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@stepbystep 2015-01-30T17:49:44.000000Z 字数 7385 阅读 8204

C语言基于OpenGl绘制地球转动模型

实验楼

代码clone

本项目的代码已经上传到githup，通过如下命令可以下载代码

  1. git clone https://github.com/gostepbystep/EarthDemo.git

在配置好opengl和freeimage环境之后，运行效果图如下:

OpenGl简介

OpenGL是目前用于开发可移植的、可交互的2D和3D图形应用程序的首选环境，也是目前应用最广泛的计算机图形标准。OpenGL是SGI公司开发的一套的计算机图形处理系统，是图形硬件的软件接口，GL代表图形库（Graphics Library）。OpenGL具有可移植性，任何一个OpenGL应用程序无须考虑其运行环境所在平台与操作系统，在任何一个遵循OpenGL标准的环境下都会产生相同的可视效果。

OpenGL不是一种编程语言，而是一种API（Application Programming Interface，应用程序编程接口）。当我们说某个程序是基于OpenGL的或者说它是个OpenGL程序是，意思是说它是用某种编程语言如C或C＋＋编写的，其中调用了一个或多个OpenGL库函数。作为一种API，OpenGL遵循C语言的调用约定。

OpenGL主要包括三个函数库，它们是核心库、实用函数库和编程辅助库。核心库中包含了OpenGL最基本的命令函数。核心库提供了一百多个函数，这些函数都以”gl”为前缀，用来建立各种各样的几何模型、进行坐标变换、产生光照效果、进行纹理映射、产生雾化效果等所有的二维和三维图形操作。实用函数库是比核心库更高一层的函数库，它提供四十多个函数，这些函数都以”glu”为前缀。由于OpenGL是一个图形标准，是独立于任何窗口系统或操作系统的，在OpenGL中没有提供窗口管理和消息事件响应的函数，也没有鼠标和键盘读取事件的功能，所以在编程辅助库提供了一些基本的窗口管理函数、事件处理函数和简单的事件函数。这类函数以”aux”作为前缀。值得一提的是，目前AUX编程辅助库已经很大程度上被GLUT库取代了。以下介绍以GLUT库为例。

GLUT代表OpenGL应用工具包（OpenGL Utility Toolkit），是一个与窗口系统无关的工具包。它作为AUX库的功能更强的替代品，用于隐藏不同窗口系统API的复杂性。GLUT的子程序的前缀使用”glut”。

实验楼下安装OpenGl简介

linux 下安装OpenGl很简单，只需要安装其所需的库就好了
首先更新源, 实验楼下root密码是shiyanlou

  1. sudo apt-get update

安装OpenGL Library

  1. sudo apt-get install build-essential

安装OpenGL Utilities
OpenGL Utilities 是一组建构于 OpenGL Library之上的工具组，提供许多很方便的函式，使 OpenGL更强大且更容易使用。接下来我们安装OpenGL Utilities

  1. sudo apt-get install libgl1-mesa-dev

安装OpenGL Utility Toolkit
OpenGL Utility Toolkit 是建立在 OpenGL Utilities 上面的工具箱，除了强化了 OpenGL Utilities 的不足之外，也增加了 OpenGL 对于视窗介面支援。

  1. sudo apt-get install libglu1-mesa-dev

安装freeglut3-dev

  1. $sudo apt-get install freeglut3-dev

安装过程截图

测试安装环境

用桌面的gedit新建一个文件，输入如下内容

  1. #include <GL/glut.h>
  3. void init(void){
  4.     glClearColor(0.0,0.0,0.0,0.0);
  5.     glMatrixMode(GL_PROJECTION);
  6.     glOrtho(-5,5,-5,5,5,15);
  7.     glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
  8.     gluLookAt(0,0,10,0,0,0,0,1,0);
  9.     return;
  10. }
  12. void display(void){
  13.     glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
  14.     glColor3f(1.0,0,0);
  15.     glutWireTeapot(3);
  16.     glFlush();
  17.     return;
  18. }
  20. int main(int argc,char *argv[]){
  21.     glutInit(&argc,argv);
  22.     glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_SINGLE);
  23.     glutInitWindowPosition(0,0);
  24.     glutInitWindowSize(300,300);
  25.     glutCreateWindow("OpenGL #D View");
  26.     init();
  27.     glutDisplayFunc(display);
  28.     glutMainLoop();
  29.     return 0;
  30. }

保存在Code目录下的test.c文件，如下图:

在命令行输入如下命令，编译文件，并执行文件

  1. gcc test.c -o test -lGL -lGLU -lglut
  2. ./test

如出现下图，那么恭喜你，OpenGl已经配置成功了

地球模型实验

freeimage安装

因为需要贴纹理图，获取bmp文件内容。本项目使用freeimage获取

  1. sudo apt-get install libfreeimage3
  2. sudo apt-get install libfreeimage-dev

此后的编译命令需要在末尾加上 -lfreeimage，如下:

  1. gcc main.c -o main -lGL -lGLU -lglut -lfreeimage

知识点讲解

GLUT采用一种函数注册的机制来实现OpenGL绘图。它的一般流程是:

新建文件并测试

新建main.c文件。
把earth.bmp图片从clone的目录中拷贝到与main.c同一目录下。

用geidt修改代码为:

  1. #include <stdio.h>
  2. #include <stdlib.h>
  3. #include <GL/glut.h>
  4. #include <GL/gl.h>
  5. #include <GL/glu.h>
  6. #include <FreeImage.h>
  8. #define  GLUT_WHEEL_UP 3           //定义滚轮操作  
  9. #define  GLUT_WHEEL_DOWN 4  
  11. // 定义Bmp的结构体
  12. struct _AUX_RGBImageRec {
  13.     unsigned long sizeX;        // X方向大小
  14.     unsigned long sizeY;        // y方向大小
  15.     unsigned char *data;        // 数据地址
  16. };
  18. typedef struct _AUX_RGBImageRec AUX_RGBImageRec;
  20. /*
  21. **  定义变量
  22. */
  23. GLuint  texture[1];         // 存储一个纹理
  24. GLfloat rtri;               // 存储旋转变量,不断改变其值
  25. GLfloat zoom = 1.0f;        // 缩放程度,默认为1,用于方大和缩小
  26. GLfloat xpos = 0.f;         // x方向移动
  27. GLfloat ypos = 0.f;         // y方向移动
  30. /* 
  31. ** 利用freeimage加载bmp图像 
  32. ** 此函数在Linux系统上可以作为常用util调用
  33. */
  34. GLboolean LoadBmp(const char* filename,
  35.     AUX_RGBImageRec* texture_image) {
  37.     FREE_IMAGE_FORMAT fifmt = FreeImage_GetFileType(filename, 0);
  38.     FIBITMAP *dib = FreeImage_Load(fifmt, filename, 0);
  39.     dib = FreeImage_ConvertTo24Bits(dib);
  41.     int width = FreeImage_GetWidth(dib);
  42.     int height = FreeImage_GetHeight(dib);
  44.     BYTE *pixels = (BYTE*) FreeImage_GetBits(dib);
  45.     int pix = 0;
  47.     if (texture_image == NULL)
  48.     return FALSE;
  50.     texture_image->data = (BYTE *) malloc(width * height * 3);
  51.     texture_image->sizeX = width;
  52.     texture_image->sizeY = height;
  54.     for (pix = 0; pix < width * height; pix++) {
  55.         texture_image->data[pix * 3 + 0] = pixels[pix * 3 + 2];
  56.         texture_image->data[pix * 3 + 1] = pixels[pix * 3 + 1];
  57.         texture_image->data[pix * 3 + 2] = pixels[pix * 3 + 0];
  59.     }
  61.     FreeImage_Unload(dib);
  63.     return TRUE;
  64. }
  66. int LoadGLTextures()
  67.     // 载入位图(调用上面的代码)并转换成纹理
  68. {
  69.     int Status=FALSE; // 状态指示器
  70.     AUX_RGBImageRec *textureImage; // 创建纹理的存储空间
  71.     textureImage = malloc(sizeof(AUX_RGBImageRec));
  73.     // 载入位图，检查有无错误，如果位图没找到则退出
  74.     if ( LoadBmp("earth.bmp", textureImage) )
  75.     {
  76.         Status=TRUE; // 将 Status 设为 TRUE
  77.         glGenTextures(1, &texture[0]); // 创建纹理
  78.         // 使用来自位图数据生成 的典型纹理
  79.         glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture[0]);
  80.         // 生成纹理
  81.         glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, 3, textureImage->sizeX, textureImage->sizeY, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, textureImage->data);
  82.         glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GL_LINEAR); // 线形滤波
  83.         glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GL_LINEAR); // 线形滤波
  84.     }
  86.     if (textureImage) // 纹理是否存在
  87.     {
  88.         if (textureImage->data) // 纹理图像是否存在
  89.         {
  90.             free(textureImage->data); // 释放纹理图像占用的内存
  91.         }
  92.         free(textureImage); // 释放图像结构
  93.     }
  95.     return Status; // 返回 Status
  96. }
  98. // 初始化opengl
  99. void init(void){
  100.     // 载入文理
  101.     LoadGLTextures();
  103.     glEnable(GL_TEXTURE_2D);                // 启用纹理映射
  104.     glShadeModel(GL_SMOOTH);                // 启用阴影平滑
  105.     glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.5f);   // 黑色背景
  106.     glClearDepth(1.0f);                     // 设置深度缓存
  107.     glEnable(GL_DEPTH_TEST);                // 启用深度测试
  108.     glDepthFunc(GL_LEQUAL);                 // 所作深度测试的类型
  109.     glHint(GL_PERSPECTIVE_CORRECTION_HINT, GL_NICEST); // 真正精细的透视修正
  110. }
  112. /* 当窗口大小发生变化的时候调用 */
  113. void reshape (int w, int h)
  114. {
  115.     glViewport (0, 0, (GLsizei) w, (GLsizei) h);
  116.     glMatrixMode (GL_PROJECTION);
  117.     glLoadIdentity ( );
  118.     // 利用glOrtho创建一个正交平行的视景体
  119.     if (w <= h){
  120.         glOrtho (-1.5, 1.5, -1.5 * ( GLfloat ) h / ( GLfloat ) w,
  121.             1.5 * ( GLfloat ) h / ( GLfloat ) w, -10.0, 10.0 );
  122.     }
  123.     else{
  124.         glOrtho (-1.5 * ( GLfloat ) w / ( GLfloat ) h,
  125.             1.5 * ( GLfloat ) w / ( GLfloat ) h, -1.5, 1.5, -10.0, 10.0);
  126.     }
  128.     glMatrixMode ( GL_MODELVIEW );
  129.     glLoadIdentity ( ) ;
  130. } 
  132. /* 定义对键盘的响应函数 */
  133. void keyboard ( unsigned char key, int x, int y)
  134. {
  135.     /*按Esc键退出*/
  136.     switch (key) {
  137.         case 27:
  138.             exit ( 0 );
  139.             break;
  140.         // 按下+的时候zoom缩放增加
  141.         case '+':
  142.             zoom += 0.03;
  143.             break;
  144.         // 按下-的时候zoom缩放减少
  145.         case '-':
  146.             zoom -= 0.03;
  147.             break;
  148.         // w,s 分别使模型上下移动
  149.         case 'w':
  150.             ypos += 0.03;
  151.             break;
  152.         case 's':
  153.             ypos -= 0.03;
  154.             break;
  155.         // a,d 分别使模型左右移动
  156.         case 'a':
  157.             xpos -= 0.03;
  158.             break;
  159.         case 'd':
  160.             xpos += 0.03;
  161.             break;
  162.     }
  164.     printf("Enter Key %c zoom=%f, xpos=%f, ypos=%f \n", key);
  165. } 
  167. void display(void){
  168.     glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT); // 清除屏幕和深度缓存
  169.     glLoadIdentity(); // 重置当前的模型观察矩阵
  171.     // 此处加上xpos,ypos 产生移动效果
  172.     glTranslatef(0.0f+xpos,0.0f+ypos,-5.0f); // 移入屏幕 5 个单位
  173.     // 此处进行缩放,x,y,z方向均按此比例缩放
  174.     glScalef(zoom, zoom, zoom); 
  176.     glRotatef(rtri,0.0f,1.0f,0.0f); // 绕Y轴旋转
  177.     glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture[0]);
  178.     glBegin(GL_QUADS);//绘制四边形
  179.     GLUquadric* quadricObj=gluNewQuadric(); //gluNewQuadric 创建一个新的二次曲面对象
  180.     gluQuadricTexture(quadricObj,GL_TRUE);
  181.     gluSphere(quadricObj,1,100,100);  //参数1：二次曲面对象指针，参数2：球半径，参数3：Z轴方向片数，经度方向，参数4：Y轴方向片数，维度方向
  182.     gluDeleteQuadric(quadricObj); //gluDeleteQuadric 删除一个二次曲面对象
  183.     glEnd();//结束绘制
  185.     // 通知硬件绘制图形
  186.     glFinish();
  187.     return;
  188. }
  190. /* 处理鼠标事件 */
  191. void processMouse(int button, int state, int x, int y)  
  192. {  
  193.     if (state == GLUT_UP && button == GLUT_WHEEL_UP)                    
  194.     {   // 滚轮向上,表示方大,增加缩放比例
  195.         zoom += 0.02;  
  196.         glutPostRedisplay();  
  197.     }  
  198.     if (state == GLUT_UP && button == GLUT_WHEEL_DOWN)  
  199.     {  
  200.         // 滚轮向下,表示缩小,减少缩放比例
  201.         if(zoom > 0.02){
  202.             // 防止zoom太小
  203.             zoom -= 0.02;  
  204.         }
  206.         glutPostRedisplay();  
  207.     }  
  208. }  
  210. // 自动旋转函数,用于修改绘制时所需要的参数
  211. void changeParam( void )
  212. {
  213.     rtri += 0.05f;          // 旋转变量自动加上0.05
  214.     glutPostRedisplay ();
  215. } 
  219. int main(int argc,char *argv[]){
  220.     /* GLUT环境初始化*/
  221.     glutInit (&argc, argv);
  222.     /* 显示模式初始化 */
  223.     glutInitDisplayMode (GLUT_SINGLE | GLUT_RGB | GLUT_DEPTH);
  224.     /* 定义窗口大小 */
  225.     glutInitWindowSize(600,600);
  226.     /* 定义窗口位置 */
  227.     glutInitWindowPosition (400, 400);
  228.     /* 显示窗口，窗口标题为执行函数名 */
  229.     glutCreateWindow("EarthDemo");
  231.     /* 调用OpenGL初始化函数 */
  232.     init ( );
  233.     /* 注册OpenGL绘图函数 */
  234.     glutDisplayFunc ( display );
  235.     /* 注册窗口大小改变时的响应函数 */
  236.     glutReshapeFunc ( reshape );
  237.     /* 注册键盘响应函数 */
  238.     glutKeyboardFunc ( keyboard );
  239.     /* 注册鼠标事件 */
  240.     glutMouseFunc( processMouse );
  241.     /* 注册自动旋转的函数 */
  242.     glutIdleFunc( changeParam );    
  243.     /* 进入GLUT消息循环，开始执行程序 */
  244.     glutMainLoop( );
  246.     return 0;
  247. }

编译代码
编译命令需要在末尾加上 -lfreeimage

  1. gcc main.c -o main -lGL -lGLU -lglut -lfreeimage

执行代码

  1. ./main

执行结果
点击如下地址，可以查看视频录制结果
http://7u2m19.com1.z0.glb.clouddn.com/earth-out-2.ogv

项目总结

OpenGl 在linux上做一些简单的界面显示效果非常好的。用起来也很方便，大家可以参考NeHe OpenGl教程学习相关知识。

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