OpenGL编程指南2：环境搭配与第一个实例剖析_windows opengl 编程指南

1.环境配置

1.1 OpenGL与Windows操作系统有什么关系？ 

OpenGL是一种应用程序编程接口（API），也是一种可以对图形硬件设备特性进行访问的软件库。因而事实上，OpenGL其实与显卡的关系更密切一些，而对于支持OpenGL的显卡才能使用OpenGL库。
由于OpenGL与显卡（硬件）有关，因而也与操作系统有关，所以Windows是自带OpenGL的，因此Windows会包含OpenGL的标准库，而在OpenGL官网是找不到下载的。

当我们安装了编译器（例如VS2010）后，编译器会把OpenGL的相关头文件和类库复制入编译器的相关文件夹中。例如头文件放在C:\ProgramFiles (x86)\Microsoft SDKs\Windows\v7.0A\Include\gl。库文件放在C:\Program Files(x86)\Microsoft SDKs\Windows\v7.0A\Lib。

1.2 Windows中OpenGL的版本过低怎么办？

这个不用担心，用Windows自带的OpenGL已经足够了。OpenGL版本的限制其实是在于显卡支持的OpenGL版本而不是你本身的OpenGL库的版本。
那怎么查看显卡支持的OpenGL版本呢？一种是通过编程的方式，但是我们刚接触不会编程，那怎么办呢？可以采用第二种方式，下载一个OpenGLExtension Viewer，如下图所示：

我用的电脑是实验室的电脑，2009年买的，显卡也已经支持OpenGL4.4了。
那怎么让系统使用比较新的OpenGL库进行编程呢？我们还需要第三方软件库GLUT和GLEW。所谓第三方软件库是指，其代码不是OpenGL官方写的。但是这两个库都受到广泛的使用，也受到官方的认可。

GLUT库下载地址：http://www.transmissionzero.co.uk/software/freeglut-devel/
GLEW库下载地址：http://glew.sourceforge.net/
选择合适的版本进行下载，可参考http://blog.sina.com.cn/s/blog_7cfb366d01012icr.html

如果选用了红宝书，最好还是利用红宝书附带的源代码文件进行配置

1.3 环境配置

http://blog.csdn.net/candycat1992/article/details/39676669

此博客中的三个代码分别制作成三个文件。

然后在VS2010中新建一个项目：

然后把之前的三个文件triangles.cpp、triangles.vert、triangles.frag，以及D:\opengl\oglpg-8th-edition中的LoadShaders.h、vgl.h、LoadShaders.cpp（不在第一级目录中，可自己搜索一下）复制到D:\opengl\triangles\triangles中，如图所示：

注意到vgl.h中，无法加载源文件 ”GL/glew.h” ，这是因为我们没有设置附加包含文件，而且我们注意到，头文件中指定了所需的静态库 “glew_static_vs2010.lib” ，从而静态库的名字也指定，后面还有 "freeglut_static_vs2010.lib" ，这样的名称是红宝书源代码特有的，通常从官网下载下来的名称是 “glew32.lib”和“freeglut.lib” ，而且还是动态库，我们也不妨可以像这样一样先查看一下头文件。

选择triangles解决方案>>右键>>属性>>C/C++>>常规，修改附加包含目录，如图所示：

选择triangles解决方案>>右键>>属性>>链接器>>常规，修改附加包含目录，如图所示：

然后编译，如图所示：

由此推测，这些错误都是由默认库“libcmtd.lib”与其他库冲突造成的，因此我们必须要忽略这一个库。选择triangles解决方案>>右键>>属性>>链接器>>输入，忽略特定默认库，填入LIBCMT;LIBCMTD，这样在debug或release编译模式下都能把这个库忽略掉。

选择确定后，我们再进行编译，最后编译成功了：

1.4 glGenVertexArrays 崩溃的处理方式

然后键盘输入CTRL+F5，开始执行（但不调试），程序竟然崩溃：

于是我对程序运行调试（F5），程序中断在一条语句上：

从而是这条语句引起了崩溃，只要在glewInit()前加入glewExperimental= GL_TRUE;即可 ，如图所示：

重新编译，运行，成功：

2.第一个程序剖析

2.1 candycat怎么说

OpenGL能做的事情太多了！很多程序也看起来很复杂。很多人感觉OpenGL晦涩难懂，原因大多是被OpenGL里面各种语句搞得头大，一会gen一下，一会bind一下，一会又active一下。搞到最后都不知道自己在干嘛，更有可能某步顺序错误导致最后渲染出错，总感觉记下这些操作的顺序是非常烦人的一件事。

我们先来解释一下OpenGL为什么会涉及这么多操作顺序。这是因为，和我们现在使用的C++、C#这种面向对象的语言不同，OpenGL中的大多数函数使用了一种基于状态的方法，大多数OpenGL对象都需要在使用前把该对象绑定到context上。这里有两个新名词——OpenGL对象和Context。

• Context
  Context是一个非常抽象的概念，我们姑且把它理解成一个包含了所有OpenGL状态的对象。如果我们把一个Context销毁了，那么OpenGL也不复存在。
  
• OpenGL对象
  我们可以把OpenGL对象理解成一个状态的集合，它负责管理它下属的所有状态。当然，除了状态，OpenGL对象还会存储其他数据。注意。这些状态和上述context中的状态并不重合，只有在把一个OpenGL对象绑定到context上时，OpenGL对象的各种状态才会映射到context的状态。因此，这时如果我们改变了context的状态，那么也会影响这个对象，而相反地，依赖这些context状态的函数也会使用存储在这个对象上的数据。
  

因此，OpenGL对象的绑定既可能是为了修改该对象的状态（大多数对象需要绑定到context上才可以改变它的状态），也可能是为了让context渲染时使用它的状态。
画了一个图，仅供理解。图中灰色的方块代表各种状态，箭头表示当把一个OpenGL对象绑定到context上后，对应状态的映射。

前面提到过，OpenGL就是一个“状态机”。那些各种各样的API调用会改变这些状态，或者根据这些状态进行操作。但我们要注意的是，这只是说明了OpenGL是怎样被定义的，但硬件是否是按状态机实现的就是另一回事了。不过，这不是我们需要担心的地方。

2.2 OpenGL对象及其相关的重要函数

前面提到过，OpenGL就是一个“状态机”。那些各种各样的API调用会改变这些状态，或者根据这些状态进行操作。但我们要注意的是，这只是说明了OpenGL是怎样被定义的，但硬件是否是按状态机实现的就是另一回事了。不过，这不是我们需要担心的地方。
OpenGL对象包含了下面一些类型：Buffer Objects，Vertex Array Objects，Textures，Framebuffer Objects等等。我们下面会讲到Vertex Array Objects这个对象。

• void glGen*(GLsizei n​, GLuint *objects​);负责生成一个对象的name。而name就是这个对象的引用。
  
• void glDelete*(GLsizei n​, const GLuint *objects​);负责销毁一个对象。
  
• void glBind*(GLenum target​, GLuint object​);将对象绑定到context上。
  

2.3 OpenGL中的图形名词

• 渲染（Rendering）：计算机从模型到创建一张图像的过程。OpenGL仅仅是其中一个渲染系统。它是一个基于光栅化的系统，其他的系统还有光线追踪（但有时也会用到OpenGL）等。
• 模型（Models）或者对象（Objects）：这里两者的含义是一样的。指从几何图元——点、线、三角形中创建的东西，由顶点指定。
• Shaders：这是一类特殊的函数，是在图形硬件上执行的。我们可以理解成，Shader是一些为图形处理单元（GPU）编译的小程序。OpenGL包含了编译工具来把我们编写的Shader源代码编译成可以在GPU上运行的代码。在OpenGL中，我们可以使用四种shader阶段。最常见的就是vertex shaders——它们可以处理顶点数据；以及fragment shaders，它们处理光栅化后生成的fragments。vertex shaders和fragment shaders是每个OpenGL程序必不可少的部分。
• 像素（pixel）：像素是我们显示器上的最小可见元素。我们系统中的像素被存储在一个帧缓存（framebuffer）中。帧缓存是一块由图形硬件管理的内存空间，用于供给给我们的显示设备。

2.4 第一个程序的代码

#include <iostream>  
using namespace std;  
#include "vgl.h"  
#include "LoadShaders.h"  
//announce Global variable and other struct
enum VAO_IDs { Triangles, NumVAOs };  
enum Buffer_IDs { ArrayBuffer, NumBuffers };  
enum Attrib_IDs { vPosition = 0 };  
  
GLuint  VAOs[NumVAOs];  
GLuint  Buffers[NumBuffers];   
const GLuint NumVertices = 6;  
 
// init()uesed to setdata  used later,eg. vertex, texture
void init(void) {  
    glGenVertexArrays(NumVAOs, VAOs);// important!
    glBindVertexArray(VAOs[Triangles]);  
    //firstly ensure the triangles we wanna to render position   
    GLfloat  vertices[NumVertices][2] = {  
        { -0.90, -0.90 },  // Triangle 1  
        {  0.85, -0.90 },  
        { -0.90,  0.85 },  
        {  0.90, -0.85 },  // Triangle 2  
        {  0.90,  0.90 },  
        { -0.85,  0.90 }  
    };  
    glGenBuffers(NumBuffers, Buffers);  
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, Buffers[ArrayBuffer]);  
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices),  
                     vertices, GL_STATIC_DRAW);  
    // Secondly,refer vertex & fragment shaders  
    ShaderInfo  shaders[] = {  
            { GL_VERTEX_SHADER, "triangles.vert" },  
            { GL_FRAGMENT_SHADER, "triangles.frag" },  
            { GL_NONE, NULL }  
    };  
    // LoadShaders() is definited by users 
    // simplify the process for GPU preparing shaders 
    GLuint program = LoadShaders(shaders);  
    glUseProgram(program);  
    // lastly is shader plumbing (the pipeline of shader)  
    // connect the data and variables of shader
    glVertexAttribPointer(vPosition, 2, GL_FLOAT,  
                          GL_FALSE, 0, BUFFER_OFFSET(0));  
    glEnableVertexAttribArray(vPosition);  
}    
// we do render here, it's favored by OpenGL
// nearly all display() will executive following 3 steps
void display(void) {  
    // 1.glClear():clear window 
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);  
    // 2.render our object
    glBindVertexArray(VAOs[Triangles]);  
    glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, NumVertices);  
    // 3.Requests the image drawing to the window
    glFlush();  
}  
// main():used to create window,Call init(),last,goto event loop.
// here we also can see some function which header is 'gl'.
// all these functions are from Third-party libraries,
// So, we can use OpenGL on any OS.
// here,we use GLUT&GLEW.  
int main(int argc, char** argv) {  
    glutInit(&argc, argv);  
    glutInitDisplayMode(GLUT_RGBA);  
    glutInitWindowSize(512, 512);  
    glutInitContextVersion(4, 3);  
    glutInitContextProfile(GLUT_CORE_PROFILE);  
    glutCreateWindow(argv[0]);  
    glewExperimental= GL_TRUE;
    if (glewInit()) {  
        cerr << "Unable to initialize GLEW ... exiting" << endl; exit(EXIT_FAILURE);  
    }  
    init();  
    glutDisplayFunc(display);  
    glutMainLoop();  
}  

剖析1—如何传递顶点数据：

那么，现在的问题是，我们怎么把顶点和它相关的信息，例如纹理坐标、法线等，传递给GLSL呢？一般人都会想到多维数组。我们下面把它称为顶点流 （Vertex Stream） 。
我们负责创建这个顶点流，然后只需要告诉OpenGL怎样解读它就可以了。
为了渲染一个对象，我们必须使用一个shader program。而这个program会定义一系列顶点属性，例如上述Vertex Shader中的vPosition一行。这些属性决定了我们需要传递哪些顶点数据。每一个属性对应了一个数组，并且这些数据的维度都必须相等，即是一一对应的关系。
比如我们想要渲染3个顶点，我们会定义下面的数据：

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

这些顶点的顺序是非常重要的，OpenGL将会根据这些顺序渲染网格。我们可以直接使用上述这种数据来直接渲染，也可以使用索引（indices）来指定顺序，这样可以重复使用同一个顶点。
例如，我们使用下面的索引列表：

{2, 1, 0, 2, 1, 2}；

那么OpenGL将会渲染6个顶点：

{ {0, 0, 1}, {0, 0, 0}, {1, 1, 1}, {0, 0, 1}, {0, 0, 0}, {0, 0, 1} }；
现在，我们还想传递一个新的顶点属性，即每个顶点的纹理坐标，那么新的纹理数组可能长这样：

{ {0, 0}, {0.5, 0}, {0, 1} }；

那么，合并后的顶点属性列表就是：

[{0, 0, 1}, {0, 1}], [{0, 0, 0}, {0.5, 0}], [{1, 1, 1}, {0, 0}], [{0, 0, 1}, {0, 1}], [{0, 0, 0}, {0.5, 0}], [{0, 0, 1}, {0, 1} }];  

剖析2—VAO/VBO：

VAO（Vertex Array Object）：我们这里遇到了第一种OpenGL对象——VAO（Vertex Array Object）。前面说到OpenGL对象是状态的集合，那么VAO就是所有顶点数据的状态集合。它存储了顶点数据的格式以及顶点数据数据所需的缓存对象的引用。前面提过，OpenGL对象都有三个非常重要的函数，而VAO对应的就是glGenVertexArrays​、glDeleteVertexArrays和glBindVertexArray​。

AO负责管理顶点属性，而这些顶点属性从0到GL_MAX_VERTEX_ATTRIBS​ - 1被编号。这些属性在Vertex Shader里的表现就是类似下面的语句：

layout(location = 0) in vec4 vPosition; 

上述顶点属性vPosition被编号为0。
每个属性可以被enable或者disable，被disable的属性是不会传递给shader的，即便在shader里定义了这些属性，它们读出的值也会是一个常量，而非真正的数据。一个新建的VAO的所有属性访问都是disable的。而开启一个属性是通过下面的函数：

void glEnableVertexAttribArray​(GLuint index​) ; 

与其对应的是 glDisableVertexAttribArray​ 函数。
而为了使用上述函数来改变VAO的状态，我们首先需要把VAO绑定到当前的context上。

VBO（Vertex Buffer Object） ：

VBO是一种Buffer Object，即它也是一个OpenGl对象。VBO是顶点数组数据真正所在的地方。
为了指定一个属性数据的格式和来源，我们需要告诉OpenGL，编号为0的属性使用哪个VBO，编号为1的属性使用哪个VBO等等。为了实现它，我们可以这么做。
首先，我们要知道，任何VBO都需要先绑定到GL_ARRAY_BUFFER​才可以对它进行操作。绑定后，我们可以调用下面的函数之一：

void glVertexAttribPointer​( GLuint index​, GLint size​, GLenum type​,  
   GLboolean normalized​, GLsizei stride​, const void *offset​);  
 void glVertexAttribIPointer​( GLuint index​, GLint size​, GLenum type​,  
   GLsizei stride​, const void *offset​ );  
 void glVertexAttribLPointer​( GLuint index​, GLint size​, GLenum type​,  
   GLsizei stride​, const void *offset​ );  

它们的作用大同小异，就是告诉OpenGl，编号为index的属性使用当前绑定在GL_ARRAY_BUFFER​的VBO。为了更好理解，我们举例：

glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, buf1);  
glVertexAttribPointer(0, 4, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, 0);  
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);  

上面第一行代码将buf1绑定到了GL_ARRAY_BUFFER​上。第二行意味着，编号为0的属性将使用buf1的数据，因为当前绑定到GL_ARRAY_BUFFER​上的是buf1。第三行将缓存对象0绑定到了GL_ARRAY_BUFFER​上，这不会对顶点属性有任何影响，只有glVertexAttribPointer​函数可以影响它们！

这个过程就像一个中介人的作用，而中介人就是GL_ARRAY_BUFFER​。我们可以这么想，glBindBuffer​ 设置了一个全局变量，然后glVertexAttribPointer读取了这个全局变量并把它存储在VAO中，这个全局变量就是GL_ARRAY_BUFFER。当调用完glVertexAttribPointer后，顶点属性已经知道了数据来源就是buf1，它们之间就会直接联系，而不需要在通过GL_ARRAY_BUFFER。

3.参看资料

[1].http://blog.csdn.net/outtt/article/details/50771057

[2].http://blog.csdn.net/candycat1992/article/details/39676669

[3].OpenGL Programming Guide 8th Edition