NT下OpenGL编程原理

Win 95/NT下OpenGL编程原理2009-10-14----科学计算可视化，计算机动画和虚拟现实是现在计算机图形学的三个热点。而这三个热点的核心都是三维真实感图形的绘制。由于OpenGL（OpenGraphicsLibrary）具有跨平台性、简便、高效、功能完善，目前已经成为了三维图形制作方法中事实上的工业标准。自从WindowsNT3.51在微机平台上支持OpenGL以后，现在微软公司在Windows95OSR2、WindowsNT4.0中连续性的提供OpenGL开发环境。VisualC++从4.2版本以后已经完全支持OpenGL API，使三维世界的"平民化"已成为必然。

----Windows操作系统对OpenGL的支持

----具有Windows编程经验的人都知道，在Windows下用GDI作图必须通过设备上下文（DeviceContext简写DC）调用相应的函数；用OpenGL作图也是类似，OpenGL函数是通过"渲染上下文"（RenderingContext简写RC）完成三维图形的绘制。Windows下的窗口和设备上下文支持"位图格式"（PIXELFORMAT）属性，和RC有着位图结构上的一致。只要在创建RC时与一个DC建立联系（RC也只能通过已经建立了位图格式的DC来创建），OpenGL的函数就可以通过RC对应的DC画到相应的显示设备上。这里还有以下需要注意的方面：

----1.一个线程只能拥有一个渲染上下文（RC），也就是说，用户如果在一个线程内对不同设备作图，只能通过更换与RC对应的DC来完成，而RC在线程中保持不变。（当然，删除旧的RC后再创建新的是可以的）与此对应，一个RC也只能属于一个线程，不能被不同线程同时共享。

----2.设定DC位图格式等于设定了相应的窗口的位图格式，并且DC和窗口的位图格式一旦确定就不能再改变。这一点只能期望以后的Windows版本改进了。

----3.一个RC虽然可以更换DC，在任何时刻只能利用一个DC（这个DC称为RC的当前DC），但由于一个窗口可以让多个DC作图从而可以让多个线程利用多个RC在该窗口上执行OpenGL操作。

----4.现在的Windows下的OpenGL版本对OpenGL和GDI在同一个DC上作图有一定的限制。当使用双缓存用OpenGL产生动画时，不能使用GDI函数向该DC作图。

----5.不建议用ANSIC在Windows下编写OpenGL程序。这样的程序虽然具有跨平台的可移植性（比如很多SＧI的例子程序），但是它们不能利用Windows操作系统的很多特性，实用价值不大。

----用VC来编写OpenGL程序

----经过上面的分析，用VC来调用OpenGL作图的方法就很显然了。步骤如下：

----1.先设置显示设备DC的位图格式（PIXELFORMAT）属性。这通过填充一个PIXELFORMATDESCRIPTOR的结构来完成（关于PIXELFORMATDESCRIPTOR中各项数据的意义，请参照VC的帮助信息），该结构决定了OpenGL作图的物理设备的属性，比如该结构中的数据项dwFlags中PFD_DOUBLEBUFFER位如果没有设置（置1），通过该设备的DC上作图的OpenGL命令就不可能使用双缓冲来做动画。有一些位图格式（PIXELFORMAT）是DC支持的，而有一些DC就不支持了。所以程序必须先用ChoosePixelFormat来选择DC所支持的与指定位图格式最接近的位图格式，然后用SetPixelFormat设置DC的位图格式。

----2.利用刚才的设备DC建立渲染上下文RC（wglCreateContext），使得RC与DC建立联系（wglMakeCurrent）。

----3.调用OpenGL函数作图。由于线程与RC一一对应，OpenGL函数的参数中都不指明本线程RC的句柄（handle）

----4.作图完毕以后，先通过置当前线程的RC为NULL（::wglMakeCurrent（NULL,NULL）;），断开当前线程和该渲染上下文的联系，由此断开与DC的联系。此时RC句柄的有效性在微软自己的文档中也没有讲清楚，所以在后面删除RC的时候要先判断以下RC句柄的有效性（if（m_hrc）::wglDeleteContext（m_hrc）;）。再根据情况释放（ReleaseDC）或者删除（DeleteDC）DC

----所附程序说明

----所附的程序用ＭＦC完成了一个简单的OpenGL作图，用OpenGL的辅助库画了一个有光照的实心圆球。OpenGL本身的函数这里就不解释了，仅对用MFC编OpenGL时需要注意的内容做一个简要的说明：

----1.一旦设定了一个DC的位图格式，该DC所联系的窗口的位图格式随之设定。该窗口若含有子窗口或者有兄弟窗口，这些兄弟/子窗口的位图格式没有设成与对应RC一致的格式，OpenGL在它们上面作图就容易出错。故而OpenGL作图的窗口必须具有WS_CLIPCHILDREN和WS_CLIPSIBLINGS风格，程序中在主框窗的构造函数中用LoadFrame（IDR_MAINFRAME,WS_OVERLAPPEDWINDOW|WS_CLIPCHILDREN|WS_CLIPSIBLINGS,NULL,NULL）;指定了主窗口的风格。

----2.在ANSIC的OpenGL编程中，由auxReshapeFunc定义设置OpenGL视口大小和作图尺寸的回调函数。在MFC中应该由WM_SIZ消息的处理函数来完成。在ANSIC的OpenGL编程中，由EauxMainLoop定义作图的回调函数。在MFC中应该由WM_PAINT消息的处理函数来处理。相应的，由OpenGL定义的键盘、鼠标处理函数都应该由相应的Windows处理函数来响应。

----3.OpenGL自己有刷新背景的函数glClear，故而应禁止Windows刷新窗口背景。否则，当窗口需要重画时，Windows会自动先发送WM_ERASEBKGND，而缺省的处理函数使用白色的背景刷。当OpenGL使用的背景颜色不是白色时，作图时有一帧白色的闪烁。这种现象在做动画时特别明显。程序中只需要在WM_ERASEBKGND的消息处理函数中禁止父窗口类的消息处理，简单的返回一个TRUE即可。

----4.由于OpenGL的跨平台性，它必须用操作系统的调色板。所以如果GL_INDEX_MODE作图时，必须用VC自己定义调色板。不过一般情况下，用GL_RGBA_MODE模式比较方便，很少用到GL_INDEX_MODE模式。

----5.在OpenGL作图期间，RC对应的DC不能删除或者释放。

----6.由于OpenGL作图时需要长时间占用DC，所以最好把作图窗口类设成CS_OWNDC。MFC缺省的窗口类风格中没有设这一属性，程序中在主窗口C++类的PreCreateWindow方法中自己注册了一个窗口类，除了设定了CS_OWNDC属性以外，还设定了CS_HREDRAW、CS_VREDRAW和CS_SAVEBITS。设定CS_HREDRAW、CS_VREDRAW是为了让窗口缩放时产生WM_PAINT消息，修正OpenGL视口和作图尺寸；由于OpenGL作图需要很多计算，设定CS_SAVEBITS是为了在OpenGL窗口被遮盖后显现出来时，不产生WM_PAINT消息，用内存存储的图象来填充，从而用空间消耗换取计算时间。

----7.本程序中没有对OpenGL函数的出错情况作出处理。OpenGL出错后返回错误码，不会抛出异常；而且在某一个函数出错以后，后继函数也一般不会出现异常，只是返回错误码，一不小心就可能忽略某些错误。而对每一个OpenGL函数都做出错与否的判断比较麻烦，所以编程序时对OpenGL的函数应当非常小心。