基於MFC的OpenGL繪圖

文章目錄

• 一、簡介
• 二、MFC中的OpenGL基本架構
• 三、畫圖執行個體
• 四．小結

一、簡介

GDI是通過裝置控制代碼（Device Context以下簡稱"DC"）來繪圖，而OpenGL則需要繪製環境（Rendering Context，以下簡稱"RC"）。每一個GDI命令需要傳給它一個DC，但與GDI不同，OpenGL使用當前繪製環境(RC)。一旦在一個線程中指定 了一個當前RC，在此線程中其後所有的OpenGL命令都使用相同的當前RC。雖然在單一視窗中可以使用多個RC，但在單一線程中只有一個當前RC。下面我將首先產生一個OpenGL RC並使之成為當前RC，這將分為三個步驟：設定視窗像素格式；產生RC；設定為當前RC。

二、MFC中的OpenGL基本架構

1、首先建立工程

用AppWizard產生一個MFC EXE項目，其他預設即可。

2、將此工程所需的OpenGL檔案和庫加入到工程中

在工程菜單中，選擇"Build"下的"Settings"項。單擊"Link"標籤，選擇"General"目錄，在Object/Library Modules的編輯框中輸入"opengl32.lib glu32.lib glut.lib glaux.lib"（注意，輸入雙引號中的內容，各個庫用空格分開；否則會出現連結錯誤），選擇"OK"結束。然後開啟檔案"stdafx.h"，加入下列標頭檔：

#include <gl\gl.h>
#include <gl\glu.h>

3、改寫OnPreCreate函數並給視圖類新增成員函數和成員變數

OpenGL需要視窗加上WS_CLIPCHILDREN（建立父視窗使用的Windows風格，用於重繪時裁剪子視窗所覆蓋的地區）和 WS_CLIPSIBLINGS（建立子視窗使用的Windows風格，用於重繪時剪裁其他子視窗所覆蓋的地區）風格。把OnPreCreate改寫成如 下所示：

BOOL COpenGLDemoView::PreCreateWindow(CREATESTRUCT& cs)
{
    // TODO: Modify the Window class or styles here by modifying
    //  the CREATESTRUCT cs
    cs.style |= (WS_CLIPCHILDREN | WS_CLIPSIBLINGS);
    return CView::PreCreateWindow(cs);
}

產生一個RC的第一步是定義視窗的像素格式。像素格式決定視窗著所顯示的圖形在記憶體中是如何表示的。由像素格式控制的參數包括：色彩深度、緩衝模式和所支援的繪畫介面。在下面將有對這些參數的設定。我們先在COpenGLDemoView的類中添加一個保護型的成員函數BOOL SetWindowPixelFormat(HDC hDC)（用滑鼠右鍵添加）和保護型的成員變數：int m_GLPixelIndex;並編輯其中的代碼如下：

BOOL COpenGLDemoView::SetWindowPixelFormat(HDC hDC)
{//定義視窗的像素格式
    PIXELFORMATDESCRIPTOR pixelDesc=
    {
        sizeof(PIXELFORMATDESCRIPTOR),
        1,
        PFD_DRAW_TO_WINDOW|PFD_SUPPORT_OPENGL|
        PFD_DOUBLEBUFFER|PFD_SUPPORT_GDI,
        PFD_TYPE_RGBA,
        24,
        0,0,0,0,0,0,
        0,
        0,
        0,
        0,0,0,0,
        32,
        0,
        0,
        PFD_MAIN_PLANE,
        0,
        0,0,0
    };

    this->m_GLPixelIndex = ChoosePixelFormat(hDC,&pixelDesc);
    if(this->m_GLPixelIndex==0)
    {
        this->m_GLPixelIndex = 1;
        if(DescribePixelFormat(hDC,this->m_GLPixelIndex,sizeof(PIXELFORMATDESCRIPTOR),&pixelDesc)==0)
        {
            return FALSE;
        }
    }

    if(SetPixelFormat(hDC,this->m_GLPixelIndex,&pixelDesc)==FALSE)
    {
        return FALSE;
    }
    return TRUE;

4、用ClassWizard添加WM_CREATE的訊息處理函數OnCreate

至此，OpenGL工程的基本架構就建好了。但如果你現在運行此工程，則它與一般的MFC程式看起來沒有什麼兩樣。

5、代碼解釋

現在我們可以看一看Describe-PixelFormat提供有哪幾種像素格式，並對代碼進行一些解釋：

PIXELFORMATDESCRIPTOR包括了定義像素格式的全部資訊。

DWFlags定義了與像素格式相容的裝置和介面。

通常的OpenGL發行版本並不包括所有的標誌(flag)。wFlags能接收以下標誌：

PFD_DRAW_TO_WINDOW 使之能在視窗或者其他裝置視窗畫圖；

PFD_DRAW_TO_BITMAP 使之能在記憶體中的位元影像畫圖；

PFD_SUPPORT_GDI 使之能調用GDI函數（註：如果指定了PFD_DOUBLEBUFFER，這個選項將無效）；

PFD_SUPPORT_OpenGL 使之能調用OpenGL函數；

PFD_GENERIC_FORMAT 假如這種象素格式由Windows GDI函數庫或由第三方硬體裝置驅動程式支援，則需指定這一項；

PFD_NEED_PALETTE 告訴緩衝區是否需要調色盤，本程式假設顏色是使用24或 32位色，並且不會覆蓋調色盤；

PFD_NEED_SYSTEM_PALETTE 這個標誌指明緩衝區是否把系統調色盤當作它自身調色盤的一部分；

PFD_DOUBLEBUFFER 指明使用了雙緩衝區（註：GDI不能在使用了雙緩衝區的視窗中畫圖）；

PFD_STEREO 指明左、右緩衝區是否按立體映像來組織。

PixelType定義顯示顏色的方法。PFD_TYPE_RGBA意味著每一位(bit)組代表著紅、綠、藍各分量的值。PFD_TYPE_COLORINDEX 意味著每一位組代表著在彩色尋找表中的索引值。本例都是採用了PFD_TYPE_RGBA方式。

● cColorBits定義了指定一個顏色的位元。對RGBA來說，位元是在顏色中紅、綠、藍各分量所佔的位元。對顏色的索引值來說，指的是表中的顏色數。

● cRedBits、cGreenBits、cBlue-Bits、cAlphaBits用來表明各相應分量所使用的位元。

● cRedShift、cGreenShift、cBlue-Shift、cAlphaShift用來表明各分量從顏色開始的位移量所佔的位元。

一旦初始化完我們的結構，我們就想知道與要求最相近的系統象素格式。我們可以這樣做：

m_hGLPixelIndex = ChoosePixelFormat(hDC, &pixelDesc);

ChoosePixelFormat接受兩個參數：一個是hDc，另一個是一個指向PIXELFORMATDESCRIPTOR結構的指標& pixelDesc；該函數返回此像素格式的索引值。如果返回0則表示失敗。假如函數失敗，我們只是把索引值設為1並用 DescribePixelFormat得到像素格式描述。假如你申請一個沒得到支援的像素格式，則Choose-PixelFormat將會返回與你要 求的像素格式最接近的一個值。一旦我們得到一個像素格式的索引值和相應的描述，我們就可以調用SetPixelFormat設定像素格式，並且只需設定一 次。

現在像素格式已經設定，我們下一步工作是產生繪製環境(RC)並使之成為當前繪製環境。在COpenGLDemoView中加入一個保護型的成員函數BOOL CreateViewGLContext(HDC hDC),並加入一個保護型的成員變數HGLRC m_hGLContext；HGLRC是一個指向rendering context的控制代碼。

BOOL COpenGLDemoView::CreateViewGLContext(HDC hDC)
{
    this->m_hGLContext = wglCreateContext(hDC);
    if(this->m_hGLContext==NULL)
    {//建立失敗
        return FALSE;
    }

    if(wglMakeCurrent(hDC,this->m_hGLContext)==FALSE)
    {//選為當前RC失敗
        return FALSE;
    }

    return TRUE;

}
在OnCreate函數中調用此函數：
int COpenGLDemoView::OnCreate(LPCREATESTRUCT lpCreateStruct)
{
    if (CView::OnCreate(lpCreateStruct) == -1)
        return -1;
    // TODO: Add your specialized creation code here
    HWND hWnd = this->GetSafeHwnd();    
    HDC hDC = ::GetDC(hWnd);
    if(this->SetWindowPixelFormat(hDC)==FALSE)
    {
        return 0;
    }
    if(this->CreateViewGLContext(hDC)==FALSE)
    {
        return 0;
    }
    return 0;
}

添加WM_DESTROY的訊息處理函數Ondestroy( )，使之如下所示：

void COpenGLDemoView::OnDestroy()
{
    CView::OnDestroy();
    // TODO: Add your message handler code here
    if(wglGetCurrentContext()!=NULL)
    {
        wglMakeCurrent(NULL,NULL);
    }
    if(this->m_hGLContext!=NULL)
    {
        wglDeleteContext(this->m_hGLContext);
        this->m_hGLContext = NULL;
    }
}

最後，編輯COpenGLDemoView的建構函式，使之如下所示：

COpenGLDemoView::COpenGLDemoView()
{
    // TODO: add construction code here
    this->m_GLPixelIndex = 0;
    this->m_hGLContext = NULL;
}

至此，我們已經構造好了架構，使程式可以利用OpenGL進行畫圖了。你可能已經注意到了，我們在程式開頭產生了一個RC，自始自終都使用它。這與大多數GDI程式不同。在GDI程式中，DC在需要時才產生，並且是畫完立刻釋放掉。實際上，RC也可以這樣做；但要記住，產生一個RC需要很多處理器時 間。因此，要想獲得高效能流暢的映像和圖形，最好只產生RC一次，並始終用它，直到程式結束。

CreateViewGLContex產生RC並使之成為當前RC。WglCreateContext返回一個RC的控制代碼。在你調用 CreateViewGLContex之前，你必須用SetWindowPixelFormat(hDC)將與裝置相關的像素格式設定好。 wglMakeCurrent將RC設定成當前RC。傳入此函數的DC不一定就是你產生RC的那個DC，但二者的裝置控制代碼(Device Context)和像素格式必須一致。假如你在調用wglMakeforCurrent之前已經有另外一個RC存在，wglMakeforCurrent 就會把舊的RC衝掉，並將新RC設定為當前RC。另外你可以用wglMakeCurrent(NULL, NULL)來消除當前RC。

我們要在OnDestroy中把繪製環境刪除掉。但在刪除RC之前，必須確定它不是當前控制代碼。我們是通過wglGetCurrentContext來了 解是否存在一個當前繪製環境的。假如存在，那麼用wglMakeCurrent(NULL, NULL)來把它去掉。然後就可以通過wglDelete-Context來刪除RC了。這時允許視類刪除DC才是安全的。註：一般來說，使用的都是單線 程的程式，產生的RC就是線程當前的RC，不需要關註上述這一點。但如果使用的是多線程的程式，那我們就特別需要注意這一點了，否則會出現意想不到的後果。

 

三、畫圖執行個體

下面給出一個簡單的二維圖形的例子（這個例子都是以上述架構為基礎的）。

用Classwizard為COpenGLDemoView添加WMSIZE的訊息處理函數OnSize，代碼如下：

void COpenGLDemoView::OnSize(UINT nType, int cx, int cy)
{
    CView::OnSize(nType, cx, cy);
    // TODO: Add your message handler code here
    GLsizei width,height;
    GLdouble aspect;
    width = cx;
    height = cy;
    if(cy==0)
    {
        aspect = (GLdouble)width;
    }
    else
    {
        aspect = (GLdouble)width/(GLdouble)height;
    }
    glViewport(0,0,width,height);
    glMatrixMode(GL_PROJECTION);
    glLoadIdentity();
    gluOrtho2D(0.0,500.0*aspect,0.0,500.0);
    glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
    glLoadIdentity();
}

用Classwizard為COpenGLDemoView添加WM_PAINT的訊息處理函數OnPaint，代碼如下：

void COpenGLDemoView::OnPaint()
{
    CPaintDC dc(this); // device context for painting
    // TODO: Add your message handler code here
    // Do not call CView::OnPaint() for painting messages

    glLoadIdentity();
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
    glBegin(GL_POLYGON);
        glColor4f(1.0f,0.0f,0.0f,1.0f);
        glVertex2f(100.0f,50.0f);
        glColor4f(0.0f,1.0f,0.0f,1.0f);
        glVertex2f(450.0f,400.0f);
        glColor4f(0.0f,0.0f,1.0f,1.0f);
        glVertex2f(450.0f,50.0f);
    glEnd();
    glFlush();
}

 

這裡你可以看到用OpenGL繪製圖形非常容易，只需要幾條簡單的語句就能實現 強大的功能。如果你縮放視窗，三角形也會跟著縮放。這是因為OnSize通過glViewport(0, 0, width, height)定義了視口和視口座標。glViewport的第一、二個參數是視口左下角的像素座標，第三、四個參數是視口的寬度和高度。

OnSize中的glMatrixMode是用來設定矩陣模式的，它有三個選項：GL_MODELVIEW、GL_PROJECTION、 GL_TEXTURE。GL_MODELVIEW表示從實體座標系轉到人眼座標系。GL_PROJECTION表示從人眼座標系轉到剪裁座標系。 GL_TEXTURE表示從定義紋理的座標繫到粘貼紋理的座標系的變換。

glLoadIdentity初始化工程矩陣(project matrix)；gluOrtho2D把工程矩陣設定成顯示一個二維直角顯示地區。

這裡我們有必要說一下OpenGL命令的命名原則。大多數OpenGL命令都是以"gl"開頭的。也有一些是以"glu"開頭的，它們來自OpenGL Utility。大多數"gl"命令在名字中定義了變數的類型並執行相應的操作。例如：glVertex2f就是定義了一個頂點，參數變數為兩個浮點數， 分別代表這個頂點的x、y座標。類似的還有glVertex2d、glVertex2f、glVertex3I、glVertex3s、 glVertex2sv、glVertex3dv……等函數。

那麼，怎樣畫三角形 呢？我們首先調用glColor4f(1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f)，把紅、綠、藍分量分別指定為1、0、0。然後我們用glVertex2f(100.0f, 50.0f)在(100，50)處定義一個點。依次，我們在(450，400)處定義綠點，在(450，50)處定義藍點。然後我們用glEnd結束畫三 角形。但此時三角形還沒畫出來，這些命令還只是在緩衝區裡，直到你調用glFlush函數，由glFlush觸發這些命令的執行。OpenGL自動改變三 角形頂點間的顏色值，使之絢麗多彩。

還可通過glBegin再產生新的圖形。glBegin(GLenum mode)參數有：

GL_POINTS,GL_LINES,GL_LINE_STRIP,GL_LINE_LOOP, GL_TRIANGLES,GL_TRIANGLE_STRIP,GL_TRIANGLE_FAN,GL_QUADS, GL_QUAD_STRIP, GL_POLYGON

在glBegin和glEnd之間的有效函數有: glVertex,glColor,glIndex, glNormal,glTexCoord, glEvalCoord,glEvalPoint, glMaterial, glEdgeFlag

四．小結

1、如果要響應WM_SIZE訊息，則一定要設定視口和矩陣模式。

2、盡量把你全部的畫圖工作在響應WM_PAINT訊息時完成。

3、產生一個繪製環境要耗費大量的CPU時間，所以最好在程式中只產生一次，直到程式結束。

4、盡量把你的畫圖命令封裝在文檔類中，這樣你就可以在不同的視類中使用相同的文檔，節省你編程的工作量。

5、glBegin和glEnd一定要成對出現，這之間是對圖元的繪製語句。

glPushMatrix()和glPopMatrix()也一定要成對出現。glPushMatrix()把當前的矩陣拷貝到棧中。當我們調用 glPopMatrix時，最後壓入棧的矩陣恢複為當前矩陣。使用glPushMatrix()可以精確地把當前矩陣儲存下來，並用 glPopMatrix把它恢複出來。這樣我們就可以使用這個技術相對某個物體放置其他物體。例如下列語句只使用一個矩陣，就能產生兩個矩形，並將它們成一定角度擺放。

glPushMatrix();
glTranslated( m_transX, m_transY, 0);
glRotated( m_angle1, 0, 0, 1);
glPushMatrix();
glTranslated( 90, 0, 0);
glRotated( m_angle2, 0, 0, 1);
glColor4f(0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f);
glCallList(ArmPart);//ArmPart 且桓鼉卣竺
glPopMatrix();
glColor4f(1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
glCallList(ArmPart);
glPopMatrix();

6、 解決螢幕的閃爍問題。我們知道，在視窗中拖動一個圖形的時候，由於邊畫邊顯示，會出現閃爍的現象。在GDI中解決這個問題較為複雜，通過在記憶體中產生一個 記憶體DC，繪畫時讓畫筆在記憶體DC中畫，畫完後一次用Bitblt將記憶體DC“貼”到顯示器上，就可解決閃爍的問題。在OpenGL中，我們是通過雙緩衝 來解決這個問題的。一般來說，雙緩衝在圖形工作軟體中是很普遍的。雙緩衝是兩個緩衝，一個前台緩衝、一個後台緩衝。繪圖先在後台緩衝中畫，畫完後，交換到 前台緩衝，這樣就不會有閃爍現象了。通過以下步驟可以很容易地解決這個問題：

1) 要注意，GDI命令是沒有設計雙緩衝的。我們首先把使用InvalidateRect(null)的地方改成InvalidateRect(NULL,FALSE)。這樣做是使GDI的重畫命令失效，由OpenGL的命令進行重畫；

2) 將像素格式定義成支援雙緩衝的（註：PFD_DOUBLEBUFFER和PFD_SUPPORT_GDI只能取一個，兩者相互衝突）。

pixelDesc.dwFlags =
PFD_DRAW_TO_WINDOW |
PFD_SUPPORT_OPENGL |
PFD_DOUBLEBUFFER |
PFD_STEREO_DONTCARE;

3) 我們得告訴OpenGL在後台緩衝中畫圖，在視類的OnSize()的最後一行加入：glDrawBuffer (GL_BACK)；

4) 最後我們得把後台緩衝的內容換到前台緩衝中，在視類的OnPaint()的最後一行加入：SwapBuffers(dc.m_ ps.hdc)。

7、產生簡單的三維圖形。我們知道，三維和二維的座標系統不同，三維的圖形比二維的圖形多一個z座標。我們在產生簡單的二維圖形時，用的是 gluOrtho2D；我們在產生三維圖形時，需要兩個遠近裁剪平面，以產生透視效果。實際上，二維圖形只是視線的近裁剪平面z= -1，遠裁剪平面z=1；這樣z座標始終當作0，兩者沒有本質的差別。

在上述基礎之上，我們只做簡單的變化，就可以產生三維物體。

1) 首先，在OnSize()中，把gluOrtho2D(0.0, 500.0*aspect,0.0, 500.0)換成gluPerspective(60, aspect, 1, 10.0)；這樣就實現了三維透視座標系的設定。該語句說明了視點在原點，透視角是60度，近裁剪面在z=1處，遠裁剪面在z=10.0處。

2) 在RenderScene()中產生三維圖形；實際上，它是由多邊形組成的。下面就是一個三維多邊形的例子：

glMaterialfv(GL_FRONT_AND_BACK, GL_AMBIENT, RedSurface)
glBegin(GL_POLYGON);
glNormal3d( 1.0, 0.0, 0.0);
glVertex3d( 1.0, 1.0, 1.0);
glVertex3d( 1.0, -1.0, 1.0);
glVertex3d( 1.0, -1.0, -1.0);
glVertex3d( 1.0, 1.0, -1.0);
glEnd();

3) 我們使用glMaterialfv(GL_ FRONT_AND_BACK, GL_AMBIENT, RedSurface)這個函數來定義多邊形的表面屬性，為每一個平面的前後面設定環境顏色。當然，我們得定義光照模型，這隻需在OnSize()的最後 加上glEnable(GL_LIGHTING)；RedSufFace是一個顏色分量數組，例如：RedSufFace[] ={1.0f,0.0f,0.0f}；要定義某個平面的環境顏色，只需把glMaterialfv加在平面的定義前面即可，如上例所示。

4) Z緩衝區的問題：要使三維物體顯得更流暢，前後各面的空間關係正確，一定得使用Z緩衝技術；否則，前後各面的位置就會相互重疊，不能正確顯示。Z緩衝區存 儲物體每一個點的值，這個值表明此點離人眼的距離。Z緩衝需要佔用大量的記憶體和CPU時間。啟用Z緩衝只需在OnSize()的最後加上glEnable (GL_DEPTH_TEST)；要記住：在每次重繪之前，應使用glClear(GL_DEPTH_BUFFER_BIT)語句清空Z緩衝區。

5) 現在已經可以正確地產生三維物體了，但還需要美化，可以使物體顯得更明亮一些。我們用glLightfv函數定義光源的屬性值。下例就定義了一個光源：

glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT,LightAmbient);
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, LightDiffuse);
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, LightSpecular);
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, LightPosition);
glEnable(GL_LIGHT0);

GL_LIGHT0是光源的標識號，標識號由GL_LIGHTi組成(i從0到GL_MAX_LIGHTS)。 GL_AMBIENT、GL_DIFFUSE、GL_SPECULAR、GL_POSITION分別定義光源的周圍顏色強度、光源的散射強度、光源的鏡面 反射強度和光源的位置。

 

摘自：http://www.ieee.org.cn/dispbbs.asp?boardID=61&ID=58065