【OpenGL】创建窗口（二）

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在 这篇文章 中我们介绍了使用 glut 库来创建和管理窗口，这里我们再介绍另外两个可用于 OpenGL 窗口管理的库 glfw 和 SFML。

glfw

glfw 是一个专门针对 OpenGL 编写的 C 语言库，它提供了渲染物体所需的最低限度的接口。

配置环境

下载 glfw，可以下载编译好的二进制包，也可以下载源代码；这里我们下载源代码，然后手动进行编译。

源码中没有工程文件，需要手动创建一个工程，然后进行配置。这个过程比较笨重，可以使用一个工程文件生成工具 CMake，它可以使用预定义好的 CMake 脚本自动生成工程文件。

  • 第一步，点击 Browse Source 按钮，选择源路径，这里选择 glfw 的根目录；
  • 第二步，点击 Browse Build 按钮，选择生成的项目文件存放位置，可以在 glfw 根目录下新建一个 build 目录；
  • 第三步，点击 Configure 按钮，选择要生成的项目类型，如果是 Windows 平台则选择电脑上安装的 vs 版本即可；
  • 第四步，Generate 按钮，则会在 build 目录下生成一个 vs 解决方案文件；
  • 第五步，打开 glfw.sln，生成项目 glfw，会生成一个 glfw3.lib，这是一个静态链接库文件；如果要生成动态链接库，把项目属性改成动态链接库就行了。

使用的方法就很简单了，和之前使用 glew 一样，三步曲操作：

  • 把 glfw3.h 和 glfw3native.h 文件拷贝到 vs 目录下或项目目录下；
  • 把 glfw3.lib 拷贝到 vs 目录下或项目目录下；
  • 如果是使用动态链接库的形式，把 glfw3.dll 拷贝到系统目录下或项目可执行文件目录下。

之前使用 glut 的时候不需要配置环境，只需要引入头文件 glut.h，那是因为这个头文件帮我们做了很多事情。打开 glut.h，可以看到下面几行代码。

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#pragma comment (lib, "winmm.lib")     /* link with Windows MultiMedia lib */
#pragma comment (lib, "opengl32.lib")  /* link with Microsoft OpenGL lib */
#pragma comment (lib, "glu32.lib")     /* link with OpenGL Utility lib */
#pragma comment (lib, "glut32.lib")    /* link with Win32 GLUT lib */

#include <GL/gl.h>
#include <GL/glu.h>

#pragma comment 命令用于添加要使用的静态库，其作用和在 链接器->输入 添加相应的库是一样的。在 glut.h 中添加了对 OpenGL 核心库 opengl32.lib，实用库 glu32.lib 和工具库 glut32.lib 的引用。还 include 了 gl.h 和 glu.h 这两个头文件，所以在我们的项目中只需要 incldue glut.h 即可。

现在我们使用 glfw 库来代替 glut 库，则需要手动添加对 opengl32.lib, glu32.lib, glfw3.lib 的引用，还要在 #include <glfw3.h> 之前 include gl.h 和 glu.h 这两个头文件。如果想省略这些工作，可以模仿 glut.h，在 glfw3.h 中添加下面的代码。

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#pragma comment (lib, "opengl32.lib")  /* link with Microsoft OpenGL lib */
#pragma comment (lib, "glu32.lib")     /* link with OpenGL Utility lib */
#pragma comment(lib, "glfw3.lib")

#include <GL/gl.h>
#include <GL/glu.h>

创建窗口

先上完整的代码。

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#include <GL\glew.h>
#include <GLFW\glfw3.h>
#include <iostream>

int main(int argc, char** argv)
{
	glfwInit();
	glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 4);
	glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 4);
	glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);
	glfwWindowHint(GLFW_RESIZABLE, GL_FALSE);

	GLFWwindow* window = glfwCreateWindow(400, 400, "Shader", nullptr, nullptr);
	if (window == nullptr)
	{
		return 1;
	}
	glfwMakeContextCurrent(window);

	glewExperimental = true;
	if (GLEW_OK != glewInit())
	{
		return 2;
	}

	GLint width, height;
	glfwGetFramebufferSize(window, &width, &height);
	glViewport(0, 0, width, height);
	
	glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
	while (!glfwWindowShouldClose(window))
	{
		glfwPollEvents();
		glfwSwapBuffers(window);
	}

	glfwTerminate();
	return 0;
}
  • 注意 glew.h 在所有 OpenGL 头文件中必须第一个 include。
  • glfwInit 用于初始化 glfw。
  • glfwWindowHint 用于初始化 OpenGL 参数。

    GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR 指定 OpenGL Context 的主版本号。
    GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR 指定 OpenGL Context 的次版本号，这两个版本号均不能高于系统上的 OpenGL 版本。
    GLFW_OPENGL_PROFILE 指定使用的 OpenGL 模式为核心模式。
    GLFW_RESIZEABLE 指定窗口是否可以改变大小，如果设置成 false，则窗口大小不能改且最大化按钮不能用。

  • glfwCreateWindow 创建一个窗口，前两个参数设置窗口宽高，第三个参数设置窗口标题，最后两个参数设置为空即可。
  • glfwMakeContextCurrent 把创建的窗口设置成 OpenGL Context。

    前面讲过 Context 是 OpenGL 状态的合集，没有 Context，OpenGL 将不存在；之前使用 glut 只要创建出窗口就行了，使用 glfw 要手动把窗口设置成 OpenGL 的 Context。

  • glViewport 来设置视口大小，这一步暂时不设置也行，其默认的视口大小就是窗口初始的大小，后面讲到摄像机的时候会再讨论视口的知识。
  • glfwGetFramebufferSize 可以得到窗口的大小，这个函数中在窗口大小改变时很有用。
  • 最后我们使用一个 while 循环让程序阻塞，在 while 循环条件中调用 glfwWindowShouldClose 函数判断窗口是否关闭，如果关闭则跳出循环。

    glut 阻塞程序的方式是使用 glMainLoop 函数。

  • 在 while 循环中先调用 glfwPollEvents 处理窗口事件，然后开始渲染，glfwSwapBuffers 和 glutSwapBuffers 的作用是一样的。
  • 最后窗口关闭时调用 glfwTerminate 来释放 glfw 分配的内存。

整个过程很简单，在前面的例子中我们都会使用一个 init 函数来初始化一些数据，然后使用一个 render 或 display 函数来进行渲染，在 glut 中是在 glutCreateWindow 之后调用 init 函数，然后使用 glutDisplayFunc(display) 来注册回调函数。在 glfw 中同样是在 glfwCreateWindow 之后调用 init 函数，然后在 while 循环中调用 display 函数即可。这里有一点不同的是在 glut 中，display 只有在窗口改变时才会调用，而在 glfw 中 display 函数是每一帧都会调用的。

键盘事件

glfw 中的键盘事件是通过回调函数设置的，函数原型如下。

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void key_callback(GLFWwindow* window, int key, int scancode, int action, int mode);
  • 第二个参数是按下的键的 ascii 码；
  • 第三个参数暂没用到；
  • 第四个参数表示当前是按下动作 GL_PRESS 还是松开动作 GL_RELEASE；
  • 第五个参数表示当前是否按下 Ctrl, Alt, Shift 等特殊键。

注册事件方法如下。

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glfwSetKeyCallback(window, key_callback);

下面是一个实例。

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void key_callback(GLFWwindow* window, int key, int scancode, int action, int mode)
{
	if (key == GLFW_KEY_ESCAPE && action == GLFW_RELEASE)
	{
		glfwSetWindowShouldClose(window, GL_TRUE);
	}
	else if (mode == GLFW_MOD_CONTROL && action == GLFW_RELEASE)
	{
		if (key == GLFW_KEY_1)
		{
			vertices[0] -= 0.1f;
			glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
			glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);
		}
		else if (key == GLFW_KEY_2)
		{
			vertices[0] += 0.1f;
			glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
			glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);
		}
	}
}

在这个回调函数里，首先检测到按下 esc 键然后松开，则把窗口关闭；然后检测按下 ctr+1 或 ctr+2 键松开，修改顶点数据，在下一帧绘制的时候就会生效。

鼠标事件

glfw 中鼠标事件共四种，分别是移动鼠标事件、鼠标进入离开事件、鼠标按键事件和鼠标滚轮事件。

移动鼠标事件

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glfwSetCursorPosCallback(window, mouse_callback);
void mouse_callback(GLFWwindow* window, double x, double y);

x y 是当前鼠标相对于窗口的位置。

鼠标进入离开事件

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glfwSetCursorEnterCallback(window, mouse_enter_callback);
void mouse_enter_callback(GLFWwindow* window, int enter);

enter 等于 0 表示鼠标离开，enter 等于 1 表示鼠标进入。

鼠标按键事件

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glfwSetMouseButtonCallback(window, mouse_down_callback);
void mouse_down_callback(GLFWwindow* window, int button, int action, int mods);
  • 第二个参数指按下的是哪个键，取值范围有 GLFW_MOUSE_BUTTON_LEFT, GL_MOUSE_BUTTON_MIDDLE, GL_MOUSE_BUTTON_RIGHT；
  • 第三个参数表示是按下动作还是松开动作；
  • 最后一个参数表示当前是否有按下 ctrl, shift, alt 键。

鼠标滚轮事件

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glfwSetScrollCallback(window, mouse_scroll_callback);
void mouse_scroll_callback(GLFWwindow* window, double xoffset, double yoffset);

xoffset 和 yoffset 表示两个方向的滚动值，一般的鼠标滚动事件都只有垂直方向，即 xoffset 恒定为 0，yoffset = 1 表示向上滚动，yoffset = -1 表示向下滚动。

SFML

SFML，全称是简单快速的多媒体库，用于快速构建 PC 上的多媒体应用和游戏，其本身内嵌了 OpenGL，能够快速创建 OpenGL Context，而且无需包含其它库。SFML 比 freeglut 功能更强大，使用起来也简单，除了 OpenGL 环境，SFML 本身包括 系统、窗口、图形、网络、音频 五个模块，窗口模块用于创建 OpenGL 环境，其它模块可快速实现 OpenGL 之外的功能。

关于 SFML，有专门的 系列文章 介绍，这里就不展开讲了。