种变换，投影变换有平行投影(又称正射投影)和透视投影两种变

换。

3、颜色模式设置

OpenGL颜色模式有两种，即RGBA模式和颜色索引(ColorIndex)。

4、光照和材质设置

OpenGL光有辐射光(EmittedLight)、环境光(AmbientLight)>漫反射

光(DiffuseLight)和镜面光(SpecularLight)0材质是用光反射率来表示。客

观世界中的物体最终反映到人眼的颜色是光的红绿蓝分量与材质红绿蓝分量的

反射率相乘后形成的颜色。

5、纹理映射(TextureMapping)

利用OpenGL纹理映射功能可以十分逼真地表达物体表面细节。

6、位图显示和图象增强

OpenGL的图象功能除了基本的拷贝和像素读写外，还提供融合

(Blending)＞反走样(Antialiasing)和雾(fog)的特殊图象效果处理。以上

三条可是被仿真物更具真实感，增强图形显示的效果。

7、双缓存动画(DoubleBuffering)

OpenGL使用了前台缓存和后台缓存交替显示场景(Scene)技术，简而言

之，后台缓存计算场景、生成画面，前台缓存显示后台缓存已画好的画面。

8、特殊效果

利用OpenGL还能实现深度暗示(DepthCue)、运动模糊(MotionBlur)

等特殊效果。运动模糊的绘图方式(motion-blured),模拟物体运动时人眼观

察所感觉的动感现象。深度域效果(depth-of-effects),类似于照相机镜头效果,

模型在聚焦点处清晰，反之则模糊。

这些三维物体绘图和特殊效果处理方式，说明OpenGL能够模拟比较复杂

的三维物体或自然景观。

1.2、OpenGL工作流程

OpenGL的基本工作流程如下图:

如上图所示，几何顶点数据包括模型的顶点集、线集、多边形集，这些数据

经过流程图的上部，包括运算器、逐个顶点操作等；图像数据包括象素集、影像

集、位图集等，图像象素数据的处理方式与几何顶点数据的处理方式是不同的，

但它们都经过光栅化、逐个片元（Fragment）处理直至把最后的光栅数据写入

帧缓冲器。

在OpenGL中的所有数据包括几何顶点数据和象素数据都可以被存储在显

示列表中或者立即可以得到处理。OpenGL中，显示列表技术是一项重要的技术。

OpenGL要求把所有的几何图形单元都用顶点来描述，这样运算器和逐个顶

点计算操作都可以针对每个顶点进行计算和操作，然后进行光栅化形成图形碎

片；对于象素数据，象素操作结果被存储在纹理组装用的内存中，再象几何顶点

操作一样光栅化形成图形片元。整个流程操作的最后，图形片元都要进行一系列

的逐个片元操作，这样最后的象素值送入帧缓冲器实现图形的显示。

根据这个流程，我们可以归纳出在OpenGL中进行主要的图形操作直至在

计算机屏幕上渲染绘制出三维图形景观的基本步骤：

1）根据基本图形单元建立景物模型，并且对所建立的模型进行数学描述

（OpenGL中把：点、线、多边形、图像和位图都作为基本图形单元）。

2）把景物模型放在三维空间中的合适的位置，并且设置视点（viewpoint）

以观察所感兴趣的景观。

3）计算模型中所有物体的色彩，其中的色彩根据应用要求来确定，同时确

定光照条件、纹理粘贴方式等。

4）把景物模型的数学描述及其色彩信息转换至计算机屏幕上的象素，这个

过程也就是光栅化（rasterization）o

在这些步骤的执行过程中，OpenGL可能执行其他的一些操作，例如自动消

隐处理等。另外，景物光栅化之后被送入帧缓冲器之前还可以根据需要对像素数

据进行操作。

1.3、Windows中OpenGL库函数及数据类型

（一）库函数

开发基于OpenGL的应用程序，必须先了解OpenGL的库函数。它采用C

语言风格，提供大量的函数来进行图形的处理和显示。OpenGL图形库一共有

100多个函数，它们分别属于OpenGL的基本库、实用库、辅助库等不同的库。

1、核心库，包含的函数有115个，它们是最基本的函数，其前缀是gl；这

部分函数用于常规的、核心的图形处理，由gl.dll来负责解释执行。核心库中的

函数可以进一步分为以下几类函数。

（1）绘制基本几何图元的函数。

glBegain()＞glEnd()＞glNormal*()＞glVertex*()0

(2)矩阵操作、几何变换和投影变换的函数。

矩阵入栈函数glPushMatrix(),矩阵出栈函数glPopMatrix。，装载矩阵函数

glLoadMatrix(),矩阵相乘函数glMultMatrix。，当前矩阵函数glMatrixMode()和

矩阵标准化函数glLoadldentity。，几何变换函数glTrans山te*()、gIRotate*。和

glScale*(),投影变换函数glOrtho。、glFrustum。和视口变换函数glViewport。

(3)颜色、光照和材质的函数。

如设置颜色模式函数glColor*。、gllndex*()＞设置光照效果的函数

gILight*。、gILightModel*。和设置材质效果函数glMaterial。等等。

(4)显示列表函数。

主要有创建、结束、生成、删除和调用显示列表的函数glNewList。、

glEndList。、glGenLists()＞glCallList()和glDeleteLists。等。

(5)纹理映射函数。

主要有一维纹理函数gITexImagelD()＞二维纹理函数glTexlmage2D()＞设

置纹理参数、纹理环境和纹理坐标的函数glTexParameter*。、glTexEnv*()和

gITetCoord*。等。

(6)特殊效果函数。

融合函数glBlendFunc()＞反走样函数glHint。和雾化效果gFog*()。

(7)光栅化、象素操作函数。

像素位置gIRasterPos*。、线型宽度glLineWidth。、多边形绘制模式

glPolygonMode(),读取象素glReadPixel。、复制象蓑glCopyPixel()等。

(8)选择与反馈函数。

主要有渲染模式glRenderMode()＞选择缓冲区glSelectBuffer。和反馈缓冲

区glFeedbackBuffer。等。

(9)曲线与曲面的绘制函数。

生成曲线或曲面的函数glMap*()、glMapGrid*(),求值器的函数

glEvalCoord*()glEvalMesh*()o

(10)状态设置与查询函数。主要有glGet*()、glEnable(),glGetError()等。

2、实用库(OpenGLutilitylibrary,GLU),包含的函数功能更高一些，如

绘制复杂的曲线曲面、高级坐标变换、多边形分割等，共有43个，前缀为glu。

Glu函数通过调用核心库的函数，为开发者提供相对简单的用法，实现一些较为

复杂的操作。此类函数由glu.dll来负责解释执行。主要包括了以下几种：

(1)辅助纹理贴图函数。

WgluScalelmage()、gluBuildlDmipmaps()>gluBuild2Dmipmaps()等。

(2)坐标转换和投影变换函数。

定义投影方式函数gluPerspective。、gluOrtho2D()>gluLookAt(),拾取投

影视景体函数gluPickMatrix(),投影矩阵计算gluProject。和gluUnProject。等。

(3)多边形镶嵌工具。

有gluNewTess()>gluDeleteTess()、gluTessCallback()、gluBeginPolygon()

gluTessVertex。、gluNextContour()>gluEndPolygon。等。

(4)二次曲面绘制工具。

主要有绘制球面、锥面、柱面、圆环面gluNewQuadric。、gluSphere。、

gluCylinder()>gluDisk。、gluPartialDisk()>gluDeleteQuadric。等等。

(5)非均匀有理B样条绘制工具。

主要用来定义和绘制Nurbs曲线和曲面，包括gluNewNurbsRenderer。、

gluNurbsCurve()>gluBeginSurface()>gluEndSurface()>gluBeginCurve。、

gluNurbsProperty。等函数。

(6)错误反馈工具。

获取出错信息的字符串gluErrorString()^o

3^OpenGL辅助库(OpenGLauxiliarylibrary,GLALIX),包括简单的窗

口管理、输入事件处理、某些复杂三维物体绘制等函数，共有31个，前缀为auxo

此类函数由glaux.dll来负责解释执行。辅助库函数主要包括以下几类。

(1)窗口初始化和退出函数。

auxlnitDisplayMode()和auxlnitPosition()o

(2)窗口处理和时间输入函数。

auxReshapeFunc()>auxKeyFunc。和auxMouseFunc()o

(3)颜色索引装入函数。

auxSetOneColor()o

(4)三维物体绘制函数。

包括了两种形式网状体和实心体，如绘制立方体auxWireCube()和

auxSolidCube()0这里以网状体为例，长方体auxWireBox。、环形圆纹面

auxWireTorus()>圆柱auxWireCylinder。、二十面体auxWirelcosahedron。、

八面体auxWireOctahedron。、四面体auxWireTetrahedron。、十二面体

auxWireDodecahedron。、圆锥体auxWireCone。和茶壶auxWireTeapot。。绘

制实心体只要将上述函数中的确"Wire"更换成"Solid”就可以了。

(5)其他。

背景过程管理函数auxldleFunc()；程序运行函数auxMainLoop()o

4、OpenGL工具库(penGLUtilityToolkit)

包含大约30多个函数，函数名前缀为glut,此函数由glut.dll来负责解释执

行。这部分函数主要包括：

(1)窗口操作函数

窗口初始化、窗口大小、窗口位置等函数glutlnit()glutimtDisplayMode()、

glutlnitWindowSize()glutlnitWindowPosition。等。

(2)回调函数。

响应刷新消息、键盘消息、鼠标消息、定时器函数等，GlutDisplayFunc()>

glutPostRedisplay()xglutReshapeFunc。、glutTimerFunc()>

glutKeyboardFunc()>glutMouseFunc()o

(3)创建复杂的三维物体。这些和aux库的函数功能相同。创建网状体和

实心体。如glutSol如Sphere。、glutWireSphere()等。

(4)菜单函数

创建添加菜单的函数GlutCreateMenu。、glutSetMenu。、

glutAddMenuEntry()>glutAddSubMenu()和glutAttachMenu。。

(5)程序运行函数。

glutMainLoop()o

5、16个WGL函数，专门用于OpenGL和Windows窗口系统的联接，其

前缀为wgl,主要用于创建和选择图形操作描述表(renderingcontexts)以及在

窗口内任一位置显示字符位图。这类函数主要包括以下几类

(1)绘图上下文相关函数。

wglCreateContext()>wglDeleteContext()>wglGetCurrentContent()>

wglGetCurrentDC()wglDeleteContent。等。

(2)文字和文本处理函数。

wglUseFontBitmaps。、wglUseFontOutlines()o

(3)覆盖层、地层和主平面层处理函数。

wglCopyContext()xwgICreateLayerP山ne()、wglDescribeLayerPlane()>

wgIReakizeLayerPIatte()等。

(4)其他函数。

wglShareLists()>wglGetProcAddress。等。

6、另外，还有五个Win32函数用来处理像素格式(pixelformats)和双缓

存。由于它们是对Win32系统的扩展，因此不能应用在箕它OpenGL平台上。

(二)OpenGL数据类型

与C语言相对应，OpenGL中也有整数、字节、浮点数等数据类型，为了

说明两者的对应关系，下表将OpenGL的数据类型与相应的C类型进行了对比:

表一、OpenGL数据类型表

前缀数据类型相应C语言类型OpenGL类型

b8-bitintegersignedcharGLbyte

S16-bitintegershortGLshort

i32-bitintegerlongGLint,GLsizei

f32-bitfloating-pointfloatGLfloat,GLclampf

d64-bitfloating-pointdoubleGLdouble.GLclampd

ub8-bitunsignedintegerunsignedcharGLubyte,GLboolean

US16-bitunsignedintegerunsignedshortGLushort

ui32-bitunsignedintegerunsignedlongGLuint,GLenum,GLbitfield

此外，OpenGL也定义GLvoid类型，如果用C语言编写，可以用它替代

void类型。

(三)OpenGL库函数的命名规律

了解了OpenGL的数据类型，让我们再回过头来看看OpenGL库函数的命

名规律。所有OpenGL函数采用了以下格式：

〈库前缀><根命令><可选的参数个数〉〈可选的参数类型,

库前缀有gl、glu、aux、glut、wgl>glx等等，分别表示该函数属于OpenGL

某开发库等，从函数名后面中还可以看出需要多少个参数以及参数的类型。I代

表int型，f代表float型，d代表double型，u代表无符号整型。注意，有的函

数参数类型后缀前带有数字2、3、4o2代表二维，3代表三维，4代表alpha

值(以后介绍)。有些OpenGL函数最后带一个字母v,表示函数参数可用一个

指针指向一个向量(或数组)来替代一系列单个参数值。下面两种格式都表示设

置当前颜色为红色，二者等价。

glColor3f(1.0Q.0Q.0);等价于：

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

glColor3fv(color_array);

除了以上基本命名方式外，还有一种带"*"星号的表示方法，例如glColor*。，

它表示可以用函数的各种方式来设置当前颜色。同理，glVertex*v()表示用一个

指针指向所有类型的向量来定义一系列顶点坐标值。

第二讲OpenGL中的二维编程

任何复杂的三维模型都是由基本的几何图元：点、线段和多边形组成的，有了这

些图元，就可以建立比较复杂的模型。因此这部分内容是学习OpenGL编程的

基础。

2.1一个简单的示例程序

#include<glut.h>

voiddisplayO

(

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

glBegin(GL_POLYGON);

glVertex2f(-0.5,-0.5);

glVertex2f(-0.5,0.5);

glVertex2f(0.5,0.5);

glVertex2f(0.5,-0.5);

glEnd();

glFlush();

intmain(intargc,char**argv)

(

glutlnit(&argc,argv);

glutCreateWindow("simple")

glutDisplayFunc(display);

glutMainLoopO;

)

程序运行结果为一个矩形：

2.2GLUT

glut是OpenGL的跨平台工具库"GLUT"[I]全称为OpenGLUtilityToolkit.[/I]MarkJ.

Kilgard创作的GLUT库，是我们创建完全独立于窗口系统的OpenGL程序成为可能.感

谢GLUT,我们能够在不了解XWindows或者MicrosoftWindows窗口系统本身的情况

下编写3D应用程序.Kilgard编写了GLUT的XWindows版本，后来NateRobins又将之

移植到MicrosoftWindows系统之上.

2.3.时间循环和回调函数

2.4.OpenGL中的颜色设置

例2：本例子使用颜色引索模式绘制8个不同颜色的球体，如图二所示。阅

读此例时，请主要关注函数palette和DrawColotFans。

gllndex设置当前颜色索引。参数为当前颜色索引。本例中gllndexd函数的参数

j+1对应palette中auxSetOneColor函数中的i+1,auxSetOneColor函数的后

三个函数制定对应的颜色，颜色值由变量rgb[8][3]定义。

include<GL/glut.h>

include<GL/glaux.h>

voidinit(void)

(

glClearColor(1.0,1.0,1.0,1.0);

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

glShadeModel(GL_SMOOTH);

voidpalette(void)

|

GLinti;

staticGLfloatrgb[8][3]={{1,0,0},{1,0,0.5},{1,0,1},

{0,0,1},{0,1,1},{0,1,0},{1,1,0},{1,0.5,0}};

for(i=0;i<8;i++)

(

auxSetOneColor(i+1,rgb皿O],rgb皿1],rgb[i][2]);〃设置颜色

voidDrawColorFans(void)

(

GLintj;

glTranslatef(-15,-15,0);

for(j=0;j<8;j++)

(

gllndexd(j+1);〃设置当前颜色索引

/*在不同位置绘制球体*/

glTranslatef(j,j-1,0);

glutSolidSphere(1,20,20);

voidCALLBACKdisplay(void)

(

palette();

DrawColorFans();

glFlush();

voidCALLBACKreshape(GLsizeiw,GLsizeih)

|

glViewport(0,0,w,h);

glMatrixMode(GL_PROJECTION);

glLoadldentity();

gluPerspective(100,1,1,20);

glMatrixMode(GL_MODELVIEW);

glLoadldentity();

glTranslatef(0,0,-15);

}

voidmain()

(

auxlnitDisplayMode(AUX_SINGLE|AUX_INDEX);

auxlnitPosition(100,100,500,500);

auxlnitWindow("drawthecolorsphere");

init();

auxReshapeFunc(reshape);

auxMainLoop(display);

图二：8个不同颜色的球体

25二维取景

26视口设置

27坐标系与变换

28较完整的程序

2.9.基本图元的绘制

2.9.1、基本图元的描述及定义

OpenGL图元是抽象的几何概念，不是真实世界中的物体，因此须用相关的

数学模型来描述。所有的图元都是由一系列有顺序的顶点集合来描述的。

OpenGL.中绘制几何图元，必须使用glBegain。和glEnd()这一对函数，传递给

gBegain()函数的参数唯一确定了要绘制何种几何图元，同时，在该函数对中给

出了几何图元的定义，函数glEnd()标志顶点列表的结束。例如，下面的代码绘

制了一个多边形：

glBegin(GL_POLYGON);

glVertex2f(0.0,0.0);

glVertex2f(0.0,3.0);

glVertex2f(3.0,3.0);

gIVertex2f(4.0,1.5);

glVertex2f(3.0,0.0);

glEnd();

函数glBegin(GLenummode)标志描述一个几何图元的顶点列表的开始，其

参数mode表示几何图元的描述类型，具体类型见表一：

表一、几何图元类型说明

类型说明

GL_POINTS单个顶点集

GL_LINES多组双顶点线段

GL_POLYGON单个简单填充凸多边形

GL_TRAINGLES多组独立填充三角形

GL_QUADS多组独立填充四边形

GL_LINE_STRIP不闭合折线

GL_LINE_LOOP闭合折线

GL_TRAINGLE_STRIP线型连续填充三角形串

GL_TRAINGLE_FAN扇形连续填充三角形串

GL_QUAD_STRIP连续填充四边形串

部分几何图元的示意图:

GLLINELOOPGLQIADSGLQIAPSTRIP

图一、部分几何图元示意图

在glBegin。和glEnd()之间最重要的信息就是由函数gIVertex*。定义的顶点,

必要时也可为每个顶点指定颜色(只对当前点或后续点有效)、法向、纹理坐标

或其他，即调用相关的函数：

表二、在g旧egin()和glEnd()之间可调用的函数

函数函数意义

glColor*()设置当前颜色

gllndex*()设置当前颜色表

glNormal*()设置法向坐标

glEvalCoord*()产生坐标

glCallList(),glCallLists()显示列表

glTexCoord*()设置纹理坐标

glEdgeFlag*()控制边界绘制

glMaterial*()设置材质

需要指出的是：OpenGL所定义的点、线、多边形等图元与一般数学定义不

太一样，存在一定的差别。一种差别源于基于计算机计算的限制。OpenGL中所

有浮点计算精度有限，故点、线、多边形的坐标值存在一定的误差。另一种差

别源于位图显示的限制。以这种方式显示图形，最小的显示图元是一个象素，尽

管每个象素宽度很小，但它们仍然比数学上所定义的点或线宽要大得多。当用

OpenGL进行计算时，虽然是用一系列浮点值定义点串，但每个点仍然是用单个

象素显示，只是近似拟合。

2.9.2、OpenGL中的颜色

OpenGL颜色设置有换们的函数，主要如下：

一、gIShadeModel

选择平面明暗模式或光滑明暗模式

voidglShadeModel(GLenummode)

参数：mode指定表示明暗模式的符号值，可选GL-FLAT和GL_SMOOTH，缺省值为

GL_SMOOTH

二、glColor

设置当前颜色

这是一个家族性质的函数集合，并没有glColor()这个函数。其包含的函数如下:

voidglColor3b(GLbytered,GLbytegreen,GLbyteblue)

voidglColor3d(GLdoublered,GLdoublegreen,GLdoubleblue)

voidglColor3f(GLfloatred,GLfloatgreen,GLfloalblue)

voidglColor3i(GLintred,GLintgreen,GLintblue)

voidglColor3s(GLshortred,GLshortgreen,GLshortblue)

voidglColor3ub(GLubytered,GLubytegreen,GLubyteblue)

voidglColor3ui(GLuintred,GLuintgreen,GLuintblue)

voidglColor3us(GLushortred,GLushortgreen,GLushortblue)

voidglColor4b(GLbytered,GLbytegreen,GLbyteblue,GLbytealpha)

voidglColor4d(GLdoublered,GLdoublegreen,GLdoubleblue,GLdoublealpha)

voidglColor4f(GLfloatred,GLfloatgreen,GLfloatblue,GLfloatalpha)

voidglColor4i(GLintred,GLintgreen,GLintblue,GLintalpha)

voidglColor4s(GLshortred,GLshortgreen,GLshortblue,GLshortalpha)

voidglColor4ub(GLubytered,GLubytegreen,GLubyteblue,GLubytealpha)

voidglColor4ui(GLuintred,GLuintgreen,GLuintblue,GLuintalpha)

voidglColor4us(GLushortred,GLushortgreen,GLushortblue,GLbytealpha)

参数：red,green,blue指定当前新的红、绿、蓝的颜色值

alpha透明度，指明当前新的alpha颜色值，只有在glColor4函数中带4个变量时才会指

定此参数。

此外还包括：

voidglColor3bv(constGLbyte*v)

voidglColor3dv(constGLdoble*v)

voidglColor3fv(constGLfloat*v)

voidglColor3iv(constGLint*v)

voidglColor3sv(constGLshort*v)

voidglColor3ubv(constGLubyte*v)

voidglColor3uiv(constGLuint*v)

voidglColor3usv(constGLushort*v)

voidglColor4bv(constGLbyte*v)

voidglColor4dv(constGLdoble*v)

voidglColor4fv(constGLfloat*v)

voidglColor4iv(constGLint*v)

voidglColor4sv(constGLshort*v)

voidglColor4ubv(constGLubyte*v)

voidglColor4uiv(constGLuint*v)

voidglColor4usv(constGLushort*v)

参数：V指定一个值向包含红、绿、蓝和alpha值的数组指针。

三、glColorPointer

定义颜色数组

voidglColorPointer(GLintsize,GLenumtype,GLsizeistride,GLsizeicount,constGLvoid*

pointer)

参数：size每个颜色的分量数目，该值必须是3或4

type在颜色数组中每个颜色分量的数据类型，可选的数据类型为：

GL_BYTEGL_UNSIGNED_BYTEGL_SHORTGL_UNSIGNED_SHORT

GL_INTGL_UNSIGNED_INTGL_FLOATGL_UNSIGNED_FLOAT

stride相邻两个颜色的字节偏移量。当stride为零时，颜色值在数组中是一个接一个排列的。

count静态颜色的数目，从第一个颜色开始计数。

pointer指向颜色数组中第一个颜色元素中第一个分量的指针。

四、gllndex

设置当前颜色索引

voidglIndexd(GLdoublec)

voidglIndexf(GLfloatc)

voidglIndexi(GLintc)

voidglIndexs(GLshortc)

参数：c新的当前颜色索引值

voidglIndexdv(GLdouble*c)

voidglIndexfv(GLfloat*c)

voidglIndexiv(GLint*c)

voidglIndexsv(GLshort*c)

参数：c指向一个由单个元素组成的数组指针，该数组中包含新的当前颜色索引值。

五、gllndexPointer

定义颜色索引数组

voidglIndexPointer(GLenumtype,GLsizeistride,GLsizeicount,constGLvoid*pointer)

参数：type数组中每个颜色索引的数据类型，可以选择的符号常数为：GL_SHORTGL」NT

GL_FLOATGL_DOUBLE

stride相邻的两个颜色索引的字节偏移量。当stride为零时，颜色索引值在数组中是一个接

一个排列的。

count颜色索引的数目，从第一个颜色开始计数，它们是静态的。

pointer指向颜色数组中第一个颜色索引的指针。

六、glColorTableEXT

为目标调色板纹理指定调色板的格式和大小

voidglColorTableEXT(GLenumtarget,GLenuminternalFormat,GLsizeiwidth,GLenum

format,GLenumtype,constGLvoid*data)

参数：target需要更改调色板的目标纹理，必须为TEXTURE」DTEXTURE_2D

PROXY_TEXTURE_1DPROXY_TEXTURE_2D

intenalFormat(等待编辑)

width调色板的大小，对于某些n,必须满足2n>=l.

format(等待编辑)

typedata的数据类型,可选以下符号常量：

GL_UNSIGNED_BYTEGL_BYTEGL_UNSIGNED_SHORTGL_SHORT

GL_UNSIGNED_INTGL_INTGL_UNSIGNED_FLOATGL_FLOAT

data指向调色板纹理数据的指针。对于调色板项目，数据作为一维纹理调色板项目中的单

个像素进行处理。

七、glColorSubTableEXT

指定需要替代的目标纹理调色板的一部分

voidglColorSubTableEXT(GLenumtarget,GLsizeistart,GLsizeicount,GLenum

format,GLenumtype,constGLvoid*data)

参数：target需要更改调色板的目标纹理，必须为TEXTURE」DTEXTURE_2D

PROXY_TEXTURE_1DPROXY_TEXTURE_2D

start被改变的调色板的起始调色板索引项目。

count被改变的调色板中从start开始的调色板索引项目的数目。count参数确定了被改变的

调色板中调色板索引项目的范围。

format(等待编辑)

typedata的数据类型,可选以下符号常量：

GL_UNSIGNED_BYTEGL_BYTEGL_UNSIGNED_SHORTGL_SHORT

GL_UNSIGNED_INTGL_INTGL_UNSIGNED_FLOATGL_FLOAT

data指向调色板纹理数据的指针。对于调色板项目，数据作为一维纹理调色板项目中的单

个像素进行处理。

补充说明：

OpenGL在画直线时，如果两个顶点不一样颜色，则自动进行插值计算，例如：

glBegin(GL_POLYGON);〃画四边形

glColor3f(1,0,0);

glVertex2f(-0.5,-0.5);

glColor3f(0,0,1.0);

glVertex2f(-0.5,0.5);

glColor3f(1,0,0);

glVertex2f(0.5,0.5);

glColor3f(0,0,1.0);

glVertex2f(0.5,-0.5);

glEnd();

获得的图形颜色为：

可以调用明暗模型函数来设置

VoidglShadeModel(GLenummode);

Mode值可为GL_SMOOTH(平滑模式)、GL_FLAT(平面模式)。

2.9.3、点(Point)

用浮点值表示的点称为顶点(Vertex)。所有顶点在OpenGL内部计算时都使

用三维坐标(x,y,z)来处理，用二维坐标(x,y)定义的点在OpenGL中默认z值

为0。顶点坐标也可以用齐次坐标(x,y,z,w)来表示，如果w不为0.0,这些齐次

坐标表示的顶点即为三维空间点(x/w,y/w,z/w),一般来说，w缺省为1.0。

可以用glVertex{234}{sifd}[V](TYPEcords)函数来定义一个顶点。例如：

gIVertex2f(2.0f,30);〃二维坐标定义顶点;

OpenGL中定义的点可以有不同的尺寸，其函数形式为：

voidglPointSize(GLfloatsize);

注意：该函数不能放在gIBegin与glEnd之间。

参数size设置点的宽度(以象素为单位)，必须大于0.0,缺省时为1.0。

2.9.4、线(Line)

在OpenGL中，线代表线段(LineSegment),它由一系列顶点顺次连结而

成。具体的讲，线有独立线段、条带、封闭条带三种，如图二所示：

短立线段(GL.LINES)条带(GL-LINE.STRIP).

II---------72-

J^9XTY•n

引闵条带(GL-LI'F.LOOP)

图二、线段的三种连结方式

OpenGL能指定线的宽度并绘制不同的虚点线，如点线、虚线等。相应的函

数形式如下：

1、voidglLineWidth(GLfloatwidth);

设置线宽(以象素为单位)。参数width必须大于0.0,缺省时为1.0。

2、voidglLineStipple(GLintfactor,GLushortpattern);

设置当前线为虚点模式。参数pattern是一系列的16位二进制数(。或1),

它重复地赋给所指定的线，从低位开始，每一个二进制位代表一个象素，1表

示用当前颜色绘制一个象素(或比例因子指定的个数)，0表示当前不绘制，只

移动一个象素位(或比例因子指定的个数)。参数factor是个比例因子，它用来

拉伸pattern中的元素，即重复绘制1或移动0,比如，factor为2,则碰至1

时就连续绘制2次，碰到0时连续移动2个单元。factor的大小范围限制在1到

255之间。

在绘制虚点线之前必须先启动虚点模式，即调用函数

glEnable(GL_LINE_STIPPLE);结束时，调用glDisable(GL_LINE_STIPPLE)关

闭。下面代后2会制亍一个点线：

voidline2i(GLintx1,GLinty1,GLintx2,GLinty2)

glBegin(GL_LINES);

glVertex2f(x1,y1);

glVertex2f(x2,y2);

glEnd();

)

gILineStipple(1,0x1C47);/*虚点线7

glEnable(GL_LINE_STIPPLE)；

glColor3f(0.0,1.0,0.0);

Iine2i(450,250,600,250);

说明：

OpenGL的许多专门特性必须启动后才能使用，使用后需要关闭，启动关闭函

数为：

voidglEnable(GLenumfeature)

voidglDisable(GLenumfeature)

2.9.5、多边形(Polygon)

(-)凸、凹多边形。

OpenGL定义的多边形是由一系列线段依次连结而成的封闭区域，多边形可

以是平面多边形，即所有顶点在一个平面上，也可以是空间多边形。OpenGL

规定多边形中的线段不能交叉，区域内不能有空洞，也即多边形必须是凸多边形

(指多边形任意非相邻的两点的连线位于多边形的内部)，不能是凹多边形，否

则不能被OpenGL函数接受。凸多边形和凹多边形见图三。

小多边斗凹多边形,

图三、凸凹多边形

(二)边界标志问题。

实际应用中，往往需要绘制一些凹多边形，通常解决的办法是对它们进行分

割，用多个三角形来替代。显然，绘制这些三角形时，有些边不应该进行绘制，

否则，多边形内部就会出现多余的线框。OpenGL提供的解决办法是通过设置边

标志命令glEdgeFlag()来控制某些边产生绘制，而另外一些边不产生绘制，

这也称为边界标志线或非边界线。这个命令的定义如下；

voidglEdgeFlag(GLbooleanflag);

voidglEdgeFlag(PGLbooleanpflag);

(三)多边形绘制模式。

多边形的绘制模式包含有：全填充式、轮廓点式、轮廓线式、图案填充式及

指定正反面等。下面分别介绍相应的OpenGL函数形式。

1)多边形模式设置。其函数为：

voidglPolygonMode(GLenumface,GLenummode);

参数face为GL_FRONT、GL_BACK或GL_FRONT_AND_BACK；参数

mode为GL_POINT、GL_LINE或GL_FILL,分函表示绘前轮尾点式多边形、

轮廓线式多质形或全填充会多边形。在OpenGL中，多边形分为正面和反面，

对这两个面都可以进行操作，在缺省状况下，OpenGL对多边形正反面是以相同

的方式绘制的，要改变绘制状态，必须调用PolygonMode()函数，

2)设置图案填充式多边形。其函数为：

voidglPolygonStipple(constGLubyte*mask);

参数mask是一个指向32x32位图的指针。与虚点线绘制的道理一样，某

位为1时绘制，为。时什么也不绘。注意，在调用这个函数前，必须先启动

glEnable(GL_POLYGON_STIPPLE)；不用时用

glDisable(GL_POLYGON_STIPPLE)关闭。下面举出一个多边形扩展绘制实例:

voidCALLBACKdi