基于Qt的OpenGL(一)：OpenGL理论及QOpenGLWidget

框架：OpenGL3.3、Qt 5.12.3MinGW（3.2以前是传统模式(固定管线模式-已被丢弃)，3.3是现在模式(可编程管线)）
优势：安装简单，Qt已经封装好了，如GLFW和GLAD。自己有支持OpenGL的窗口。

介绍：OpenGL是Open Graphics Library的缩写，它是由Khronos组织制定并维护的一个规范。OpenGL的核心库是用C语言编写，但同时也支持多种语言的派生。
核心模式：3.3以后版本新推出的模式，也叫现在模式或可编程模式。
GPU渲染是一个流水线：比如输入一大堆零件，出来一个小坦克。首先把顶点位置给顶点着色器，接着装备成一个具体的图元，第三步利用几何着色器做一些图形的修改，第四步把图形变成一个个的像素，第五步是上色，第六步是融合，如像素遮挡、透明度等。
下图中蓝色的部分是3.3之后版本的不同：

OpenGL的状态通常被叫做上下文。OpenGL本身是一个巨大的状态机，我们通过改变一些上下文变量来改变OpenGL状态，从而告诉OpenGL如何去绘图。

比如给一堆点，如果没有上下文，电脑并不知道是要这些点怎么办，是连线呢，还是亮与不亮，还是一个三角形等等。

OpenGL的代码分为两种：

• 状态设置：glXXX等函数，状态的改变。
• 状态应用：使用现有状态来绘图。

对象：在OpenGL的代码里，有一个非常重要的概念是对象。一个对象是指一些选项的集合，代表OpenGL状态的一个子集。例如可以用一个对象来代表绘图窗口的设置：大小，颜色位数等。OpenGL就是一个大的结构体，对象就是其中的元素。

以下部分对接下来的OpenGL代码理解非常重要

//OpenGL有自己的数据类型，这样的好处是支持跨平台，和平台无关。，但改成uint也没问题
GLuint objectid = 0;//用以记录对象的ID
glGenObject(1,&objectid);//创建一个对象,并把该对象的ID赋给变量
//绑定对象至上下文
glBindObject(GL_WINDOW_TARGET,objectld);//用对象记录状态机的子集GL_WINDOW_TARGET的变化
//改变子集的状态
glSetObjectOption(GL_WINDOW_TARGET,GL_OPTION_WINDOW_WIDTH,800);
glSetObjectOption(GL_WINDOW_TARGET,GL_OPTION_WINDOW_HEIGHT,600);
//解绑
glBindObject(GL_WINDOW_TARGET,0);//不用记录就绑0，这时候对象可以休息了，需要查看记录只需要喊过来即可。

QOpenGLWidget：不需要GLFW

Qt提供了QOpenGLWidget窗口类，可以在该类中写OpenGL的代码。QOpenGLWidget提供了三个便捷的虚函数，可以重载用来实现经典的OpenGL任务：

• paintGL：渲染OpenGL场景，widget需要更新时调用
• resizeGL：设置OpenGL视口，投影等。widget首次显示或调整大小时调用
• initializeGL：设置OpenGL资源和状态，第一次调用resizeGL或paintGL之前调用一次

需要注意的是：

• 如果需要从paintGL()以外的位置触发重新绘制(典型示例是使用计时器设置场景动画)，则应调用widget的update()函数来安排更新。
• 调用paintGL()、resizeGL()或initializeGL()时，widget的OpenGL呈现上下文将变为当前，如果需要从其他位置调用标准OpenGL API函数，则必须首先调用makeCurrent()。
• 在paintGL()以外的地方调用绘制函数，没有意义，因为绘制函数最终将被paintGL()覆盖。
• 我们编程的函数都是函数指针，只有指针指向内存里的函数才会被调用，而这个工作是由QOpenGLFunctions_X_X_Core完成。QOpenGLFunctions_X_X_Core提供OpenGL X.X版本核心模式的所有功能，是对OpenGL函数的封装。在initializeOpenGLFunctions 之前，会有很指针都是空的，运行之后就会报错，当initializeOpenGLFunctions 执行后，指针都指向了实际的函数，参数就可以传递到显卡的内存中，就可以调用了。

使用QOpenGLWidget

• 第一步：在ui界面拖拽一个OpenGLWidget
  
• 第二步：添加一个类，继承QOpenGLWidget和QOpenGLFunctions_3_3_Core，并将第一步的对象提升为该类。代码如下：
  

#ifndef MYOPENGLWIDGET_H
#define MYOPENGLWIDGET_H
#include <QOpenGLWidget>
#include <QOpenGLFunctions_3_3_Core>
class myopenglwidget : public QOpenGLWidget,QOpenGLFunctions_3_3_Core
{
    Q_OBJECT
public:
    explicit myopenglwidget(QWidget *parent = nullptr);
protected:
    virtual void initializeGL();
    virtual void resizeGL(int w, int h);
    virtual void paintGL();
signals:
public slots:
};
#endif // MYOPENGLWIDGET_H

#include "myopenglwidget.h"
myopenglwidget::myopenglwidget(QWidget *parent) : QOpenGLWidget(parent)
{
}
void myopenglwidget::initializeGL()
{
    initializeOpenGLFunctions();
}
void myopenglwidget::resizeGL(int w, int h)
{
}
void myopenglwidget::paintGL()
{
    glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f);
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
}

接下来进入到几个比较重要的知识点环节

• 标准化设备坐标(Normalized Device Coordinates, NDC)：顶点着色器中处理过后，就变成标准化设备坐标了，x、y、z的值在-1.0 ~ 1.0之间，落在范围外的坐标都将被裁剪。
• 顶点着色器：其会在GPU上创建内存， 用于存储我们的顶点数据。通过顶点缓冲对象(Vertex Buffer Objects，VBO)管理。顶点缓冲对象的缓冲类型是GL_ARRAY_BUFFER，绑定这种类型的缓冲，就是绑定显卡的某个区域，就可以把数据从内存放到显卡。那么显卡如何解释这些内存呢？通过顶点数组对象(Vertex Array Objects，VAO)管理，其类型不像VBO不固定，类型唯一，用于GPU解释数据，如Array中的Pos，Color等。VAO并不保存实际数据，而是存放顶点结构定义。

• 下面一段代码有助于进一步理解：

//创建VAO和VBO对象，并赋予ID
unsigned int VBO,VAO;
glGenVertexArrays(1,&VAO);//顶点数组用来存数据的结构
glGenBuffers(1,&VBO);//缓冲区用来存放顶点数据
//绑定VBO和VAO对象
glBindVertexArray(VAO);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER,VBO);
//为当前绑定到数据的缓冲区对象开辟一个新的数据空间，如果数据不为空，则数据从内存传到显存
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER,sizeof(vertices),vertices,GL_STATIC_DRAW);
//告知显卡如何解析传过去的数据，该过程会被VAO偷偷记录
glVertexAttribPointer(0,3,GL_FLOAT,GL_FALSE,3*sizeof(float),(void*)0);//第0个属性、三个值、浮点型、不需要标准化，步长，偏移量
//开启VAO管理的第一个属性值
glEnableVertexAttribArray(0);
//小助理可以休息了，养成好习惯，因为以后有很多的小助理
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER,0);
glBindVertexArray(0);

• 索引缓冲对象：(Element Buffer Object，EBO，也叫Index Buffer Object，IBO)在OpenGL或计算机图形学的世界里面，东西都是由三角形组成的，所以画一个矩形原本需要4个点，但是两个三角形有6个点，重复了2个点，不必要的开销为50%。