计算机图形学编程(使用OpenGL和C++)(第2版) 01.环境搭建

计算机图形学编程(使用OpenGL和C++)(第2版)

这是我学习计算机图形学编程(使用OpenGL和C++)的笔记，主要记录学习心得及一些学习过程中遇到的问题和解决方案。源代码存放在github上。

参考资料：

1. 原书资源(程序代码、模型、纹理、贴图及图表)下载
2. ShaderToy学习笔记_龙湾开发的博客-CSDN博客
3. shader开发实战学习笔记_龙湾开发的博客-CSDN博客
4. GitHub - DragonBaySpark/practical_shader_development: shader开发实战学习笔记

1. 环境搭建

学习时采用WINDOWS平台，IDE是Microsoft Visual Studio 2022 ，采用C++17标准，源代码用utf-8格式保存。

1.1. 环境搭建

环境搭建中涉及的内容如下：

1.1.1. 窗口管理

采用 GLFW 做为窗口管理

GLFW 是一个开源的跨平台库，主要用于 OpenGL、Vulkan 和其他图形 API 的窗口管理和输入处理。它为开发者提供了创建窗口、上下文和处理输入设备（如键盘、鼠标、手柄等）的简单接口。

GLFW 的主要功能

1. 窗口管理：

• 创建和管理窗口。
• 支持全屏模式和窗口模式。
• 提供多窗口支持。

2. 上下文管理：

• 创建 OpenGL 或 Vulkan 的上下文。
• 管理上下文的生命周期。

3. 输入处理：

• 捕获键盘、鼠标和手柄的输入事件。
• 支持自定义回调函数来处理输入。

4. 跨平台支持：

• 支持 Windows、macOS 和 Linux。

GLFW 的优点

• 轻量级：专注于窗口和输入管理，不包含图形渲染功能。
• 易用性：API 简洁，易于集成到项目中。
• 高性能：为图形应用程序提供高效的窗口和输入管理

1.1.2. 扩展库

OpenGL 围绕一组基本功能和扩展机制进行组织。随着技术的发展，扩展机制可以用来支持新的功能。为了使用现代命令，需要执行很多相当复杂的代码。所以使用一个扩展库来处理这些细节已经成了标准做法，这样能让程序员可以直接使用现代 OpenGL 命令。扩展库有 Glee、GLLoader 和 GLEW，以及新版的 GL3W 和 GLAD。
本书采用 GLEW 作为扩展库。
GLEW（The OpenGL Extension Wrangler Library）是一个跨平台的开源库，用于加载和管理 OpenGL 扩展。它简化了开发者使用现代 OpenGL 功能的过程，尤其是在需要访问 OpenGL 扩展时。

GLEW 的主要功能

1. 加载 OpenGL 扩展：

• 自动检测并加载系统支持的 OpenGL 扩展。
• 提供对现代 OpenGL 函数的访问，而无需手动获取函数指针。

2. 跨平台支持：

• 支持 Windows、macOS 和 Linux 等主流操作系统。

3. 易于集成：
   -提供简单的 API，开发者只需初始化 GLEW 即可使用 OpenGL 扩展。

1.1.3. GLM（OpenGL 数学库）

GLM（OpenGL Mathematics）是一个基于 C++ 的数学库，专为图形应用设计，提供了与 OpenGL 着色语言（GLSL）一致的数学功能。它是一个轻量级、头文件形式的库，广泛用于 3D 图形开发中。

1.1.3.1. GLM 的主要功能

1. 向量和矩阵运算：

   • 支持常见的向量（如 vec2, vec3, vec4）和矩阵（如 mat3, mat4）类型。
   • 提供加减乘除、点积、叉积等运算。

2. 变换工具：

   • 提供常用的 3D 变换函数，如平移、旋转、缩放。
   • 支持生成投影矩阵（透视投影和正交投影）。

3. 数学函数：

   • 包括三角函数、指数函数、对数函数等。
   • 支持线性插值、角度转换（弧度与角度之间的转换）等。

4. 兼容 GLSL：

   • 语法和功能与 GLSL 保持一致，便于开发者在 CPU 和 GPU 之间切换。

5. 跨平台支持：

   • 作为头文件库，无需额外编译，直接包含即可使用。

1.1.4. 纹理管理 SOIL2（Simple OpenGL Image Library 2）

SOIL2 是一个轻量级的开源图像加载库，专为 OpenGL 应用设计，用于加载纹理、保存图像以及生成纹理。它是原始 SOIL 库的改进版本，提供了更好的功能和维护。

1.1.4.1. SOIL2 的主要功能

1. 加载图像为 OpenGL 纹理：

   • 支持多种图像格式（如 PNG、JPEG、BMP、TGA 等）。
   • 自动生成 Mipmaps，优化纹理性能。

2. 保存图像：

   • 支持将图像保存为常见格式（如 BMP、TGA）。

3. 纹理工具：

   • 提供纹理压缩支持。
   • 支持加载立方体贴图（Cubemap）纹理。

4. 跨平台支持：

   • 支持 Windows、macOS 和 Linux。

1.1.5. 安装

安装有两种方式：

1. 访问相应的官方网站，按其说明进行安装。
2. 我已经准备好了相关安装包（OpenGLtemplate.zip），只需从github下载即可。

1.1.6. 创建Visual Studio 自定义项目模板

将下载的OpenGLtemplate.zip 解压到 C:\OpenGLtemplate，也可放在其它目录下。
创建一个自定义的项目模板，以便在 Visual Studio 中快速创建预配置的项目。通过这种方式，开发者可以避免重复配置项目环境，例如添加依赖库、设置编译选项等。

// 附加依赖项 输入以下内容
glfw3.lib
glew32.lib
soil2-debug.lib
opengl32.lib

采用 C++ 17标准

注意：
在实际项目运行时，需要将glew32.dll 放在可执行文件所在目录下。

1.1.7. 目录

1.1.7.1. 在Visual Studio中运行时

着色器文件的路径在代码中是相对目录时，则当前工作目录为项目所在目录。
如果遇到“找不到着色器文件”错误，可以用以下代码测试当前目录的绝对路径：

	// 获取当前工作目录的路径std::filesystem::path currentPath = std::filesystem::current_path();// 获取绝对路径std::filesystem::path absolutePath = std::filesystem::absolute(currentPath);// 提取目录名称std::string directoryName = currentPath.filename().string();std::cout << "absolute_path: " << absolutePath.string() << std::endl;

以下是一个示例

absolute_path: C:\Users\Admin\git\e\15_computer_graphics_programming_in_opengl_with_cpp\chapter02\2_2_Point

该工程在创建时选择了“将解决方案和项目放在同一目录下”。

1.1.7.2. 在exe文件所在目录下运行时

exe文件所在目录为当前工作目录。

1.1.8. 问题

1.1.8.1. 默认库“MSVCRT”与其他库的使用冲突；请使用 /NODEFAULTLIB:library

右键点击你的项目，选择“属性”。
在左侧树中导航到 Configuration Properties -> Linker -> Input。
找到 Ignore Specific Default Libraries 选项，在这里输入你想要忽略的库名称，如 MSVCRT

1.1.8.2. 控制台的输出为乱码

源代码用utf-8格式保存，如果控制台的输出为乱码，在程序中添加以下代码：

 system("chcp 65001 > nul"); // 设置为 UTF-8 编码

1.2. 参考资料

1. GLFW
2. GLEW
3. GLM
4. SOIL2