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OpenGL之GLFW入門學習

阿新 • • 發佈：2019-02-12

本學期開設了計算機圖形學課程，但是用的是glut+OpenGL的組合。然而蘋果已經在N年前就棄用了這個庫，只能尋找替代品了。今天就入門一下GLFW庫。

本篇不講安裝，安裝請自行百度

官網上給了一個簡單的例子來說明如何使用

#include <GLFW/glfw3.h>

int main(void)
{

    GLFWwindow* window;

    /* 初始化glfw庫 */
    if (!glfwInit())
        return -1;

    /* 建立一個視窗和它的OpenGL上下文 */
    window = glfwCreateWindow(640, 480
 
, "Hello World", NULL, NULL);
    if (!window)
    {
        /* 沒有建立會返回NULL */
        glfwTerminate();
        return -1;
    }

    /* 設定當前的視窗上下文 */
    glfwMakeContextCurrent(window);

    /* 迴圈，直到使用者關閉視窗 */
    while (!glfwWindowShouldClose(window))
    {
        /* 在這裡做渲染 */
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

        /* 交換緩衝區，即在window上更新內容 */
 

        glfwSwapBuffers(window);

        /* 輪詢事件 */
        glfwPollEvents();
    }

    glfwTerminate();
    return 0;
}

下面說一說基本的使用

引用標頭檔案

#include <GLFW/glfw3.h>

要注意的是，引用了這個標頭檔案之後就不要再引用你自己的OpenGL標頭檔案了，如果是Windows系統，<windows.h>也不必引用了。

GLFW還特意強調了，某些平臺（Windows就是你）只提供了舊版本OpenGL標頭檔案，需要使用一個Extension loader library

。

如果使用這種庫，請在引用GLFW庫之前引用它，比如glad庫

#include <glad/glad.h>
#include <GLFW/glfw3.h>

初始化GLFW

if (!glfwInit())
{
    // 初始化失敗執行的操作
}

終止GLFW

當你使用完畢後，請在程式退出前及時終止它

glfwTerminate();

設定錯誤回撥

當程式發生錯誤的時候，你可以通過這個函式來捕獲錯誤

void error_callback(int error, const char* description)
{
    fprintf(stderr, "Error: %s\n", description);
}

當然你要在使用之前把它設定好

glfwSetErrorCallback(error_callback);

建立視窗以及上下文

GLFWwindow* window = glfwCreateWindow(640, 480, "My Title", NULL, NULL);
if (!window)
{
    // 建立失敗需要執行的操作
}

其中第一個引數是視窗寬度，第二個引數是視窗高度，第三個引數是視窗標題，第四個引數是顯示模式，NULL為視窗化，如果需要顯示全屏，則需要指定覆蓋的顯示器，在這裡不多講，第五個引數是設定與那個視窗共享資源，預設為NULL，即不共享資源。

另外，由於GFLW建立的OpenGL上下文可能是任何版本的，所以你可以設定OpenGL的最低版本。
下面的程式碼設定了OpenGL最低版本為2.0。

glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 2); // OpenGL主版本號
glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 0); // OpenGL副版本號
GLFWwindow* window = glfwCreateWindow(640, 480, "My Title", NULL, NULL);
if (!window)
{
    // 建立失敗需要執行的操作
}

視窗控制代碼被傳遞給所有與視窗相關的函式，並被提供給所有與視窗相關的回撥函式，所以它們可以告知哪個視窗收到了事件。

當你不再需要某個視窗及上下文時，請銷燬它。

glfwDestroyWindow(window);

注意：此函式一旦被呼叫，將不會再有任何事件產生，並且該控制代碼將無效。

設定當前OpenGL上下文

在使用OpenGL API之前，你必須設定好當前的OpenGL上下文

glfwMakeContextCurrent(window);

這個上下文將會一直被保持，直到你設定了另一個上下文或者擁有當前上下文的視窗被銷燬。

如果你使用Extension loader library來載入OpenGL，那麼這是初始化它的時候，Loader需要一個當前的上下文來載入它，比如glad庫。

gladLoadGLLoader((GLADloadproc) glfwGetProcAddress);

檢查視窗是否關閉

每個視窗都有一個標誌表示它是否應該被關閉，當用戶嘗試關閉視窗時，會按視窗的關閉按鈕或者使用Alt+F4組合鍵，此時，這個標誌會設定為1。但是，此時視窗沒有關閉，所以你需要監視這個標誌，及時銷燬視窗並給予使用者反饋。

while (!glfwWindowShouldClose(window))
{
    // 此時視窗還在執行
}

你可以設定glfwSetWindowCloseCallback回撥函式，當用戶關閉視窗後會立即呼叫該函式。
你也可以設定glfwSetWindowShouldClose回撥函式，比如設定某些鍵為關閉視窗快捷鍵。

獲取輸入事件

首先我們設定一個事件處理函式

static void key_callback(GLFWwindow* window, int key, int scancode, int action, int mods)
{
    if (key == GLFW_KEY_ESCAPE && action == GLFW_PRESS)
        glfwSetWindowShouldClose(window, GLFW_TRUE);
}

然後我們要設定回撥函式

glfwSetKeyCallback(window, key_callback);

使用OpenGL渲染

當你有了當前的上下文之後，你就可以正常使用OpenGL了，不過你還需要為glViewport獲取Framebuffer的尺寸。

int width, height;
glfwGetFramebufferSize(window, &width, &height);
glViewport(0, 0, width, height);

當視窗大小改變的時候，你可以使用glfwSetFramebufferSizeCallback回撥函式重新設定尺寸。

讀取時間

要建立平滑的動畫，需要時間源。 GLFW提供一個計時器，該計時器返回自初始化以來的秒數。該時間源在每個平臺上都是最準確的，而且精確到微秒或納秒級。

double time = glfwGetTime();

交換緩衝區

GLFW在預設情況下使用兩個緩衝區。 這意味著每個視窗有兩個渲染緩衝區——前緩衝區和後緩衝區。 前緩衝區是正在顯示的緩衝區，後緩衝區是即將顯示的緩衝區。

當整個幀已經被渲染時，緩衝器需要彼此交換，因此後緩衝器變為前緩衝器，反之亦然。

glfwSwapBuffers(window);

交換間隔表示交換緩衝區之前等待的幀數，通常稱為vsync。 預設情況下，交換間隔為0，但因為螢幕每秒只更新60-75次，所以大部分的畫面不會被顯示。而且，緩衝區有可能在螢幕更新的中間交換，出現螢幕撕裂的情況。

所以，可以將該間隔設為1，即每幀更新一次。 它可以設定為更高的值，但這可能導致輸入延遲。

glfwSwapInterval(1);

事件處理

GLFW需要定期與視窗通訊，以便接收事件。 事件處理必須在有可見視窗的情況下進行，並且通常在緩衝區交換後每幀執行一次。

有兩種方法用於處理掛起的事件; 輪詢和等待。

glfwPollEvents();

當你製作遊戲或是動畫時，儘量使用輪詢。 如果相反，你需要在產生事件後才渲染，可是通過等待來處理事件，即glfwWaitEvent，比如製作編輯器的時候，使用等待可以節省大量硬體資源。

示例程式

這個程式會建立一個640×480的視窗，並啟動一個迴圈，清除螢幕，呈現三角形並處理事件，直到使用者按下Escape或關閉視窗。

#include <glad/glad.h>
#include <GLFW/glfw3.h>
#include "linmath.h"
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
static const struct
{
    float x, y;
    float r, g, b;
} vertices[3] =
{
    { -0.6f, -0.4f, 1.f, 0.f, 0.f },
    {  0.6f, -0.4f, 0.f, 1.f, 0.f },
    {   0.f,  0.6f, 0.f, 0.f, 1.f }
};
static const char* vertex_shader_text =
"uniform mat4 MVP;\n"
"attribute vec3 vCol;\n"
"attribute vec2 vPos;\n"
"varying vec3 color;\n"
"void main()\n"
"{\n"
"    gl_Position = MVP * vec4(vPos, 0.0, 1.0);\n"
"    color = vCol;\n"
"}\n";
static const char* fragment_shader_text =
"varying vec3 color;\n"
"void main()\n"
"{\n"
"    gl_FragColor = vec4(color, 1.0);\n"
"}\n";
static void error_callback(int error, const char* description)
{
    fprintf(stderr, "Error: %s\n", description);
}
static void key_callback(GLFWwindow* window, int key, int scancode, int action, int mods)
{
    if (key == GLFW_KEY_ESCAPE && action == GLFW_PRESS)
        glfwSetWindowShouldClose(window, GLFW_TRUE);
}
int main(void)
{
    GLFWwindow* window;
    GLuint vertex_buffer, vertex_shader, fragment_shader, program;
    GLint mvp_location, vpos_location, vcol_location;
    glfwSetErrorCallback(error_callback);
    if (!glfwInit())
        exit(EXIT_FAILURE);
    glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 2);
    glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 0);
    window = glfwCreateWindow(640, 480, "Simple example", NULL, NULL);
    if (!window)
    {
        glfwTerminate();
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    glfwSetKeyCallback(window, key_callback);
    glfwMakeContextCurrent(window);
    gladLoadGLLoader((GLADloadproc) glfwGetProcAddress);
    glfwSwapInterval(1);
    // NOTE: OpenGL error checks have been omitted for brevity
    glGenBuffers(1, &vertex_buffer);
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vertex_buffer);
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);
    vertex_shader = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);
    glShaderSource(vertex_shader, 1, &vertex_shader_text, NULL);
    glCompileShader(vertex_shader);
    fragment_shader = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);
    glShaderSource(fragment_shader, 1, &fragment_shader_text, NULL);
    glCompileShader(fragment_shader);
    program = glCreateProgram();
    glAttachShader(program, vertex_shader);
    glAttachShader(program, fragment_shader);
    glLinkProgram(program);
    mvp_location = glGetUniformLocation(program, "MVP");
    vpos_location = glGetAttribLocation(program, "vPos");
    vcol_location = glGetAttribLocation(program, "vCol");
    glEnableVertexAttribArray(vpos_location);
    glVertexAttribPointer(vpos_location, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE,
                          sizeof(float) * 5, (void*) 0);
    glEnableVertexAttribArray(vcol_location);
    glVertexAttribPointer(vcol_location, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE,
                          sizeof(float) * 5, (void*) (sizeof(float) * 2));
    while (!glfwWindowShouldClose(window))
    {
        float ratio;
        int width, height;
        mat4x4 m, p, mvp;
        glfwGetFramebufferSize(window, &width, &height);
        ratio = width / (float) height;
        glViewport(0, 0, width, height);
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
        mat4x4_identity(m);
        mat4x4_rotate_Z(m, m, (float) glfwGetTime());
        mat4x4_ortho(p, -ratio, ratio, -1.f, 1.f, 1.f, -1.f);
        mat4x4_mul(mvp, p, m);
        glUseProgram(program);
        glUniformMatrix4fv(mvp_location, 1, GL_FALSE, (const GLfloat*) mvp);
        glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);
        glfwSwapBuffers(window);
        glfwPollEvents();
    }
    glfwDestroyWindow(window);
    glfwTerminate();
    exit(EXIT_SUCCESS);
}

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