OpenGL边用边学------2 OpenGL状态、视口设置

OpenGL的状态管理机制

视口与视口坐标系概念

测试视口设置
1 移动视口

2 多视口

视口小结

1 OpenGL的状态管理机制

从前面的最简单例子可以看出，我们几乎没有进行任何关于颜色和坐标系的配置，OpenGL就已经能够实施渲染了。这是因为OpenGL本身管理了很多渲染时需要的状态数据，并且在初始化时自动设置了合理的默认值。例如，默认的清屏颜色就是黑色，这才是我们看到窗口客户区呈现黑色的原因。

OpenGL的渲染需要很多的状态数据来供其使用，如果把所有的这些数据都作为参数传递给渲染函数的话，那么此函数的样子大概是这样的。

glXXX(渲染上下文，颜色，坐标，视口，光照，雾，.....);

这对于客户端使用来说，简直就是场噩梦啊！由于大多数渲染行为都需要这些状态数据，所以O彭GL干脆把这些大家都使用的数据做成了全局变量，供所有渲染函数使用。这样就可以把渲染函数简化成了

glXXX(坐标）;

当然了，全局变量也带来了渲染函数不可重入的问题，还好在OpenGL中，函数重入不算重要。人们习惯称这种使用了大量全局状态数据的程序为状态机。

其实好多库都采取了状态机的机制，如Windows GDI。

2 视口与视口坐标系概念

计算机图形学的本质就是创建三维物体的二维图像，涉及到多个坐标系间的转化。本文从最简单的视口坐标系开始。视口（Viewport）就是最终渲染结果显示的目的地。它是一个矩形的区域，长度单位是像素，视口的位置和大小在视口坐标系中定义。视口坐标系是标准的笛卡尔直角坐标系，其原点位于渲染环境窗口客户区的左下角，横轴(x)向右为正，纵轴(y)向上为正。如下图所示：



注意：视口坐标系与Windows的窗口坐标系是不同的。

OpenGL用来设置视口的函数是:

void WINAPI glViewport(
GLint   x,
GLint   y,
GLsizei width,
GLsizei height
);

函数参数都是针对视口坐标系的。例如

glViewport(100,50, 200, 150);

设置的视口位置及大小如下图所示：



每一次渲染的执行（glBegin()和glEnd()中间的代码）都是把当前视口作为最终输出目的地。视口也是OpenGL内部维护的状态变量之一，它可以在一帧的渲染中多次改变，OpenGL在执行渲染时都是使用当前的视口。窗口客户区可以被分割为多个视口，但是同一时刻只有一个视口生效。

在初始化OpenGL窗口环境时，视口被设置为布满整个客户区。

3 测试视口设置

3.1 移动视口

我们在WM_LBUTTONDOWN事件的响应中，把视口的左下角坐标设置为鼠标的位置，宽度设置为200像素，高度设置为150像素。然后重新进行OpenGL渲染。

void OnLeftButtonDown(HWND hWnd, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam)
{
RECT clientRect;
::GetClientRect(hWnd, &clientRect);
int xPos = GET_X_LPARAM(lParam); /* 需要包含 <windowsx.h> */
int yPos = GET_Y_LPARAM(lParam);
int x = xPos;                   /* 把窗口坐标系坐标转换为视口坐标系坐标 */
int y = clientRect.bottom - yPos;
glViewport(x, y, 200, 150);
InvalidateRect(hWnd, NULL, TRUE);
}

在WM_PAINT的事件处理中，通过绘制布满整个可视空间的矩形来标注出当前的视口位置与大小。注意：我们绘制时使用了默认的颜色状态（白色）。

void OnPaint(HWND hWnd, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam)
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

glBegin(GL_QUADS);
glVertex2d(-1, -1);
glVertex2d(1, -1);
glVertex2d(1, 1);
glVertex2d(-1, 1);
glEnd();

HDC hdc = ::GetDC(hWnd);
::SwapBuffers(hdc);
::ReleaseDC(hWnd, hdc);
}

这样，每当在客户区点击一下鼠标，当前的视口区域就会被标注出来。



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3.2 多视口

OpenGL的视口也是其内部维护的众多状态变量之一，在某一次OpenGL的渲染中（glBegin()和glEnd()之间的渲染代码），只能使用当前视口进行输出。但是在一帧图像可以包含任意多次OpenGL渲染，也就是说，程序中可以多次调用glBengin()和glEnd()。例如如下伪代码：

glViewport(A);
glBegin();
渲染在房子里面看到的场景
glEnd();

glViewport(B);
glBegin();
渲染在外面看房子的场景
glEnd();

这样我们就得到了两个不同的视口A，B。最终A和B组成了一帧完整的图像。



我们的程序现在还不能渲染出这么复杂的场景，那么就用简单的颜色矩形来表示吧。

修改渲染函数如下：

void OnPaint(HWND hWnd, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam)
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

glColor3f(1, 0, 0);
glViewport(0, 0, 300, 300);
glBegin(GL_QUADS);
glVertex2d(-1, -1);
glVertex2d(1, -1);
glVertex2d(1, 1);
glVertex2d(-1, 1);
glEnd();

glColor3f(0, 1, 0);
glViewport(250, 250, 300, 300);
glBegin(GL_QUADS);
glVertex2d(-1, -1);
glVertex2d(1, -1);
glVertex2d(1, 1);
glVertex2d(-1, 1);
glEnd();

HDC hdc = ::GetDC(hWnd);
::SwapBuffers(hdc);
::ReleaseDC(hWnd, hdc);
}

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4 视口小结

视口是OpenGL里最简单的概念，视口坐标系是唯一一个与窗口环境有关的坐标系。大多数程序，使用一个视口就够了，最可能的情况就是在WM_SIZE的事件响应中自动调整视口大小，使其始终布满整个窗口客户区。

void OnSize(HWND hWnd, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam)
{
int cx = LOWORD(lParam);
int cy = HIWORD(lParam);
glViewport(0, 0, cx, cy);
}