Hello OpenGL

前言

• OpenGL是一個圖形庫規範，它定義了一組用於創建和渲染圖片的接口，嚴格規定了每個函數該如何執行，以及它們的輸出值。但內部具體每個函數是如何實現的，將由OpenGL庫的開發者自行決定，這通常都是顯卡廠商。每個OpenGL的驅動都是針對特定廠商的顯卡，開發者利用自己顯卡的特有功能，可以高效的實現某些OpenGL接口。
• 總結一句話，OpenGL是規範，實現由各個顯卡廠商提供，每個顯卡廠商實現的驅動各有不同。因爲這種情況，OpenGL的很多函數在編譯時地址不能確定，上層應用需要用動態加載的方式使用OpenGL提供的圖形庫。通常的做法是，開發應用程序時如果要使用OpenGL庫提供的函數，首先動態加載OpenGL庫，然後檢查庫中是否包含自己想要調用的函數的符號，如果包含，就調用該函數，過程類似下面這樣：

1. 打開一個OpenGL動態庫，返回一個庫的句柄handle = dlopen(file, flags)
2. 檢查動態庫中是否有自己想調用的函數regsym = dlsym(handle, funcname)
3. 返回值regsym不小於0表示動態庫中存在這個函數，調用它funcname( )
4. 使用完之後關閉這個動態庫的句柄dlclose(handle)

• 上面這個流程是C語言的接口動態解決一個so庫並調用其包含函數的過程，OpenGL提供的so庫使用方式類似。由於OpenGL各個版本提供的API有所差異，因此應用程序需要了解自己使用的OpenGL庫包含哪些接口，對於每個接口，保險的方法是用以上的方式來調用，但這樣太複雜了，並且應用程序也可能不知道自己使用的OpenGL庫包含的接口。有一個開源的庫專門解決這個問題，它針對每一個OpenGL版本的接口實現了上述的判斷，這就是GLAD庫。我們的環境搭建中需要依賴這個庫。
• OpenGL是一個實現3D圖像渲染的圖形庫，它自身是一個巨大的狀態機，通過一系列的輸入變量描述OpenGL此刻該如何運行，OpenGL的狀態通常被稱爲上下文（context），context上下文的創建涉及到顯卡緩衝區等與具體系統相關的細節，因爲每個平臺上的實現不一樣。爲了讓OpenGL具有可移植性，它特意將這些操作抽象出去。因此應用程序需要自己處理context的創建。同樣的，如果我們想要展示自己渲染的圖片，需要一個用於顯示的窗口，這個窗口也是平臺相關的。因此也需要應用程序自己處理。同樣地，當前也有一些庫是特別針對OpenGL這種需求的，它們爲OpenGL的渲染提供一個上下文和一個窗口。這些流行的庫有GLUT，SDL，SFML和GLFW等。這裏我們將使用GLFW，同時也會涉及到GLUT庫。
• 綜上所述，要基於OpenGL庫開發應用程序，不僅要安裝OpenGL庫，還依賴GLAD庫和GLFW庫。整個OpenGL開發環境的搭建就是介紹這個安裝過程。

安裝OpenGL

• 在centos上，我們配置了yum源之後，直接安裝libglvnd-glx包，就能將OpenGL和它依賴的庫全部安裝上
  yum install -y libglvnd-glx
• 安裝OpenGL庫之後，我們還不知道它的API版本，freeglut是一個用於創建OpenGL窗口和上下文的庫，這裏我們使用這個庫來查詢OpenGL API版本。首先安裝這個庫的開發包yum install -y freeglut-devel，然後編譯一個C程序來確定版本。如下：

#include <stdio.h>
#include <GL/glut.h>

int main(int argc, char** argv)
{
    glutInit(&argc,argv);
    glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE|GLUT_RGB|GLUT_DEPTH);		/* 1 */
    glutInitWindowSize(300,300);								/* 2 */
    glutInitWindowPosition(100,100);							/* 3 */
    glutCreateWindow("OpenGL Version");
    const GLubyte* OpenGLVersion =glGetString(GL_VERSION); /* 4 */
    printf("OpenGL實現的版本號：%s\n",OpenGLVersion);

    return 0;
}

1. 顯示模式初始化
2. 定義窗口大小
3. 創建窗口
4. 返回當前OpenGL實現的版本號

• 編譯後運行結果如下：
  
• 從這裏可以看到只有加載OpenGL才能看到它的實現版本號，這裏是3.0

安裝GLAD

• GLAD是一個開源庫，但和普通庫不同，它是一個在線服務，用戶進入這個網頁輸入自己的OpenGL庫版本產生一個glad.c的文件和一個glad.h頭文件，我們將glad.c文件編譯成目標文件glad.o後與應用程序一起編譯，同時需要將glad提供的頭文件glad.h包含在我們自己的應用中，通過這種方式，應用程序就可以使用glad庫中定義的接口了。
• 從在線服務中下載下來的glad.zip內容如下：
  
• 我們將glad.c編譯成目標文件gcc -c glad.c -o glad.o
• 將glad.h拷貝到系統的頭文件目錄下cp -r glad/include/glad /usr/include/

安裝GLFW

• GLFW是個開源庫，我們從源碼編譯安裝，首先下載源碼git clone [email protected]:glfw/glfw.git
• GLFW使用cmake編譯，linux平臺下源碼目錄下載後沒有Makefile文件，需要首先生成，使用cmake命令產生Makefile，編譯然後安裝，如下：

cd glfw
cmake .
make
make install

• 安裝完GLFW之後，應用程序所需要的所有連接庫都準備好了，可以開始編譯應用程序。

Hello OpenGL

• 我們的程序就是利用GLFW庫接口創建一個窗口，其源碼在這裏，然後編譯運行這個程序。
• 我們的源碼文件名爲hello.cpp，編譯這個文件：
  g++ hello.cpp glad.o -o hello -lglut -lGL -lGLU -lglfw3 -lGL -lX11 -lpthread -lXrandr -lXi -ldl
• 運行hello程序，界面上就會彈出一個窗口，窗口大小有hello中的源碼設置，我將它調成了200 * 200大小，效果如下：