从零开始入门OpenGL--球体世界及纹理

2023-09-08 16:19:56

前言
OpenGL是一个跨平台的图形库，被广泛用于3D图形编程领域。它提供了丰富的函数和工具，可以帮助开发者创建出令人惊叹的3D视觉效果。本教程将带领您从零开始学习OpenGL，并使用C++语言构建一个球体世界。我们将涵盖从基本概念到纹理和镜像显示的各个方面，帮助您快速掌握OpenGL的基础知识，并能够创建出令人惊叹的3D图形应用程序。

OpenGL简介

OpenGL是一个跨平台的图形库，它提供了一系列函数和工具，允许开发者创建和渲染3D图形。OpenGL是独立于操作系统的，这意味着它可以在各种平台上运行，包括Windows、macOS、Linux等。

OpenGL被广泛用于游戏、虚拟现实、动画等领域。它也被用于科学可视化、医学成像、CAD等专业领域。

OpenGL的基本概念

在学习OpenGL之前，我们需要了解一些基本的概念。

坐标系 ：OpenGL使用右手坐标系，这意味着X轴指向右，Y轴指向上，Z轴指向外。
投影矩阵 ：投影矩阵将3D坐标转换为2D坐标，以便在屏幕上显示。
模型视图矩阵 ：模型视图矩阵将对象从模型空间转换到世界空间。
视口：视口是屏幕上的一个矩形区域，用于显示3D图形。
纹理：纹理是用来给3D对象添加细节和颜色的图像。
着色器 ：着色器是用来计算每个像素颜色的程序。

构建球体世界

现在，我们已经了解了OpenGL的一些基本概念，我们可以开始构建球体世界了。

首先，我们需要创建一个OpenGL上下文。OpenGL上下文是一个用来存储OpenGL状态信息的结构体。

GLFWwindow* window;

// 初始化GLFW
glfwInit();
glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3);
glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 3);
glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);

// 创建窗口
window = glfwCreateWindow(800, 600, "球体世界", NULL, NULL);
if (window == NULL)
{
    glfwTerminate();
    return -1;
}

// 设置当前上下文
glfwMakeContextCurrent(window);

接下来，我们需要加载纹理。纹理是一个用来给3D对象添加细节和颜色的图像。

GLuint texture;

// 加载纹理
glGenTextures(1, &texture);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture);

// 设置纹理参数
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_REPEAT);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);

// 加载纹理图像
int width, height, nrChannels;
unsigned char *data = stbi_load("earth.jpg", &width, &height, &nrChannels, 0);
if (data)
{
    glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, width, height, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, data);
    glGenerateMipmap(GL_TEXTURE_2D);
}
else
{
    std::cout << "Failed to load texture" << std::endl;
}

现在，我们可以开始渲染球体了。

GLuint VAO, VBO, EBO;

// 顶点数据
float vertices[] = {
    // 位置              // 法线              // 纹理坐标
    -0.5f, -0.5f, -0.5f,  0.0f,  0.0f, -1.0f,  0.0f, 0.0f,
     0.5f, -0.5f, -0.5f,  0.0f,  0.0f, -1.0f,  1.0f, 0.0f,
     0.5f,  0.5f, -0.5f,  0.0f,  0.0f, -1.0f,  1.0f, 1.0f,
     0.5f,  0.5f, -0.5f,  0.0f,  0.0f, -1.0f,  1.0f, 1.0f,
    -0.5f,  0.5f, -0.5f,  0.0f,  0.0f, -1.0f,  0.0f, 1.0f,
    -0.5f, -0.5f, -0.5f,  0.0f,  0.0f, -1.0f,  0.0f, 0.0f,

    -0.5f, -0.5f,  0.5f,  0.0f,  0.0f,  1.0f,  0.0f, 0.0f,
     0.5f, -0.5f,  0.5f,  0.0f,  0.0f,  1.0f,  1.0f, 0.0f,
     0.5f,  0.5f,  0.5f,  0.0f,  0.0f,  1.0f,  1.0f, 1.0f,
     0.5f,  0.5f,  0.5f,  0.0f,  0.0f,  1.0f,  1.0f, 1.0f,
    -0.5f,  0.5f,  0.5f,  0.0f,  0.0f,  1.0f,  0.0f, 1.0f,
    -0.5f, -0.5f,  0.5f,  0.0f,  0.0f,  1.0f,  0.0f, 0.0f,

    -0.5f,  0.5f,  0.5f, -1.0f,  0.0f,  0.0f,  1.0f, 0.0f,
    -0.5f,  0.5f, -0.5f, -1.0f,  0.0f,  0.0f,  1.0f, 1.0f,
    -0.5f, -0.5f, -0.5f, -1.0f,  0.0f,  0.0f,  0.0f, 1.0f,
    -0.5f, -0.5f, -0.5f, -1.0f,  0.0f,  0.0f,  0.0f, 1.0f,
    -0.5f, -0.5f,  0.5f, -1.0f,  0.0f,  0.0f,  0.0f, 0.0f,
    -0.5f,  0.5f,  0.5f, -1.0f,  0.0f,  0.0f,  1.0f, 0.0f,

     0.5f,  0.5f,  0.5f,  1.0f,  0.0f,  0.0f,  1.0f, 0.0f,
     0.5f,  0.5f, -0.5f,  1.0f,  0.0f,  0.0f,  1.0f, 1.0f,
     0.5f, -0.5f, -0.5f,  1.0f,  0.0f,  0.0f,  0.0f, 1.0f,
     0.5f, -0.5f, -0.5f,  1.0f