linux opengl 实例,一篇文章入门Ubuntu的OpenGL开发
因?yàn)橛悬c(diǎn)小野心，想寫(xiě)個(gè)可以在Linux下跑的渲染庫(kù)，于是就費(fèi)了點(diǎn)功夫研究Ubuntu下OpenGL的開(kāi)發(fā)。但是，由于完全沒(méi)有Ubuntu下開(kāi)發(fā)的經(jīng)驗(yàn)，遇到了各種問(wèn)題，折騰了一陣子，總算是有點(diǎn)收獲，寫(xiě)篇文章分享一下。
由于筆者水平有限，文章中若有什么紕漏，請(qǐng)路過(guò)的讀者指出！
基礎(chǔ)知識(shí)
與Windows不同，linux的內(nèi)核沒(méi)有圖形界面的代碼，它的界面只是運(yùn)行在操作系統(tǒng)上的一個(gè)軟件而已。也就是說(shuō)，即便把這個(gè)界面關(guān)掉，系統(tǒng)仍然在運(yùn)行，你還能再打開(kāi)這個(gè)界面，這對(duì)windows來(lái)說(shuō)是不可想象的，因?yàn)樵趙indows下，圖形界面是系統(tǒng)不可分割的一部分。
于是，在Linux上，實(shí)現(xiàn)了一種名為X窗口系統(tǒng)的東西來(lái)模擬窗口界面。X窗口系統(tǒng)是基于X協(xié)議實(shí)現(xiàn)的。所謂的協(xié)議，相當(dāng)于一種語(yǔ)言，你必須要理解并且遵守語(yǔ)言的規(guī)則才能溝通，比如http協(xié)議，客戶(hù)端與服務(wù)器必須都采用http協(xié)議的規(guī)范發(fā)送、接收、解析數(shù)據(jù)，才能有絢麗的網(wǎng)頁(yè)呈現(xiàn)在我們面前。Linux下的窗口與這個(gè)過(guò)程及其類(lèi)似，它也是一種客戶(hù)端/服務(wù)器(C/S)結(jié)構(gòu)。不同的是，這個(gè)服務(wù)器和客戶(hù)端是在一臺(tái)機(jī)器上。于是，在Linux下進(jìn)行窗口編程的時(shí)候，你會(huì)看到很多XServer，XClient的字眼，說(shuō)的就是實(shí)現(xiàn)X協(xié)議的服務(wù)器與客戶(hù)端。
窗口實(shí)現(xiàn)
開(kāi)始寫(xiě)代碼前，先做一個(gè)準(zhǔn)備工作：安裝xcb庫(kù)。Ubuntu下的安裝命令是：sudo apt-get install libxcb1-dev。
從編程的角度上看，Linux把窗口的顯示抽象成了這些概念：連接(connect)，窗口(window)，屏幕(screen)，上下文(context)和事件(event)。
連接(connext)：一個(gè)xcb_connection_t對(duì)象，表示X客戶(hù)端與X服務(wù)器之間的連接。我們創(chuàng)建的是X客戶(hù)端，客戶(hù)端需要把繪制指令發(fā)送給服務(wù)器，所以必須要有一個(gè)與服務(wù)器之間的連接。
窗口(window)：一個(gè)xcb_window_t對(duì)象，這個(gè)不用多說(shuō)，字面上的意思。
屏幕(screen)：一個(gè)xcb_screen_t對(duì)象，我的理解就是物理意義上的屏幕，也就是顯示器，可以通過(guò)枚舉來(lái)找到所有連接的顯示器。
上下文(context)：一個(gè)xcb_gcontext_t對(duì)象，這是與窗口關(guān)聯(lián)的繪制環(huán)境，類(lèi)似于Windows下的DC，所有的繪制都是在上下文上進(jìn)行繪制。
事件(event)：一個(gè)xcb_generic_event_t對(duì)象，將用戶(hù)的每一個(gè)操作都當(dāng)成一個(gè)事件進(jìn)行處理，類(lèi)似于Windows下的消息。
實(shí)現(xiàn)的流程是：
1、創(chuàng)建連接。
2、獲取屏幕(需要用到連接)。
3、創(chuàng)建上下文(需要用到屏幕的根窗口)。
4、創(chuàng)建我們要用的窗口(需要用到屏幕)。
5、映射窗口和連接(需要用到窗口和連接)。
6、監(jiān)聽(tīng)并且處理事件(需要用到連接、窗口和上下文)。
完整代碼如下所示：
#include
#include
#include
#include
int main(void) {
xcb_connection_t *pConn;
xcb_screen_t *pScreen;
xcb_window_t window;
xcb_gcontext_t foreground;
xcb_gcontext_t background;
xcb_generic_event_t *pEvent;
uint32_t mask = 0;
uint32_t values[2];
uint8_t isQuit = 0;
char title[] = "Hello, Engine!";
char title_icon[] = "Hello, Engine! (iconified)";
/* 第一步：創(chuàng)建連接 */
// 建立與X服務(wù)器的連接
pConn = xcb_connect(0, 0);
/* 第二步：獲取屏幕 */
// xcb_get_setup函數(shù)用于從X服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)，獲取的數(shù)據(jù)包括服務(wù)器支持的圖像格式，
// 可顯示的屏幕列表，可用的視覺(jué)效果列表，服務(wù)器的最大請(qǐng)求長(zhǎng)度等等
// xcb_setup_roots_iterator函數(shù)只查到原型，沒(méi)有函數(shù)的說(shuō)明，從函數(shù)名和使用方式
// 上看，應(yīng)該是查找數(shù)據(jù)用的。
pScreen = xcb_setup_roots_iterator(xcb_get_setup(pConn)).data;
/* 第三步：創(chuàng)建上下文 */
// 先獲取根窗口
window = pScreen->root;
// 創(chuàng)建前景上下文(黑色)
foreground = xcb_generate_id(pConn); // 生成上下文的ID
mask = XCB_GC_FOREGROUND | XCB_GC_GRAPHICS_EXPOSURES; // 上下文的用途，前景&需要事件
values[0] = pScreen->black_pixel; // 填充顏色(黑色)
values[1] = 0; // 結(jié)束標(biāo)志
xcb_create_gc(pConn, foreground, window, mask, values); // 創(chuàng)建上下文
// 創(chuàng)建背景上下文(白色)
background = xcb_generate_id(pConn); // 生成上下文ID
mask = XCB_GC_BACKGROUND | XCB_GC_GRAPHICS_EXPOSURES; // 上下文用途，前景&需要事件
values[0] = pScreen->white_pixel; // 填充顏色(白色)
values[1] = 0; // 結(jié)束標(biāo)志
xcb_create_gc(pConn, background, window, mask, values); // 創(chuàng)建上下文
/* 第四步：創(chuàng)建窗口 */
window = xcb_generate_id(pConn); // 創(chuàng)建窗口ID
mask = XCB_CW_BACK_PIXEL | XCB_CW_EVENT_MASK; // 覆蓋BackPixmap，需要指定的事件
values[0] = pScreen->white_pixel; // 白色填充
values[1] = XCB_EVENT_MASK_EXPOSURE | XCB_EVENT_MASK_KEY_PRESS; // 需要EXPOSE事件和按鍵事件
xcb_create_window (pConn, // 連接
XCB_COPY_FROM_PARENT, // 深度值
window, // 窗口ID
pScreen->root, // 父窗口，屏幕的根窗口
20, 20, // x，y坐標(biāo)
640, 480, // 寬度，高度
10, // 邊緣寬度
XCB_WINDOW_CLASS_INPUT_OUTPUT, // 要么是0，要么是一些指定的值
pScreen->root_visual, // 視覺(jué)效果，暫時(shí)不知道是啥玩意
mask, values); // 需要的功能與值設(shè)定
// 設(shè)置窗口名
xcb_change_property(pConn, XCB_PROP_MODE_REPLACE, window,
XCB_ATOM_WM_NAME, XCB_ATOM_STRING, 8,
strlen(title), title);
// 設(shè)置窗口圖標(biāo)
xcb_change_property(pConn, XCB_PROP_MODE_REPLACE, window,
XCB_ATOM_WM_ICON_NAME, XCB_ATOM_STRING, 8,
strlen(title_icon), title_icon);
/* 第五步：關(guān)聯(lián)窗口和連接 */
xcb_map_window(pConn, window);
xcb_flush(pConn); // 刷新
/* 第六步：處理事件 */
while((pEvent = xcb_wait_for_event(pConn)) && !isQuit) {
switch(pEvent->response_type & ~0x80) {
case XCB_EXPOSE: // 繪制或重繪窗口
{
xcb_rectangle_t rect = { 20, 20, 60, 80 };
xcb_poly_fill_rectangle(pConn, window, foreground, 1, &rect); // 繪制一塊矩形區(qū)域
xcb_flush(pConn); // 刷新
}
break;
case XCB_KEY_PRESS: // 按鍵
isQuit = 1;
break;
}
free(pEvent);
}
xcb_disconnect(pConn); // 斷開(kāi)連接
return 0;
}
完成代碼，保存成.c文件(比如helloengine_xcb.c)。用gcc helloengine_xcb.c -lxcb -o helloengine_xcb命令構(gòu)建，或者如果你用clang編譯器的話(huà)使用clang -lxcb -o helloengine_xcb helloengine_xcb.c命令構(gòu)建，就可以看到生成的可執(zhí)行文件helloengine.xcb.out。運(yùn)行文件，得到如下的結(jié)果：
OpenGL繪制
純種的OpenGL繪制方式使用的是GLX庫(kù)。GLX(全稱(chēng)OpenGL Extension to the X Window System，X窗口系統(tǒng)的OpenGL擴(kuò)展)是OpenGL和X窗口系統(tǒng)的一個(gè)橋梁，它提供了用OpenGL在X窗口繪制的接口。GLX本身使用Xlib庫(kù)做窗口創(chuàng)建等工作，它出現(xiàn)的時(shí)候還沒(méi)有xcb這東西，xcb的出現(xiàn)本身就是為了代替Xlib，但是目前還沒(méi)有基于xcb的GLX，所以我們的OpenGL繪制將會(huì)使用Xlib創(chuàng)建窗口。(也就是說(shuō)上面的代碼我們用不到-_-)
畫(huà)布——Drawable
在X系統(tǒng)中，一個(gè)可以渲染的表面被稱(chēng)為一個(gè)Drawable(因?yàn)闆](méi)有找到什么中文詞語(yǔ)能夠準(zhǔn)確表達(dá)它的意思，所以還是用英文稱(chēng)呼最準(zhǔn)確)。X系統(tǒng)提供了兩種不同的Drawable：Window和Pixmap。GLX把Window封裝成了GLXWindow，把Pixmap封裝成GLXPixmap。要理解這個(gè)Drawable，最好的方法就是將它類(lèi)比成畫(huà)布，所謂的渲染就是在畫(huà)布上作畫(huà)，清晰、準(zhǔn)確而且簡(jiǎn)單。
不管是GLXWindow還是GLXPixmap，在創(chuàng)建的時(shí)候都需要一個(gè)GLXFBConfig來(lái)說(shuō)明這塊畫(huà)布是什么樣的，也就是畫(huà)布的屬性。畫(huà)布的屬性包括顏色緩沖區(qū)的深度以及輔助緩沖區(qū)的類(lèi)型、質(zhì)量、大小等等。
為了兼容GLX1.2以及之前的版本，還有一種Drawable類(lèi)型——Window，注意這不是GLX封裝過(guò)后的GLXWindow，而是原始的Window。于是，GLXDrawable包括四種Drawable：GLXWindow、GLXPixmap、GLXPBuffer(對(duì)我們不重要，忽略之)以及Window。在X系統(tǒng)中，Window是與Visual結(jié)構(gòu)相關(guān)的，可以通過(guò)Visual結(jié)構(gòu)創(chuàng)建。
關(guān)于Visual，XVisualInfo，以及GLXFBConfig
早期X窗口系統(tǒng)使用Visual封裝相關(guān)的顏色屬性值(例如顏色類(lèi)型，顏色深度)，這時(shí)候OpenGL還沒(méi)出世。
當(dāng)OpenGL出來(lái)之后，就弄出了一個(gè)XVisualInfo來(lái)擴(kuò)展Visual，添加了更多的功能，比如輔助緩沖區(qū)，雙緩沖區(qū)等。這個(gè)XVisualInfo被用來(lái)創(chuàng)建OpenGL上下文。
1998年，GLX的1.3版出世，為了支持更多的功能(透明度，多重采樣，樣本緩沖區(qū)等等)，就需要往里面加更多的東西，但是這些屬性已經(jīng)和視覺(jué)效果(Visual)關(guān)系不大了，于是就用推出了GLXFBconfig。
所以，到現(xiàn)在，最穩(wěn)妥的方式是使用GLXFBConfig來(lái)創(chuàng)建OpenGL上下文，但是你還是可以從FBConfig中獲取到Visual信息。
繪畫(huà)工具——Render Context
RenderContext的中文翻譯是渲染上下文，我認(rèn)為將它理解成繪畫(huà)工具比較貼切。渲染上下文就是一系列已經(jīng)存在的繪畫(huà)工具，這些工具叫狀態(tài)。設(shè)置好狀態(tài)之后就可以繪制了。繪畫(huà)工具和畫(huà)布的屬性必須要匹配，具體來(lái)說(shuō)就是：
支持相同類(lèi)型的渲染(RGBA或者顏色索引)
顏色緩沖區(qū)和輔助緩沖區(qū)的深度相同(RGB分量的尺寸大小要一樣)
都由一種X屏幕創(chuàng)建
只要畫(huà)布與繪畫(huà)工具兼容，那么多個(gè)繪畫(huà)工具(上下文)可以繪制到一張畫(huà)布(Drawable)上，同樣，一個(gè)繪畫(huà)工具可以繪制到多張畫(huà)布上。
在實(shí)際的代碼中，我們首先要?jiǎng)?chuàng)建的是和XServer的連接，這個(gè)連接在代碼里的名字是Display。很容易引起誤解的一個(gè)名字，我們要知道它就是與X服務(wù)器的連接。
使用OpenGL的繪制過(guò)程包括：
1、創(chuàng)建連接
2、選擇合適的顯示配置(需要用到連接)
3、創(chuàng)建窗口(需要用到連接和配置)
4、映射窗口(需要用到連接和窗口)
5、創(chuàng)建上下文(需要用到連接，配置)
6、關(guān)聯(lián)窗口和上下文(需要用到連接，窗口，配置)
7、繪制
完整的可運(yùn)行代碼如下所示：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define GLX_CONTEXT_MAJOR_VERSION_ARB 0x2091
#define GLX_CONTEXT_MINOR_VERSION_ARB 0x2092
typedef GLXContext (* glXCreateContextAttribsARBProc) (Display*, GLXFBConfig, GLXContext, Bool, const int*);
int main (int argc, char* argv[])
{
// The XOpenDisplay() function returns a Display structure that serves as the connection
// to the X server and that contains all the information about that X server.
// Display這個(gè)東西，與之前所講的那些都不同，它更像是一個(gè)畫(huà)布和繪畫(huà)工具集合。所有的東西都和它有關(guān)，需要通過(guò)它來(lái)創(chuàng)建，狀態(tài)也會(huì)保存在它里面。
Display* display = XOpenDisplay(NULL);
if (!display)
{
printf("Failed to open X display\n");
exit(1);
}
// FBConfigs were added in GLX version 1.3
// 確保你的GLX版本在1.3之上
int glx_major, glx_minor;
if ( !glXQueryVersion( display, &glx_major, &glx_minor ) ||
( ( glx_major == 1 ) && ( glx_minor < 3 ) ) || ( glx_major < 1 ) )
{
printf("Invalid GLX version");
exit(1);
}
// Get a matching FB config
// A list of attribute/value pairs.
// 我們需要的顯示屬性，一會(huì)查查系統(tǒng)中有沒(méi)有滿(mǎn)足要求的
static int visual_attribs[] =
{
GLX_X_RENDERABLE, True, // If drawables can be renderd to by X.
GLX_DRAWABLE_TYPE, GLX_WINDOW_BIT, // Indicating what drawable types the frame buffer configuration supports. GLX_WINDOW_BIT, GLX_PIXMAP_BIT, GLX_PBUFFER_BIT
GLX_RENDER_TYPE, GLX_RGBA_BIT, // Indicating what type of GLX contexts can be made current to the frame buffer configuration. GLX_RGBA_BIT, GLX_COLOR_INDEX_BIT
GLX_X_VISUAL_TYPE, GLX_TRUE_COLOR, // Visual type of associated visual.
GLX_RED_SIZE, 8,
GLX_GREEN_SIZE, 8,
GLX_BLUE_SIZE, 8,
GLX_ALPHA_SIZE, 8,
GLX_DEPTH_SIZE, 24,
GLX_STENCIL_SIZE, 8,
GLX_DOUBLEBUFFER, True,
None
};
printf( "Getting matching framebuffer configs\n" );
int fbcount;
GLXFBConfig* fbc = glXChooseFBConfig(display, DefaultScreen(display), visual_attribs, &fbcount); // 找找有沒(méi)有滿(mǎn)足要求的配置
if (!fbc)
{
printf( "Failed to retrieve a framebuffer config\n" );
exit(1);
}
printf( "Found %d matching FB configs.\n", fbcount );
GLXFBConfig bestFbc = fbc[0]; // 找一個(gè)配置保存
// Be sure to free the FBConfig list allocated by glXChooseFBConfig()
XFree( fbc );
// Get a visual
// 獲取視覺(jué)效果信息
XVisualInfo *vi = glXGetVisualFromFBConfig( display, bestFbc );
printf( "Chosen visual ID = 0x%x\n", vi->visualid );
printf("Creating colormap\n");
// 窗口屬性，最重要的是顏色，必須創(chuàng)建與視覺(jué)效果匹配的顏色屬性，這在創(chuàng)建Window的時(shí)候有用
XSetWindowAttributes swa;
Colormap cmap;
swa.colormap = cmap = XCreateColormap(display,
RootWindow(display, vi->screen),
vi->visual, AllocNone);
swa.background_pixmap = None;
swa.border_pixel = 0;
swa.event_mask = StructureNotifyMask;
printf("Creating window\n");
Window win = XCreateWindow(display, RootWindow(display, vi->screen),
0, 0, 100, 100, 0, vi->depth, InputOutput,
vi->visual,
CWBorderPixel | CWColormap | CWEventMask, &swa);
if (!win)
{
printf("Failed to create window.\n");
exit(1);
}
// Done with the visual info data
XFree (vi); // 釋放獲取的視覺(jué)效果信息
XStoreName(display, win, "GL 3.0 Window");
printf("Mapping window\n");
XMapWindow(display, win);
// NOTE:It is note necessary to create or make current to a context before
// calling glXGetProcAddressARB
// 獲取創(chuàng)建上下文的函數(shù)地址
glXCreateContextAttribsARBProc glXCreateContextAttribsARB = 0;
glXCreateContextAttribsARB = (glXCreateContextAttribsARBProc)
glXGetProcAddressARB((const GLubyte*)"glXCreateContextAttribsARB");
GLXContext ctx = 0;
int context_attribs[] =
{
GLX_CONTEXT_MAJOR_VERSION_ARB, 3,
GLX_CONTEXT_MINOR_VERSION_ARB, 0,
None
};
printf("Creating context 3.0\n");
// 創(chuàng)建上下文
ctx = glXCreateContextAttribsARB(display, bestFbc, 0, True, context_attribs);
// Sync to ensure any errors generated are processed.
XSync(display, False);
if (ctx == 0)
{
printf("Can't create GL 3.0 context.\n");
exit(1);
}
// Sync to ensure any errors generated are processed.
XSync(display, False);
printf("Draw with context\n");
glXMakeCurrent(display, win, ctx);
glClearColor(0, 0.5, 1, 1);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glXSwapBuffers(display, win);
sleep(1);
glClearColor(1, 0.5, 0, 1);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glXSwapBuffers(display, win);
sleep(1);
glXMakeCurrent(display, 0, 0);
glXDestroyContext(display, ctx);
XDestroyWindow(display, win);
XFreeColormap(display, cmap);
XCloseDisplay(display);
return 0;
}
在編譯前，首先需要安裝OpenGL的運(yùn)行環(huán)境，需要安裝兩個(gè)庫(kù)：libgl1-mesa-dev和Xlib，命令是sudo apt install libgl1-mesa-dev Xlib。
安裝完成后，使用g++ -o helloengine_openglxlib helloengine_openglxlib.cpp -lGL -lX11命令來(lái)編譯代碼，-o后接的是輸出的可執(zhí)行文件名，你可以隨便取名字；再后面是代碼文件名，之后跟的是鏈接庫(kù)的名字(GL和X11)。這里解釋一下X11是什么，所謂的X11就是X協(xié)議的第11個(gè)版本，也就是說(shuō)11只不過(guò)是版本號(hào)而已。
運(yùn)行helloengine_openglxlib，我們得到了如下的結(jié)果：
總結(jié)
一開(kāi)始寫(xiě)代碼的時(shí)候非常不適應(yīng)，不僅是對(duì)開(kāi)發(fā)環(huán)境，對(duì)這些結(jié)構(gòu)名、類(lèi)名都不熟悉，導(dǎo)致敲代碼頻頻敲錯(cuò)，然后編譯的時(shí)候各種報(bào)錯(cuò)。但是，多敲幾遍，多看幾遍之后慢慢就熟悉了，漸漸的就有了“代碼感”。下面列出的參考資料里推薦閱讀linux圖形界面編程基礎(chǔ)知識(shí)和OpenGL? Graphics with the X Window System?加深對(duì)Linux和Linux下OpenGL編程的理解，非常有用，強(qiáng)烈推薦！
參考資料
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的linux opengl 实例,一篇文章入门Ubuntu的OpenGL开发的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。
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