Урок 1. Инициализация в Windows

Я начинаю это пособие непосредственного с кода, разбитого на секции, каждая из которых будет подробно комментироваться. Первое, что вы должны сделать - это создать проект в Visual C++. Если это для вас затруднительно, то вам стоит для начала изучить C++, а уже затем переходить к OpenGL.

После того как вы создадите новое приложение в Visual C++, Вам надо будет добавить для сборки проекта библиотеки OpenGL. В меню Project/setting, выберите закладку LINK. В строке "Object/Library Modules" добавьте "OpenGL32.lib GLu32.lib GLaux.lib". Затем кликните по OK. Теперь все готово для создания программы с OpenGL.

Первые четыре строки, которые вы введете, сообщают компилятору какие библиотечные файлы использовать. Они должны выглядят так:

#include <windows.h> // Заголовочный файл для Windows
#include <gl\gl.h> // Заголовочный файл для OpenGL32 библиотеки
#include <gl\glu.h> // Заголовочный файл для GLu32 библиотеки
#include <gl\glaux.h> // Заголовочный файл для GLaux библиотеки

Далее, необходимо инициализировать все переменные, которые будут использованы в вашей программе. Эта программа будет создавать пустое OpenGL окно, поэтому мы не будем нуждаться в большом количестве переменных. То немногое, что мы устанавливаем - очень важно, и будет использоваться в каждой программе с OpenGL, которую вы напишите с использованием этого кода.

Первые две строки устанавливают Контексты Рендеринга, которые связывает вызовы OpenGL с окном Windows. Контекст Рендеринга OpenGL определен как hRC. Для того чтобы рисовать в окне, вам необходимо создать Контекст Устройства Windows, который определен как hDC. DC соединяет окно с GDI. RC соединяет OpenGL с DC.

static HGLRC hRC; // Постоянный контекст рендеринга
static HDC hDC; // Приватный контекст устройства GDI

Последняя переменная, в которой мы будем нуждаться, это массив, который мы используем для отслеживания нажатия клавиш на клавиатуре. Есть много путей следить за нажатиями на клавиатуре, но я использую этот путь. При этом можно отслеживать нажатие более чем одной клавиши одновременно.

BOOL keys[256]; // Массив для процедуры обработки клавиатуры

В следующей секции кода будут произведены все настройки для OpenGL. Мы установим цвет для очистки экрана, включим глубину буфера, разрешим плавное сглаживание цветов, и что наиболее важно, мы установим рендеринг на экран в перспективе, используя ширину и высоту окна. Эта процедура не должна быть вызвана до тех пор, пока OpenGL окно будет сделано.

GLvoid InitGL(GLsizei Width, GLsizei Height) // Вызвать после создания окна GL
{

В следующей строке устанавливается цвет, которым будет очищен экран. Для тех, кто не знает, как устроены цвета, я постараюсь кратко объяснять. Все значения могут быть в диапазоне от 0.0f до 1.0f, при этом 0.0 самый темный, а 1.0 самый светлый. Первое число в glClearColor - это интенсивность красного, второе — зеленного, третье — синего. Наибольшее значение — 1.0f, является самым ярким значением данного цвета. Последние число - для альфа значения. Когда начинается очистка экрана, я не когда не волнуюсь о четвертом числе. Пока оно будет 0.0f. Как его использовать, я объясню в другом уроке.

Поэтому, если вы вызвали glClearColor(0.0f,0.0f,1.0f,0.0f) вы произведете очистку экрана, с последующим закрашиванием его в ярко синий цвет. Если вы вызвали glClearColor(0.5f,0.0f,0.0f,0.0f) экран будет заполнен умеренно красным цветом. Не очень ярким (1.0f) и не темным (0.0f), а именно умеренно красным. Для того чтобы сделать белый фон, вы должны установить все цвета в (1.0f). Черный - как можно ниже (0.0f).

glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f); // Очистка экрана в черный цвет

Следующие три строки создают Буфер Глубины. Думайте о буфере глубины как о слоях на экране. Буфер глубины указывает, как далеко объекты находятся от экрана. Мы не будем реально использовать буфер глубины в этой программе, но любая программа с OpenGL, которая рисует на экране в 3D будет его использовать. Он позволяет сортировать объекты для отрисовки, поэтому квадрат расположенный под кругом не изображен будет поверх круга. Буфер глубины очень важная часть OpenGL.

glClearDepth(1.0); // Разрешить очистку буфера глубины
glDepthFunc(GL_LESS); // Тип теста глубины
glEnable(GL_DEPTH_TEST); // разрешить тест глубины

Следующие пять строк разрешают плавное сглаживание (антиалиасинг - antialiasing)(которое я буду объяснять позднее) и установку экрана для перспективного просмотра. Отдаленные предметы на экране кажутся меньшими, чем ближние. Это придает сцене реалистичный вид. Перспектива вычисляется под углом просмотра 45 градусов на основе ширины и высоты окна. 0.1f, 100.0f глубина экрана.

glMatrixMode(GL_PROJECTION) сообщает о том, что следующие команды будут воздействовать на матрицу проекции. glLoadIdentity() — это функция работает подобно сбросу. Раз сцена сброшена, перспектива вычисляется для сцены. glMatrixMode(GL_MODELVIEW) сообщает, что любые новые трансформации будут воздействовать на матрицу просмотра модели. Не волнуйтесь, если вы что-то не понимаете этот материал, я буду обучать всему этому в дальнейших уроках. Только запомините, что НАДО сделать, если вы хотите красивую перспективную сцену.

glShadeModel(GL_SMOOTH); // разрешить плавное цветовое сглаживание
glMatrixMode(GL_PROJECTION); // Выбор матрицы проекции
glLoadIdentity(); // Сброс матрицы проекции
gluPerspective(45.0f,(GLfloat)Width/(GLfloat)Height,0.1f,100.0f);
// Вычислить соотношение геометрических размеров для окна
glMatrixMode(GL_MODELVIEW); // Выбор матрицы просмотра модели
}

Следующая секция кода очень простая, по сравнению с предыдущим кодом. Это функция масштабирования сцены, вызываемая OpenGL всякий раз, когда вы изменяете размер окна (допустим, что вы используете окна чаще, чем полноэкранный режим, который мы не рассматриваем). Даже если вы не делаете изменение размеров окна (например, если вы находитесь в полноэкранном режиме), эта процедура все равно должна быть вызвана хоть один раз, обычно во время запуска программы. Замечу, что сцена масштабируется, основываясь на ширине и высоте окна, которое отображается.

GLvoid ReSizeGLScene(GLsizei Width, GLsizei Height)
{
if (Height==0) // Предотвращение деления на ноль, если окно слишком мало
Height=1;

glViewport(0, 0, Width, Height);
// Сброс текущей области вывода и перспективных преобразований

glMatrixMode(GL_PROJECTION); // Выбор матрицы проекций
glLoadIdentity(); // Сброс матрицы проекции

gluPerspective(45.0f,(GLfloat)Width/(GLfloat)Height,0.1f,100.0f);
// Вычисление соотношения геометрических размеров для окна
glMatrixMode(GL_MODELVIEW); // Выбор матрицы просмотра модели
}

В этой секции содержится весь код для рисования. Все, что вы планируете для отрисовки на экране, будет содержатся в этой секции кода. В каждом уроке, после этого будет добавлять код в эту секцию программы. Если вы уже понимаете OpenGL, вы можете попробовать добавить в код простейшие формы на OpenGL, ниже вызова glLoadIdentity(). Если вы новичок в OpenGL, подождите до следующего моего урока. Сейчас все что мы сделаем, это очистка экрана цветом, который мы определили выше, очистка буфера глубины и сброс сцены.

GLvoid DrawGLScene(GLvoid)
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
// очистка Экрана и буфера глубины
glLoadIdentity();
// Сброс просмотра
}

Следующая секция кода наиболее важная секция в этой программе. Это установка окна Windows, установка формата пикселя, обработка при изменении размеров, при нажатии на клавиатуру, и закрытие программы.

Первые четыре строки делают следующее: переменная hWnd — является указателем на окно. Переменная message — сообщения, передаваемые вашей программе системой. Переменные wParam и lParam содержат информацию, которая посылается вместе с сообщением, например такая как ширина и высота окна.

LRESULT CALLBACK WndProc( HWND hWnd,
UINT message,
WPARAM wParam,
LPARAM lParam)

Код между скобками устанавливает формат пикселей. Я предпочитаю не использовать режим индексации цвета. Если вы не знаете, что это означает, не заботьтесь об этом. Формат описания пикселя описывает, как OpenGL будет выводить в окно. Большинство кода игнорируется, но зачастую это необходимо. Я буду помещать короткий комментарий для каждой строки. Знак вопроса означает, что я не уверен, что это строка кода делает (я только человек!).

{
RECT Screen; // используется позднее для размеров окна
GLuint PixelFormat;
static PIXELFORMATDESCRIPTOR pfd=
{
sizeof(PIXELFORMATDESCRIPTOR), // Размер этой структуры
1, // Номер версии (?)
PFD_DRAW_TO_WINDOW | // Формат для Окна
PFD_SUPPORT_OPENGL | // Формат для OpenGL
PFD_DOUBLEBUFFER, // Формат для двойного буфера
PFD_TYPE_RGBA, // Требуется RGBA формат
16, // Выбор 16 бит глубины цвета
0, 0, 0, 0, 0, 0, // Игнорирование цветовых битов (?)
0, // нет буфера прозрачности
0, // Сдвиговый бит игнорируется (?)
0, // Нет буфера аккумуляции
0, 0, 0, 0, // Биты аккумуляции игнорируются (?)
16, // 16 битный Z-буфер (буфер глубины)
0, // Нет буфера траффарета
0, // Нет вспомогательных буферов (?)
PFD_MAIN_PLANE, // Главный слой рисования
0, // Резерв (?)
0, 0, 0 // Маски слоя игнорируются (?)
};

Эта секция кода обрабатывает системные сообщения. Они генерируются, когда вы выходите из программы, нажимаете на клавиши, передвигаете окно, и так далее, каждая секция "case" обрабатывает свой тип сообщения. Если вы что вставите в эту секцию, не ожидайте, что ваш код будет работать должным образом, или вообще работать.

switch (message) // Тип сообщения
{

WM_CREATE сообщает программе, что оно должно быть создано. Вначале мы запросим DC (контекст устройства) для вашего окна. Помните, без него мы не можем рисовать в окно. Затем мы запрашиваем формат пикселя. Компьютер будет выбирать формат, который совпадает или наиболее близок к формату, который мы запрашиваем. Я не делаю здесь множества проверок на ошибки, чтобы сократить код, но это неправильно. Если что-то не работает, я просто добавляю необходимый код. Возможно, вы захотите посмотреть, как работают другие форматы пикселей.

case WM_CREATE:
hDC = GetDC(hWnd); // Получить контекст устройства для окна
PixelFormat = ChoosePixelFormat(hDC, &pfd);
// Найти ближайшее совпадение для нашего формата пикселов

Если подходящий формат пикселя не может быть найден, будет выведено сообщение об ошибке с соответствующем уведомлением. Оно будет ждать, когда вы нажмете на OK, до выхода из программы.

if (!PixelFormat)
{
MessageBox(0,"Can't Find A Suitable
PixelFormat.","Error",MB_OK|MB_ICONERROR);
PostQuitMessage(0);
// Это сообщение говорит, что программа должна завершится
break; // Предтовращение повтора кода
}

Если подходящий формат найден, компьютер будет пытаться установить формат пикселя для контекста устройства. Если формат пикселя не может быть установлен по какой-то причине, выскочит сообщение об ошибке, что формат пикселя не найден, и будет ожидать, пока Вы не нажмете кнопку OK, до выхода из программы.

if(!SetPixelFormat(hDC,PixelFormat,&pfd))
{
MessageBox(0,"Can't Set The
PixelFormat.","Error",MB_OK|MB_ICONERROR);
PostQuitMessage(0);
break;
}

Если код сделан, как показано выше, будет создан DC (контекст устройства), и установлен подходящий формат пикселя. Сейчас мы создадим Контекст Рендеринга, для этого OpenGL использует DC. wglCreateContext будет захватывать Контекст Рендеринга и сохранять его в переменной hRC. Если по какой-то причине Контекст Рендеринга не доступен, выскочит сообщение об ошибке. Нажмите OK для вызова программы.

hRC = wglCreateContext(hDC);
if(!hRC)
{
MessageBox(0,"Can't Create A GL Rendering
Context.","Error",MB_OK|MB_ICONERROR);
PostQuitMessage(0);
break;
}

Сейчас мы имеем Контекст Рендеринга, и нам необходимо сделать его активным, для того чтобы OpenGL мог рисовать в окно. Снова, если по не которой причине это не может быть сделано, выскочит сообщение об ошибке. Кликните OK в окошке ошибки для выхода из программы.

if(!wglMakeCurrent(hDC, hRC))
{
MessageBox(0,"Can't activate GLRC.","Error",MB_OK|MB_ICONERROR);
PostQuitMessage(0);
break;
}

Если все прошло удачно, то у нас есть все для того, чтобы создать область рисования OpenGL. GetClientRect возвратит нам ширину и высоту окна. Мы запомним ширину справа, и высоту снизу. После того как мы получили ширину и высоту, инициализируем экран OpenGL. Мы делаем это при помощи вызова InitGL, передавая в параметрах право и низ (ширину и высоту).

GetClientRect(hWnd, &Screen);
InitGL(Screen.right, Screen.bottom);
break;

WM_DESTROY и WM_CLOSE очень похожи. Программа будет посылать это сообщение каждый раз, когда вы выходите из программы, нажав ALT-F4, или если вы послали PostQuitMessage(0) также как мы делали, когда происходила ошибка.

ChangeDisplaySettings(NULL,0) будет переключать разрешение рабочего стола обратно, делая его таким, каким мы переключались из него в полноэкранный режим. ReleaseDC(hWnd,hDC) уничтожает контекст устройства окна. По существу это уничтожает окно OpenGL.

case WM_DESTROY:
case WM_CLOSE:
ChangeDisplaySettings(NULL, 0);

wglMakeCurrent(hDC,NULL);
wglDeleteContext(hRC);
ReleaseDC(hWnd,hDC);

PostQuitMessage(0);
break;

WM_KEYDOWN вызывается всякий раз при нажатии клавиши. Клавиша, которая была нажата, сохраняется в переменной wParam. Итак, что же делает следующий код… Скажем, я нажал 'A'. Буква фактически — это число, которое ее представляет. Поэтому в ячейку, которая представляет 'A' заносится TRUE. Позднее, в коде, если я проверю состояние ячейки и увижу TRUE, то я знаю, что клавиша 'A' действительно в этот момент нажата.

case WM_KEYDOWN:
keys[wParam] = TRUE;
break;

WM_KEYUP вызывается всякий раз, когда клавиша отпускается. Клавиша, которая отжата, также сохраняется в переменной wParam. Поэтому, когда я отпускаю клавишу 'A', это делает ячейку для клавиши 'A' равной FALSE. Когда я проверю ячейку, для того чтобы увидеть нажата ли клавиша 'A', она вернет FALSE, что означает "нет, она не нажата".

case WM_KEYUP:
keys[wParam] = FALSE;
break;

И последнее, что я сделаю - обработаю изменение размеров окна. Возможно, кажется, что бесмыслено добавлять этот код, когда программа запущена в полноэкранном режиме, но без этого кода, экран OpenGL не появится. Поверьте, мне это очень важно.

Всякий раз сообщение WM_SIZE посылается Windows с двумя параметрами - новая ширина, и новая высота экрана. Эти параметры сохранены в LOWORD(lParam) и HIWORD(lParam). Поэтому вызов ReSizeGLScene изменяет размеры экрана. Это передает высоту и ширину в эту секцию кода.

case WM_SIZE:
ReSizeGLScene(LOWORD(lParam),HIWORD(lParam));
break;

Затем, дадим Windows обработать все сообщения, которые мы не обрабатываем и завершим процедуру.

default:
return (DefWindowProc(hWnd, message, wParam, lParam));
}
return (0);
}

Это то место, где начинается программа, где создается окно, где делается практически все, кроме рисования. Мы начинаем с создания окна.

int WINAPI WinMain(HINSTANCE hInstance,HINSTANCE hPrevInstance,
LPSTR lpCmdLine,int nCmdShow)
{
MSG msg; // Структура сообщения Windows
WNDCLASS wc; // Структура класса Windows для установки типа окна
HWND hWnd; // Сохранение дискриптора окна

Флаги стиля CS_HREDRAW и CS_VREDRAW принуждают перерисовать окно всякий раз, когда оно перемещается. CS_OWNDC создает скрытый DC для окна. Это означает, что DC не используется совместно нескольким приложениями. WndProc - процедура, которая перехватывает сообщения для программы. hIcon установлен равным нулю, это означает, что мы не хотим ICON в окне, и для мыши используем стандартный указатель. Фоновый цвет не имеет значения (мы установим его в GL). Мы не хотим меню в этом окне, поэтому мы используем установку его в NULL, и имя класса — это любое имя которое вы хотите.

wc.style = CS_HREDRAW | CS_VREDRAW | CS_OWNDC;
wc.lpfnWndProc = (WNDPROC) WndProc;
wc.cbClsExtra = 0;
wc.cbWndExtra = 0;
wc.hInstance = hInstance;
wc.hIcon = NULL;
wc.hCursor = LoadCursor(NULL, IDC_ARROW);
wc.hbrBackground = NULL;
wc.lpszMenuName = NULL;
wc.lpszClassName = "OpenGL WinClass";

Сейчас мы регистрируем класс. Если произошла ошибка, появится соответствующее сообщение. Кликните на OK в коробочку об ошибке и будете выкинуты из программы.

if(!RegisterClass(&wc))
{
MessageBox(0,"Failed To Register The Window
Class.","Error",MB_OK|MB_ICONERROR);
return FALSE;
}

Сейчас мы сделаем окно. Не смотря на то, что мы делаем окно здесь, это не вызовет OpenGL до тех пор, пока сообщение WM_CREATE не послано. Флаги WS_CLIPCHILDREN и WS_CLIPSIBLINGS требуются для OpenGL. Очень важно, чтобы вы добавили их здесь. Я люблю использовать всплывающее окно, оно хорошо работает в полноэкранном режиме.

hWnd = CreateWindow(
"OpenGL WinClass",
"Jeff Molofee's GL Code Tutorial … NeHe '99", // Заголовок вверху окна

WS_POPUP |
WS_CLIPCHILDREN |
WS_CLIPSIBLINGS,

0, 0, // Позиция окна на экране
640, 480, // Ширина и высота окна

NULL,
NULL,
hInstance,
NULL);

Далее - обычная проверка на ошибки. Если окно не было создано по какой-то причине, сообщение об ошибке выскочит на экран. Давите OK и завершайте программу.

if(!hWnd)
{
MessageBox(0,"Window Creation Error.","Error",MB_OK|MB_ICONERROR);
return FALSE;
}

Следующая секция кода вызывает у многих людей массу проблем … переход в полноэкранный режим. Здесь важна одна вещь, которую вы должны запомнить, когда переключаетесь в полноэкранный режим - сделать ширину и высоту в полноэкранном режиме необходимо туже самую, что и ширина и высота, которую вы сделали в своем окне.

Я не устанавливаю глубину цвета, когда я переключаю полноэкранный режим. Всякий раз, когда я пробовал переключать глубину цвета, я получал сверхъестественные запросы от Windows чтобы сделать перезагрузку компьютера для переключения нового режима цвета. Я не уверен, надо ли удовлетворять это сообщение, но я решил оставлять компьютер с той глубиной цвета, которая была до запуска GL программы.

Важно отметить, что этот код не будет скомпилирован на Cи. Это файл должен быть сохранен как .CPP файл.

DEVMODE dmScreenSettings; // Режим работы

memset(&dmScreenSettings, 0, sizeof(DEVMODE)); // Очистка для хранения установок
dmScreenSettings.dmSize = sizeof(DEVMODE); // Размер структуры Devmode
dmScreenSettings.dmPelsWidth = 640; // Ширина экрана
dmScreenSettings.dmPelsHeight = 480; // Высота экрана
dmScreenSettings.dmFields = DM_PELSWIDTH | DM_PELSHEIGHT; // Режим Пиксела
ChangeDisplaySettings(&dmScreenSettings, CDS_FULLSCREEN);
// Переключение в полный экран

ShowWindow название этой функции говорит само за себя - она показывает окно, которое вы создали на экране. Я люблю это делать, после того как я переключусь в полноэкранный режим, хотя я не уверен, что это имеет значения. UpdateWindow обновляет окно, SetFocus делает окно активным, и вызывает wglMakeCurrent(hDC,hRC) чтобы убедиться, что Контекст рендеринга не освобожден.

ShowWindow(hWnd, SW_SHOW);
UpdateWindow(hWnd);
SetFocus(hWnd);

Теперь мы создадим бесконечный цикл. Есть только один момент выхода из цикла, - когда нажали ESC. При этом программе будет отправлено сообщение о выходе, и она прервется.

while (1)
{
// Обработка всех сообщений
while (PeekMessage(&msg, NULL, 0, 0, PM_NOREMOVE))
{
if (GetMessage(&msg, NULL, 0, 0))
{
TranslateMessage(&msg);
DispatchMessage(&msg);
}
else
{
return TRUE;
}
}

DrawGLScene вызывает ту часть программы, которая фактически рисует объекты OpenGL. В этой программе мы оставим эту часть секции пустой, все что будет сделано - очистка экрана черным цветом. В следующих уроках я покажу, как применять OpenGL для рисования.

SwapBuffers(hDC) очень важная команда. Мы имеем окно с установленной двойной буферизацией. Это означает, что изображение рисуется на скрытом окне (называемым буфером). Затем, мы говорим компьютеру переключить буфера, скрытый буфер копируется на экран. При этом получается плавная анимация без рывков, и зритель не замечает отрисовку объектов.

DrawGLScene(); // Нарисовать сцену
SwapBuffers(hDC); // Переключить буфер экрана
if (keys[VK_ESCAPE]) SendMessage(hWnd,WM_CLOSE,0,0); // Если ESC - выйти
}
}

В этом уроке я попытался объяснить как можно больше деталей каждого шага запутанной установки, и создания ваших собственных полноэкранных OpenGL программ, которые будут завершаться при нажатии ESC. Я потратил 3 дня и 13 часов для написания этого урока. Если вы имеете любые комментарии или вопросы, пожалуйста, пошлите их мне по электронной почте. Если вы ощущаете, что я некорректно комментировал что-то или что код должен быть лучше в некоторых секциях по некоторым причинам, пожалуйста, дайте мне знать. Я хочу сделать уроки по OpenGL хорошими насколько смогу. Я заинтересован в обратной связи.

© Jeff Molofee (NeHe)

 6 марта 2001 (c)  Сергей Анисимов