OpenGL学习-------点、直线、多边形

上一课中，我们学习了如何绘制几何图形，但大家如果多写几个程序，就会发现其实还是有些郁闷之处。例如：点太小，难以看清楚；直线也太细，不舒服；或者想画虚线，但不知道方法只能用许多短直线，甚至用点组合而成。

这些问题将在本课中被解决。

下面就点、直线、多边形分别讨论。

1、关于点

点的大小默认为1个像素，但也可以改变之。改变的命令为glPointSize，其函数原型如下：

void glPointSize(GLfloat size);

size必须大于0.0f，默认值为1.0f，单位为“像素”。

注意：对于具体的OpenGL实现，点的大小都有个限度的，如果设置的size超过最大值，则设置可能会有问题。

例子：

void myDisplay(void)
 
{
 
     glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
 
     glPointSize(5.0f);
 
     glBegin(GL_POINTS);
 
         glVertex2f(0.0f, 0.0f);
 
         glVertex2f(0.5f, 0.5f);
 
     glEnd();
 
     glFlush();
 
}

2、关于直线

（1）直线可以指定宽度：

void glLineWidth(GLfloat width);其用法跟glPointSize类似。

（2）画虚线。

首先，使用glEnable(GL_LINE_STIPPLE);来启动虚线模式（使用glDisable(GL_LINE_STIPPLE)可以关闭之）。

然后，使用glLineStipple来设置虚线的样式。

void glLineStipple(GLint factor, GLushort pattern);

pattern是由1和0组成的长度为16的序列，从最低位开始看，如果为1，则直线上接下来应该画的factor个点将被画为实的；如果为0，则直线上接下来应该画的factor个点将被画为虚的。

以下是一些例子：

void myDisplay(void)
 
{
 
     glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
 
     glEnable(GL_LINE_STIPPLE);
 
     glLineStipple(, 0x0F0F);
 
     glLineWidth(10.0f);
 
     glBegin(GL_LINES);
 
         glVertex2f(0.0f, 0.0f);
 
         glVertex2f(0.5f, 0.5f);
 
     glEnd();
 
     glFlush();
 
}

3、关于多边形

多边形的内容较多，我们将讲述以下四个方面。

（1）多边形的两面以及绘制方式。

虽然我们目前还没有真正的使用三维坐标来画图，但是建立一些三维的概念还是必要的。

从三维的角度来看，一个多边形具有两个面。每一个面都可以设置不同的绘制方式：填充、只绘制边缘轮廓线、只绘制顶点，其中“填充”是默认的方式。可以为两个面分别设置不同的方式。

glPolygonMode(GL_FRONT, GL_FILL);            // 设置正面为填充方式
 
glPolygonMode(GL_BACK, GL_LINE);             // 设置反面为边缘绘制方式
 
glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_POINT); // 设置两面均为顶点绘制方式

（2）反转

一般约定为“顶点以逆时针顺序出现在屏幕上的面”为“正面”，另一个面即成为“反面”。生活中常见的物体表面，通常都可以用这样的“正面”和“反面”，“合理的”被表现出来（请找一个比较透明的矿泉水瓶子，在正对你的一面沿逆时针画一个圆，并标明画的方向，然后将背面转为正面，画一个类似的圆，体会一下“正面”和“反面”。你会发现正对你的方向，瓶的外侧是正面，而背对你的方向，瓶的内侧才是正面。正对你的内侧和背对你的外侧则是反面。这样一来，同样属于“瓶的外侧”这个表面，但某些地方算是正面，某些地方却算是反面了）。

但也有一些表面比较特殊。例如“麦比乌斯带”（请自己Google一下），可以全部使用“正面”或全部使用“背面”来表示。

可以通过glFrontFace函数来交换“正面”和“反面”的概念。

glFrontFace(GL_CCW);   // 设置CCW方向为“正面”，CCW即CounterClockWise，逆时针

glFrontFace(GL_CW);    // 设置CW方向为“正面”，CW即ClockWise，顺时针

下面是一个示例程序，请用它替换第一课中的myDisplay函数，并将glFrontFace(GL_CCW)修改为glFrontFace(GL_CW)，并观察结果的变化。

void myDisplay(void)
 
{
 
     glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
 
     glPolygonMode(GL_FRONT, GL_FILL); // 设置正面为填充模式
 
     glPolygonMode(GL_BACK, GL_LINE);   // 设置反面为线形模式
 
     glFrontFace(GL_CCW);               // 设置逆时针方向为正面
 
     glBegin(GL_POLYGON);               // 按逆时针绘制一个正方形，在左下方
 
         glVertex2f(-0.5f, -0.5f);
 
         glVertex2f(0.0f, -0.5f);
 
         glVertex2f(0.0f, 0.0f);
 
         glVertex2f(-0.5f, 0.0f);
 
     glEnd();
 
     glBegin(GL_POLYGON);               // 按顺时针绘制一个正方形，在右上方
 
         glVertex2f(0.0f, 0.0f);
 
         glVertex2f(0.0f, 0.5f);
 
         glVertex2f(0.5f, 0.5f);
 
         glVertex2f(0.5f, 0.0f);
 
     glEnd();
 
     glFlush();
 
}

（3）剔除多边形表面

在三维空间中，一个多边形虽然有两个面，但我们无法看见背面的那些多边形，而一些多边形虽然是正面的，但被其他多边形所遮挡。如果将无法看见的多边形和可见的多边形同等对待，无疑会降低我们处理图形的效率。在这种时候，可以将不必要的面剔除。

首先，使用glEnable(GL_CULL_FACE);来启动剔除功能（使用glDisable(GL_CULL_FACE)可以关闭之）

然后，使用glCullFace来进行剔除。

glCullFace的参数可以是GL_FRONT，GL_BACK或者GL_FRONT_AND_BACK，分别表示剔除正面、剔除反面、剔除正反两面的多边形。

注意：剔除功能只影响多边形，而对点和直线无影响。例如，使用glCullFace(GL_FRONT_AND_BACK)后，所有的多边形都将被剔除，所以看见的就只有点和直线。

（4）镂空多边形

直线可以被画成虚线，而多边形则可以进行镂空。

首先，使用glEnable(GL_POLYGON_STIPPLE);来启动镂空模式（使用glDisable(GL_POLYGON_STIPPLE)可以关闭之）。

然后，使用glPolygonStipple来设置镂空的样式。

void glPolygonStipple(const GLubyte *mask);

其中的参数mask指向一个长度为128字节的空间，它表示了一个32*32的矩形应该如何镂空。其中：第一个字节表示了最左下方的从左到右（也可以是从右到左，这个可以修改）8个像素是否镂空（1表示不镂空，显示该像素；0表示镂空，显示其后面的颜色），最后一个字节表示了最右上方的8个像素是否镂空。

但是，如果我们直接定义这个mask数组，像这样：

static GLubyte Mask[] =
 
{
 
     0x00, 0x00, 0x00, 0x00,    //   这是最下面的一行
 
     0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
 
     0x03, 0x80, 0x01, 0xC0,    //   麻
 
     0x06, 0xC0, 0x03, 0x60,    //   烦
 
     0x04, 0x60, 0x06, 0x20,    //   的
 
     0x04, 0x30, 0x0C, 0x20,    //   初
 
     0x04, 0x18, 0x18, 0x20,    //   始
 
     0x04, 0x0C, 0x30, 0x20,    //   化
 
     0x04, 0x06, 0x60, 0x20,    //   ，
 
     0x44, 0x03, 0xC0, 0x22,    //   不
 
     0x44, 0x01, 0x80, 0x22,    //   建
 
     0x44, 0x01, 0x80, 0x22,    //   议
 
     0x44, 0x01, 0x80, 0x22,    //   使
 
     0x44, 0x01, 0x80, 0x22,    //   用
 
     0x44, 0x01, 0x80, 0x22,
 
     0x44, 0x01, 0x80, 0x22,
 
     0x66, 0x01, 0x80, 0x66,
 
     0x33, 0x01, 0x80, 0xCC,
 
     0x19, 0x81, 0x81, 0x98,
 
     0x0C, 0xC1, 0x83, 0x30,
 
     0x07, 0xE1, 0x87, 0xE0,
 
     0x03, 0x3F, 0xFC, 0xC0,
 
     0x03, 0x31, 0x8C, 0xC0,
 
     0x03, 0x3F, 0xFC, 0xC0,
 
     0x06, 0x64, 0x26, 0x60,
 
     0x0C, 0xCC, 0x33, 0x30,
 
     0x18, 0xCC, 0x33, 0x18,
 
     0x10, 0xC4, 0x23, 0x08,
 
     0x10, 0x63, 0xC6, 0x08,
 
     0x10, 0x30, 0x0C, 0x08,
 
     0x10, 0x18, 0x18, 0x08,
 
     0x10, 0x00, 0x00, 0x08    // 这是最上面的一行
 
};

这样一堆数据非常缺乏直观性，我们需要很费劲的去分析，才会发现它表示的竟然是一只苍蝇。

如果将这样的数据保存成图片，并用专门的工具进行编辑，显然会方便很多。下面介绍如何做到这一点。

首先，用Windows自带的画笔程序新建一副图片，取名为mask.bmp，注意保存时，应该选择“单色位图”。在“图象”->“属性”对话框中，设置图片的高度和宽度均为32。

用放大镜观察图片，并编辑之。黑色对应二进制零（镂空），白色对应二进制一（不镂空），编辑完毕后保存。

然后，就可以使用以下代码来获得这个Mask数组了。

static GLubyte Mask[];
 
FILE *fp;
 
fp = fopen("mask.bmp", "rb");
 
if( !fp )
 
     exit();
 
// 移动文件指针到这个位置，使得再读sizeof(Mask)个字节就会遇到文件结束
 
// 注意-(int)sizeof(Mask)虽然不是什么好的写法，但这里它确实是正确有效的
 
// 如果直接写-sizeof(Mask)的话，因为sizeof取得的是一个无符号数，取负号会有问题
 
if( fseek(fp, -(int)sizeof(Mask), SEEK_END) )
 
     exit();
 
// 读取sizeof(Mask)个字节到Mask
 
if( !fread(Mask, sizeof(Mask), , fp) )
 
     exit();
 
fclose(fp);

好的，现在请自己编辑一个图片作为mask，并用上述方法取得Mask数组，运行后观察效果。

说明：绘制虚线时可以设置factor因子，但多边形的镂空无法设置factor因子。请用鼠标改变窗口的大小，观察镂空效果的变化情况。

#include <stdio.h>
 
#include <stdlib.h>
 
void myDisplay(void)
 
{
 
     static GLubyte Mask[];
 
     FILE *fp;
 
     fp = fopen("mask.bmp", "rb");
 
     if( !fp )
 
         exit();
 
     if( fseek(fp, -(int)sizeof(Mask), SEEK_END) )
 
         exit();
 
     if( !fread(Mask, sizeof(Mask), , fp) )
 
         exit();
 
     fclose(fp);
 
     glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
 
     glEnable(GL_POLYGON_STIPPLE);
 
     glPolygonStipple(Mask);
 
     glRectf(-0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f);   // 在左下方绘制一个有镂空效果的正方形
 
     glDisable(GL_POLYGON_STIPPLE);
 
     glRectf(0.0f, 0.0f, 0.5f, 0.5f);     // 在右上方绘制一个无镂空效果的正方形
 
     glFlush();
 
}

小结

本课学习了绘制几何图形的一些细节。

点可以设置大小。直线可以设置宽度；可以将直线画成虚线。

多边形的两个面的绘制方法可以分别设置；在三维空间中，不可见的多边形可以被剔除；可以将填充多边形绘制成镂空的样式。

了解这些细节会使我们在一些图象绘制中更加得心应手。

另外，把一些数据写到程序之外的文件中，并用专门的工具编辑之，有时可以显得更方便。