基于mfc的opengl绘图程序框架.docx
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基于mfc的opengl绘图程序框架
基于MFC的OpenGL绘图程序框架
一、简介
GDI是通过设备句柄(DeviceContext以下简称"DC")来绘图,而OpenGL则需要绘制环境(RenderingContext,以下简称"RC")。
每一个GDI命令需要传给它一个DC,但与GDI不同,OpenGL使用当前绘制环境(RC)。
一旦在一个线程中指定了一个当前RC,在此线程中其后所有的OpenGL命令都使用相同的当前RC。
虽然在单一窗口中可以使用多个RC,但在单一线程中只有一个当前RC。
下面我将首先产生一个OpenGLRC并使之成为当前RC,这将分为三个步骤:
设置窗口像素格式;产生RC;设置为当前RC。
二、MFC中的OpenGL基本框架
1、首先创建工程
用AppWizard产生一个MFCEXE项目,其他默认即可。
2、将此工程所需的OpenGL文件和库加入到工程中
在工程菜单中,选择"Build"下的"Settings"项。
单击"Link"标签,选择"General"目录,在Object/LibraryModules的编辑框中输入"opengl32.libglu32.libglut.libglaux.lib"(注意,输入双引号中的内容,各个库用空格分开;否则会出现链接错误),选择"OK"结束。
然后打开文件"stdafx.h",加入下列头文件:
#include
#include
3、改写OnPreCreate函数并给视图类添加成员函数和成员变量
OpenGL需要窗口加上WS_CLIPCHILDREN(创建父窗口使用的Windows风格,用于重绘时裁剪子窗口所覆盖的区域)和WS_CLIPSIBLINGS(创建子窗口使用的Windows风格,用于重绘时剪裁其他子窗口所覆盖的区域)风格。
把OnPreCreate改写成如下所示:
BOOLCOpenGLDemoView:
:
PreCreateWindow(CREATESTRUCT&cs)
{//TODO:
ModifytheWindowclassorstylesherebymodifying//theCREATESTRUCTcscs.style|=(WS_CLIPCHILDREN|WS_CLIPSIBLINGS);returnCView:
:
PreCreateWindow(cs);
}
产生一个RC的第一步是定义窗口的像素格式。
像素格式决定窗口着所显示的图形在内存中是如何表示的。
由像素格式控制的参数包括:
颜色深度、缓冲模式和所支持的绘画接口。
在下面将有对这些参数的设置。
我们先在COpenGLDemoView的类中添加一个保护型的成员函数BOOLSetWindowPixelFormat(HDChDC)(用鼠标右键添加)和保护型的成员变量:
intm_GLPixelIndex;并编辑其中的代码如下:
BOOLCOpenGLDemoView:
:
SetWindowPixelFormat(HDChDC)
{//定义窗口的像素格式PIXELFORMATDESCRIPTORpixelDesc=
{sizeof(PIXELFORMATDESCRIPTOR),1,
PFD_DRAW_TO_WINDOW|PFD_SUPPORT_OPENGL|
PFD_DOUBLEBUFFER|PFD_SUPPORT_GDI,
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
};this->m_GLPixelIndex=ChoosePixelFormat(hDC,&pixelDesc);if(this->m_GLPixelIndex==0)
{this->m_GLPixelIndex=1;if(DescribePixelFormat(hDC,this->m_GLPixelIndex,sizeof(PIXELFORMATDESCRIPTOR),&pixelDesc)==0)
{returnFALSE;
}
}if(SetPixelFormat(hDC,this->m_GLPixelIndex,&pixelDesc)==FALSE)
{returnFALSE;
}returnTRUE;
4、用ClassWizard添加WM_CREATE的消息处理函数OnCreate
至此,OpenGL工程的基本框架就建好了。
但如果你现在运行此工程,则它与一般的MFC程序看起来没有什么两样。
5、代码解释
现在我们可以看一看Describe-PixelFormat提供有哪几种像素格式,并对代码进行一些解释:
PIXELFORMATDESCRIPTOR包括了定义像素格式的全部信息。
DWFlags定义了与像素格式兼容的设备和接口。
通常的OpenGL发行版本并不包括所有的标志(flag)。
wFlags能接收以下标志:
PFD_DRAW_TO_WINDOW使之能在窗口或者其他设备窗口画图;
PFD_DRAW_TO_BITMAP使之能在内存中的位图画图;
PFD_SUPPORT_GDI使之能调用GDI函数(注:
如果指定了PFD_DOUBLEBUFFER,这个选项将无效);
PFD_SUPPORT_OpenGL使之能调用OpenGL函数;
PFD_GENERIC_FORMAT假如这种象素格式由WindowsGDI函数库或由第三方硬件设备驱动程序支持,则需指定这一项;
PFD_NEED_PALETTE告诉缓冲区是否需要调色板,本程序假设颜色是使用24或32位色,并且不会覆盖调色板;
PFD_NEED_SYSTEM_PALETTE这个标志指明缓冲区是否把系统调色板当作它自身调色板的一部分;
PFD_DOUBLEBUFFER指明使用了双缓冲区(注:
GDI不能在使用了双缓冲区的窗口中画图);
PFD_STEREO指明左、右缓冲区是否按立体图像来组织。
PixelType定义显示颜色的方法。
PFD_TYPE_RGBA意味着每一位(bit)组代表着红、绿、蓝各分量的值。
PFD_TYPE_COLORINDEX意味着每一位组代表着在彩色查找表中的索引值。
本例都是采用了PFD_TYPE_RGBA方式。
●cColorBits定义了指定一个颜色的位数。
对RGBA来说,位数是在颜色中红、绿、蓝各分量所占的位数。
对颜色的索引值来说,指的是表中的颜色数。
●cRedBits、cGreenBits、cBlue-Bits、cAlphaBits用来表明各相应分量所使用的位数。
●cRedShift、cGreenShift、cBlue-Shift、cAlphaShift用来表明各分量从颜色开始的偏移量所占的位数。
一旦初始化完我们的结构,我们就想知道与要求最相近的系统象素格式。
我们可以这样做:
m_hGLPixelIndex=ChoosePixelFormat(hDC,&pixelDesc);
ChoosePixelFormat接受两个参数:
一个是hDc,另一个是一个指向PIXELFORMATDESCRIPTOR结构的指针&pixelDesc;该函数返回此像素格式的索引值。
如果返回0则表示失败。
假如函数失败,我们只是把索引值设为1并用DescribePixelFormat得到像素格式描述。
假如你申请一个没得到支持的像素格式,则Choose-PixelFormat将会返回与你要求的像素格式最接近的一个值。
一旦我们得到一个像素格式的索引值和相应的描述,我们就可以调用SetPixelFormat设置像素格式,并且只需设置一次。
现在像素格式已经设定,我们下一步工作是产生绘制环境(RC)并使之成为当前绘制环境。
在COpenGLDemoView中加入一个保护型的成员函数BOOLCreateViewGLContext(HDChDC),并加入一个保护型的成员变量HGLRCm_hGLContext;HGLRC是一个指向renderingcontext的句柄。
BOOLCOpenGLDemoView:
:
CreateViewGLContext(HDChDC)
{this->m_hGLContext=wglCreateContext(hDC);if(this->m_hGLContext==NULL)
{//创建失败returnFALSE;
}if(wglMakeCurrent(hDC,this->m_hGLContext)==FALSE)
{//选为当前RC失败returnFALSE;
}returnTRUE;
}
在OnCreate函数中调用此函数:
intCOpenGLDemoView:
:
OnCreate(LPCREATESTRUCTlpCreateStruct)
{if(CView:
:
OnCreate(lpCreateStruct)==-1)return-1;//TODO:
AddyourspecializedcreationcodehereHWNDhWnd=this->GetSafeHwnd();
HDChDC=:
:
GetDC(hWnd);if(this->SetWindowPixelFormat(hDC)==FALSE)
{return0;
}if(this->CreateViewGLContext(hDC)==FALSE)
{return0;
}return0;
}
添加WM_DESTROY的消息处理函数Ondestroy(),使之如下所示:
voidCOpenGLDemoView:
:
OnDestroy()
{
CView:
:
OnDestroy();//TODO:
Addyourmessagehandlercodehereif(wglGetCurrentContext()!
=NULL)
{
wglMakeCurrent(NULL,NULL);
}if(this->m_hGLContext!
=NULL)
{
wglDeleteContext(this->m_hGLContext);this->m_hGLContext=NULL;
}
}
最后,编辑COpenGLDemoView的构造函数,使之如下所示:
COpenGLDemoView:
:
COpenGLDemoView()
{//TODO:
addconstructioncodeherethis->m_GLPixelIndex=0;this->m_hGLContext=NULL;
}
至此,我们已经构造好了框架,使程序可以利用OpenGL进行画图了。
你可能已经注意到了,我们在程序开头产生了一个RC,自始自终都使用它。
这与大多数GDI程序不同。
在GDI程序中,DC在需要时才产生,并且是画完立刻释放掉。
实际上,RC也可以这样做;但要记住,产生一个RC需要很多处理器时间。
因此,要想获得高性能流畅的图像和图形,最好只产生RC一次,并始终用它,直到程序结束。
CreateViewGLContex产生RC并使之成为当前RC。
WglCreateContext返回一个RC的句柄。
在你调用CreateViewGLContex之前,你必须用SetWindowPixelFormat(hDC)将与设备相关的像素格式设置好。
wglMakeCurrent将RC设置成当前RC。
传入此函数的DC不一定就是你产生RC的那个DC,但二者的设备句柄(DeviceContext)和像素格式必须一致。
假如你在调用wglMakeforCurrent之前已经有另外一个RC存在,wglMakeforCurrent就会把旧的RC冲掉,并将新RC设置为当前RC。
另外你可以用wglMakeCurrent(NULL,NULL)来消除当前RC。
我们要在OnDestroy中把绘制环境删除掉。
但在删除RC之前,必须确定它不是当前句柄。
我们是通过wglGetCurrentContext来了解是否存在一个当前绘制环境的。
假如存在,那么用wglMakeCurrent(NULL,NULL)来把它去掉。
然后就可以通过wglDelete-Context来删除RC了。
这时允许视类删除DC才是安全的。
注:
一般来说,使用的都是单线程的程序,产生的RC就是线程当前的RC,不需要关注上述这一点。
但如果使用的是多线程的程序,那我们就特别需要注意这一点了,否则会出现意想不到的后果。
三、画图实例
下面给出一个简单的二维图形的例子(这个例子都是以上述框架为基础的)。
用Classwizard为COpenGLDemoView添加WMSIZE的消息处理函数OnSize,代码如下:
voidCOpenGLDemoView:
:
OnSize(UINTnType,intcx,intcy)
{
CView:
:
OnSize(nType,cx,cy);//TODO:
AddyourmessagehandlercodehereGLsizeiwidth,height;
GLdoubleaspect;
width=cx;
height=cy;if(cy==0)
{
aspect=(GLdouble)width;
}else
{
aspect=(GLdouble)width/(GLdouble)height;
}
glViewport(0,0,width,height);
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
gluOrtho2D(0.0,500.0*aspect,0.0,500.0);
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity();
}
用Classwizard为COpenGLDemoView添加WM_PAINT的消息处理函数OnPaint,代码如下:
voidCOpenGLDemoView:
:
OnPaint()
{
CPaintDCdc(this);//devicecontextforpainting//TODO:
Addyourmessagehandlercodehere//DonotcallCView:
:
OnPaint()forpaintingmessages
glLoadIdentity();
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glBegin(GL_POLYGON);
glColor4f(1.0f,0.0f,0.0f,1.0f);
glVertex2f(100.0f,50.0f);
glColor4f(0.0f,1.0f,0.0f,1.0f);
glVertex2f(450.0f,400.0f);
glColor4f(0.0f,0.0f,1.0f,1.0f);
glVertex2f(450.0f,50.0f);
glEnd();
glFlush();
}
这个程序的运行结果是黑色背景下的一个绚丽多彩的三角形。
这里你可以看到用OpenGL绘制图形非常容易,只需要几条简单的语句就能实现强大的功能。
如果你缩放窗口,三角形也会跟着缩放。
这是因为OnSize通过glViewport(0,0,width,height)定义了视口和视口坐标。
glViewport的第一、二个参数是视口左下角的像素坐标,第三、四个参数是视口的宽度和高度。
OnSize中的glMatrixMode是用来设置矩阵模式的,它有三个选项:
GL_MODELVIEW、GL_PROJECTION、GL_TEXTURE。
GL_MODELVIEW表示从实体坐标系转到人眼坐标系。
GL_PROJECTION表示从人眼坐标系转到剪裁坐标系。
GL_TEXTURE表示从定义纹理的坐标系到粘贴纹理的坐标系的变换。
glLoadIdentity初始化工程矩阵(projectmatrix);gluOrtho2D把工程矩阵设置成显示一个二维直角显示区域。
这里我们有必要说一下OpenGL命令的命名原则。
大多数OpenGL命令都是以"gl"开头的。
也有一些是以"glu"开头的,它们来自OpenGLUtility。
大多数"gl"命令在名字中定义了变量的类型并执行相应的操作。
例如:
glVertex2f就是定义了一个顶点,参数变量为两个浮点数,分别代表这个顶点的x、y坐标。
类似的还有glVertex2d、glVertex2f、glVertex3I、glVertex3s、glVertex2sv、glVertex3dv……等函数。
那么,怎样画三角形呢?
我们首先调用glColor4f(1.0f,0.0f,0.0f,1.0f),把红、绿、蓝分量分别指定为1、0、0。
然后我们用glVertex2f(100.0f,50.0f)在(100,50)处定义一个点。
依次,我们在(450,400)处定义绿点,在(450,50)处定义蓝点。
然后我们用glEnd结束画三角形。
但此时三角形还没画出来,这些命令还只是在缓冲区里,直到你调用glFlush函数,由glFlush触发这些命令的执行。
OpenGL自动改变三角形顶点间的颜色值,使之绚丽多彩。
还可通过glBegin再产生新的图形。
glBegin(GLenummode)参数有:
GL_POINTS,GL_LINES,GL_LINE_STRIP,GL_LINE_LOOP,GL_TRIANGLES,GL_TRIANGLE_STRIP,GL_TRIANGLE_FAN,GL_QUADS,GL_QUAD_STRIP,GL_POLYGON
在glBegin和glEnd之间的有效函数有:
glVertex,glColor,glIndex,glNormal,glTexCoord,glEvalCoord,glEvalPoint,glMaterial,glEdgeFlag
四.小结
1、如果要响应WM_SIZE消息,则一定要设置视口和矩阵模式。
2、尽量把你全部的画图工作在响应WM_PAINT消息时完成。
3、产生一个绘制环境要耗费大量的CPU时间,所以最好在程序中只产生一次,直到程序结束。
4、尽量把你的画图命令封装在文档类中,这样你就可以在不同的视类中使用相同的文档,节省你编程的工作量。
5、glBegin和glEnd一定要成对出现,这之间是对图元的绘制语句。
glPushMatrix()和glPopMatrix()也一定要成对出现。
glPushMatrix()把当前的矩阵拷贝到栈中。
当我们调用glPopMatrix时,最后压入栈的矩阵恢复为当前矩阵。
使用glPushMatrix()可以精确地把当前矩阵保存下来,并用glPopMatrix把它恢复出来。
这样我们就可以使用这个技术相对某个物体放置其他物体。
例如下列语句只使用一个矩阵,就能产生两个矩形,并将它们成一定角度摆放。
glPushMatrix();
glTranslated(m_transX,m_transY,0);
glRotated(m_angle1,0,0,1);
glPushMatrix();
glTranslated(90,0,0);
glRotated(m_angle2,0,0,1);
glColor4f(0.0f,1.0f,0.0f,1.0f);
glCallList(ArmPart);//ArmPart且桓鼍卣竺
glPopMatrix();
glColor4f(1.0f,0.0f,0.0f,1.0f);
glCallList(ArmPart);
glPopMatrix();
6、解决屏幕的闪烁问题。
我们知道,在窗口中拖动一个图形的时候,由于边画边显示,会出现闪烁的现象。
在GDI中解决这个问题较为复杂,通过在内存中生成一个内存DC,绘画时让画笔在内存DC中画,画完后一次用Bitblt将内存DC“贴”到显示器上,就可解决闪烁的问题。
在OpenGL中,我们是通过双缓存来解决这个问题的。
一般来说,双缓存在图形工作软件中是很普遍的。
双缓存是两个缓存,一个前台缓存、一个后台缓存。
绘图先在后台缓存中画,画完后,交换到前台缓存,这样就不会有闪烁现象了。
通过以下步骤可以很容易地解决这个问题:
1)要注意,GDI命令是没有设计双缓存的。
我们首先把使用InvalidateRect(null)的地方改成InvalidateRect(NULL,FALSE)。
这样做是使GDI的重画命令失效,由OpenGL的命令进行重画;
2)将像素格式定义成支持双缓存的(注:
PFD_DOUBLEBUFFER和PFD_SUPPORT_GDI只能取一个,两者相互冲突)。
pixelDesc.dwFlags=
PFD_DRAW_TO_WINDOW|
PFD_SUPPORT_OPENGL|
PFD_DOUBLEBUFFER|
PFD_STEREO_DONTCARE;
3)我们得告诉OpenGL在后台缓存中画图,在视类的OnSize()的最后一行加入:
glDrawBuffer(GL_BACK);
4)最后我们得把后台缓存的内容换到前台缓存中,在视类的OnPaint()的最后一行加入:
SwapBuffers(dc.m_ps.hdc)。
7、生成简单的三维图形。
我们知道,三维和二维的坐标系统不同,三维的图形比二维的图形多一个z坐标。
我们在生成简单的二维图形时,用的是gluOrtho2D;我们在生成三维图形时,需要两个远近裁剪平面,以生成透视效果。
实际上,二维图形只是视线的近裁剪平面z=-1,远裁剪平面z=1;这样z坐标始终当作0,两者没有本质的差别。
在上述基础之上,我们只做简单的变化,就可以生成三维物体。
1)首先,在OnSize()中,把gluOrtho2D(0.0,500.0*aspect,0.0,500.0)换成gluPerspective(60,aspect,1,10.0);这样就实现了三维透视坐标系的设置。
该语句说明了视点在原点,透视角是60度,近裁剪面在z=1处,远裁剪面在z=10.0处。
2)在RenderScene()中生成三维图形;实际上,它是由多边形组成的。
下面就是一个三维多边形的例子:
glMaterialfv(GL_FRONT_AND_BACK,GL_AMBIENT,RedSurface)
glBegin(GL_POLYGON);
glNormal3d(1.0,0.0,0.0);
glVertex3d(1.0,1.0,1.0);
glVertex3d(1.0,-1.0,1.0);
glVertex3d(1.0,-1.0,-1.0);
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