第一课:打开一个窗口

导语

欢迎来到第一课 !

在学习OpenGL之前,我们将先学习如何生成,运行,和玩转课程中的代码。

预备知识

本课程不需要特别的预备知识。如果您学过编程语言(C、Java、Lisp、Javascript等),理解起课程代码来会快一些;但这并非必需的;如果没有编程经验,那也不要紧,只不过是同时学习两样东西(编程语言+OpenGL)而已。

为了让代码尽量简单,我特意用“傻瓜式C++”编写了所有课程代码。代码中没有模板(template)、类或指针。也就是说,即使您只懂Java也能理解所有内容。

忘记一切

像前面讲的那样,本课程无需预备知识;不过,请您先把glBegin()这类“旧版OpenGL”的东西忘掉吧。 多数网上教程还在讲“旧版OpenGL”(OpenGL 1、2)。但在这里,您将学到新版OpenGL(OpenGL 3、4)。所以,为了不让您的脑袋乱成一锅粥,请先把过时的知识清空吧。

生成课程中的代码

所有课程代码都能在Windows、Linux、和Mac上生成,过程大体相同:

  1. 更新驱动 !!赶快更新吧。别怪我没提醒您哟。
  2. 下载C++编译器
  3. 安装CMake
  4. 下载全部课程代码
  5. 用CMake创建工程
  6. 编译工程
  7. 试试这些例子!

各平台的详细过程如下。您可能要根据实际情况做些调整。若不确定,请按照Windows平台说明操作。

##在Windows上生成

  1. 更新驱动。请直接去NVIDIA或者AMD的官网下载。若不清楚GPU的型号,请在:控制面板->系统和安全->系统->设备管理器->显示适配器 查看。如果是Intel集成显卡,一般由OEM(Dell、HP…)提供驱动。
  2. 建议用Visual Studio 2010 Express来编译。这里可以免费下载。若您偏爱MinGW,推荐使用Qt Creator。IDE可根据个人喜好选择。下列步骤是按Visual Studio讲解的,其他IDE差别不大。
  3. 这里下载安装CMake
  4. 下载课程源码,解压到C:\Users\XYZ\Projects\OpenGLTutorials\
  5. 启动CMake。将第一栏路径指向刚才解压缩的文件夹;不确定就选包含CMakeLists.txt的文件夹。第二栏填CMake输出路径。例如C:\Users\XYZ\Projects\OpenGLTutorials-build-Visual2010-32bits\,或者C:\Users\XYZ\Projects\OpenGLTutorials\build\Visual2010-32bits\。注意,此处可随意填写,不一定要和源码在同一文件夹。

CMake

  1. 点击Configure。由于是首次configure工程,CMake会让您选择编译器。根据步骤1选择。如果您的系统是Windows 64 bit的,选64 bit。不清楚就选32 bit。
  2. 再点Configure直至红色警告全部消失。点Generate。Visual Studio工程创建完毕。到这里就不再需要CMake了,可以卸载掉。
  3. 打开C:\Users\XYZ\Projects\OpenGLTutorials-build-Visual2010-32bits\会看到Tutorials.sln文件,用Visual Studio打开它。

directories

Build菜单中,点Build All。每个课程代码和依赖项都将编译。生成的可执行文件会出现在 C:\Users\XYZ\Projects\OpenGLTutorials\。这一步一般没什么问题。

visual_2010

  1. 打开C:\Users\XYZ\Projects\OpenGLTutorials\playground,运行playground.exe,会弹出一个黑色窗口。

empty_window

也可以在Visual Studio中运行任意一课的代码,但必须先设置工作目录:右键点击Playground,选择Debugging、Working Directory、Browse,设置路径为C:\Users\XYZ\Projects\OpenGLTutorials\playground\。验证一下。再次右键点击Playground,“Set as startup project”。按F5就可以调试了。

StartupProject

###在Linux上生成###

Linux版本众多,这里不可能列出所有的平台。可根据实际情况自行调整,也不妨看一下发行版文档。

  1. 安装最新驱动。强烈推荐闭源的二进制驱动;不开源但是好用。如果发行版不提供自动安装,试试Ubuntu指南
  2. 安装必需的编译器、工具和库。完整清单如下: cmake make g++ libx11-dev libgl1-mesa-dev libglu1-mesa-dev libxrandr-dev libxext-dev。命令行是sudo apt-get install 或者 su && yum install
  3. 下载课程源码并解压到 ~/Projects/OpenGLTutorials/
  4. 输入如下命令 :
    • cd ~/Projects/OpenGLTutorials/
    • mkdir build
    • cd build
    • cmake ..
  5. build目录下多了一个刚刚创建的makefile文件
  6. 键入“make all”。每个课程代码和依赖项都会被编译。生成的可执行文件在 ~/Projects/OpenGLTutorials/。应该不会出什么错误。
  7. 打开~/Projects/OpenGLTutorials/playground,运行./playground会弹出一个黑色窗口。

提示:推荐使用Qt Creator作为IDE。值得一提的是,Qt Creator原生支持CMake,调试很方便。如下是QtCreator使用说明:

  1. 在QtCreator中打开Tools->Options->Compile->Execute->CMake
  2. 设置CMake路径。比如 /usr/bin/cmake
  3. File->Open Project;选择 tutorials/CMakeLists.txt
  4. 选择生成目录,最好选择tutorials文件夹外面
  5. 还可以在参数栏中设置 -DCMAKE_BUILD_TYPE=Debug。验证一下。
  6. 点击下面的锤子图标。现在教程可以从tutorials/文件夹启动了。
  7. 要想在QtCreator中运行教程源码,点击Projects->Execution parameters->Working Directory,选择着色器、纹理和模型所在目录。以第二课为例:~/opengl-tutorial/tutorial02_red_triangle/

##在Mac上生成 Mac OS不支持OpenGL 3.3。最近,搭载MacOS 10.7 Lion和兼容型GPU的Mac机可以跑OpenGL 3.2了,但3.3还不行;所以我们用2.1移植版的课程代码。除此外,其他步骤和Windows类似(也支持Makefiles,此处不赘述):

  1. 从Mac App Store安装XCode
  2. 下载 CMake,安装.dmg。无需安装命令行工具。
  3. 下载课程源码(2.1版!!)解压到如~/Projects/OpenGLTutorials/
  4. 启动CMake (Applications->CMake)。将第一栏路径指向刚才解压缩的文件夹,不确定就选包含CMakeLists.txt的文件夹。第二栏填CMake输出路径。例如~/Projects/OpenGLTutorials_bin_XCode/。注意,这里可以随便填,不一定要和源码在同一文件夹。
  5. 点击Configure。由于是首次configure工程,CMake会让您选择编译器。选择Xcode。
  6. 再点Configure直至红色警告全部消失。点Generate。Xcode项目创建完毕。到这里就不再需要CMake了,可以卸载掉。
  7. 打开~/Projects/OpenGLTutorials_bin_XCode/会看到Tutorials.xcodeproj文件:打开它。
  8. 选择一课,在Xcode的Scheme面板上点击Run按钮编译和运行:

Xcode-projectselection

##关于Code::Blocks的说明 由于C::B和CMake中各有一个bug,您必须在Project->Build->Options->Make commands中手动设置编译命令,如下图所示:

CodeBlocksFix

同时您还得手动设置工作目录:Project->Properties->Build targets->tutorial N->execution working dir(即src_dir/tutorial_N/)。

运行课程例子

一定要在正确的目录下运行课程例子:您可以双击可执行文件;如果想用命令行,请用cd命令切换到正确的目录。

若想从IDE中运行程序,别忘了看看上面的说明——先正确设置工作目录。

如何学习本课程

每课都附有源码和数据,可在tutorialXX/找到。不过,建议您先不要改动这些工程,而是将它们作为参考;推荐您在playground/playground.cpp中做试验,怎么折腾都行。要是弄乱了就去粘一段课程代码,一切就会恢复正常。

我们会在整个教程中提供代码片段。不妨一边看教程,一边把代码复制到playground里调试。动手实验才是王道。单纯看别人写好的代码学不了多少东西。即便只是粘贴一下代码,也会碰到不少问题。

打开一个窗口

终于到了写OpenGL代码的时刻! 呵呵,其实还没到真正写OpenGL代码的时刻。有些教程喜欢讲一些“底层”的细节,好让您清楚每一步的原理。这些内容往往索然无味,而且用处也不大。因此,我们直接把窗口、键盘消息等细节交给第三方库GLFW来处理。您也可以使用Windows的Win32 API、Linux的X11 API,或Mac的Cocoa API;或者SFML、FreeGLUT、SDL等库,请参见链接页

开工啦。从处理依赖库开始:我们要用一些基本库在控制台显示消息:


// Include standard headers
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

然后是GLEW库。其原理我们以后再说。


// Include GLEW. Always include it before gl.h and glfw.h, since it's a bit magic.
#include <GL/glew.h>

我们使用GLFW库处理窗口和键盘消息,把它也包含进来:


// Include GLFW
#include <GL/glfw3.h>

下文中的GLM是个很有用3D数学库,我们暂时用不到,但很快就会派上用场。GLM库很好用,但也没什么神奇的,您不妨自己试着写一个。添加“using namespace”,这样就可以不用写“glm::vec3”,直接写“vec3”。


// Include GLM
#include <glm/glm.hpp>
using namespace glm;

把这些#include都粘贴到playground.cpp。编译时编译器报错,说缺少main函数,那就创建一个呗:


int main(){

首先初始化GLFW :


// Initialise GLFW
if( !glfwInit() )
{
    fprintf( stderr, "Failed to initialize GLFW\n" );
    return -1;
}

终于可以创建我们的第一个OpenGL窗口啦!


glfwWindowHint(GLFW_SAMPLES, 4); // 4x antialiasing
glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3); // We want OpenGL 3.3
glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 3);
glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_FORWARD_COMPAT, GL_TRUE); // To make MacOS happy; should not be needed
glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE); //We don't want the old OpenGL

// Open a window and create its OpenGL context
GLFWwindow* window;
window = glfwCreateWindow(1024, 768, "Totorial 01", NULL, NULL);

if (window == NULL)
{
    fprintf( stderr, "Failed to open GLFW window\n" );
    glfwTerminate();
    return -1;
}

// Initialize GLEW
glfwMakeContextCurrent(window);
glewExperimental=true; // Needed in core profile
if (glewInit() != GLEW_OK) {
    fprintf(stderr, "Failed to initialize GLEW\n");
    return -1;
}

生成并运行。一个窗口弹出后立即关闭了。可不是嘛,还没设置等待用户按Esc键再关闭呢:


// Ensure we can capture the escape key being pressed below
glfwSetInputMode(window, GLFW_STICKY_KEYS, GL_TRUE);

do{
    // Draw nothing, see you in tutorial 2 !

    // Swap buffers
    glfwSwapBuffers(window);

} // Check if the ESC key was pressed or the window was closed
while( glfwGetKey(window, GLFW_KEY_ESCAPE) != GLFW_PRESS &&
glfwWindowShouldClose(window) == 0);

第一课就到这啦!第二课会教大家绘制三角形。