OpenGL之GLFW入门学习

本学期开设了计算机图形学课程，但是用的是glut+OpenGL的组合。然而苹果已经在N年前就弃用了这个库，只能寻找替代品了。今天就入门一下GLFW库。

首先，我们需要到官网下载GLFW（地址：http://www.glfw.org）

本篇不讲安装，安装请自行百度

官网上给了一个简单的例子来说明如何使用

#include <GLFW/glfw3.h>
int main(void)
{
GLFWwindow* window;
/* 初始化glfw库 */
if (!glfwInit())
return -1;
/* 创建一个窗口和它的OpenGL上下文 */
window = glfwCreateWindow(640, 480, "Hello World", NULL, NULL);
if (!window)
{
/* 没有创建会返回NULL */
glfwTerminate();
return -1;
}
/* 设置当前的窗口上下文 */
glfwMakeContextCurrent(window);
/* 循环，直到用户关闭窗口 */
while (!glfwWindowShouldClose(window))
{
/* 在这里做渲染 */
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
/* 交换缓冲区，即在window上更新内容 */
glfwSwapBuffers(window);
/* 轮询事件 */
glfwPollEvents();
}
glfwTerminate();
return 0;
}

下面说一说基本的使用

引用头文件

#include <GLFW/glfw3.h>

要注意的是，引用了这个头文件之后就不要再引用你自己的OpenGL头文件了，如果是Windows系统，<windows.h>也不必引用了。

GLFW还特意强调了，某些平台（Windows就是你）只提供了旧版本OpenGL头文件，需要使用一个Extension loader library。

如果使用这种库，请在引用GLFW库之前引用它，比如glad库

#include <glad/glad.h>
#include <GLFW/glfw3.h>

初始化GLFW

if (!glfwInit())
{
// 初始化失败执行的操作
}

终止GLFW

当你使用完毕后，请在程序退出前及时终止它

glfwTerminate();

设置错误回调

当程序发生错误的时候，你可以通过这个函数来捕获错误

void error_callback(int error, const char* description)
{
fprintf(stderr, "Error: %s\n", description);
}

当然你要在使用之前把它设置好

glfwSetErrorCallback(error_callback);

创建窗口以及上下文

GLFWwindow* window = glfwCreateWindow(640, 480, "My Title", NULL, NULL);
if (!window)
{
// 创建失败需要执行的操作
}

其中第一个参数是窗口宽度，第二个参数是窗口高度，第三个参数是窗口标题，第四个参数是显示模式，NULL为窗口化，如果需要显示全屏，则需要指定覆盖的显示器，在这里不多讲，第五个参数是设置与那个窗口共享资源，默认为NULL，即不共享资源。

另外，由于GFLW创建的OpenGL上下文可能是任何版本的，所以你可以设置OpenGL的最低版本。
下面的代码设置了OpenGL最低版本为2.0。

glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 2); // OpenGL主版本号
glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 0); // OpenGL副版本号
GLFWwindow* window = glfwCreateWindow(640, 480, "My Title", NULL, NULL);
if (!window)
{
// 创建失败需要执行的操作
}

窗口句柄被传递给所有与窗口相关的函数，并被提供给所有与窗口相关的回调函数，所以它们可以告知哪个窗口收到了事件。

当你不再需要某个窗口及上下文时，请销毁它。

glfwDestroyWindow(window);

注意：此函数一旦被调用，将不会再有任何事件产生，并且该句柄将无效。

设置当前OpenGL上下文

在使用OpenGL API之前，你必须设置好当前的OpenGL上下文

glfwMakeContextCurrent(window);

这个上下文将会一直被保持，直到你设置了另一个上下文或者拥有当前上下文的窗口被销毁。

如果你使用Extension loader library来加载OpenGL，那么这是初始化它的时候，Loader需要一个当前的上下文来加载它，比如glad库。

gladLoadGLLoader((GLADloadproc) glfwGetProcAddress);

检查窗口是否关闭

每个窗口都有一个标志表示它是否应该被关闭，当用户尝试关闭窗口时，会按窗口的关闭按钮或者使用Alt+F4组合键，此时，这个标志会设置为1。但是，此时窗口没有关闭，所以你需要监视这个标志，及时销毁窗口并给予用户反馈。

while (!glfwWindowShouldClose(window))
{
// 此时窗口还在运行
}

你可以设置glfwSetWindowCloseCallback回调函数，当用户关闭窗口后会立即调用该函数。
你也可以设置glfwSetWindowShouldClose回调函数，比如设置某些键为关闭窗口快捷键。

获取输入事件

首先我们设置一个事件处理函数

static void key_callback(GLFWwindow* window, int key, int scancode, int action, int mods)
{
if (key == GLFW_KEY_ESCAPE && action == GLFW_PRESS)
glfwSetWindowShouldClose(window, GLFW_TRUE);
}

然后我们要设置回调函数

glfwSetKeyCallback(window, key_callback);

使用OpenGL渲染

当你有了当前的上下文之后，你就可以正常使用OpenGL了，不过你还需要为glViewport获取Framebuffer的尺寸。

int width, height;
glfwGetFramebufferSize(window, &width, &height);
glViewport(0, 0, width, height);

当窗口大小改变的时候，你可以使用glfwSetFramebufferSizeCallback回调函数重新设置尺寸。

读取时间

要创建平滑的动画，需要时间源。 GLFW提供一个计时器，该计时器返回自初始化以来的秒数。该时间源在每个平台上都是最准确的，而且精确到微秒或纳秒级。

double time = glfwGetTime();

交换缓冲区

GLFW在默认情况下使用两个缓冲区。这意味着每个窗口有两个渲染缓冲区——前缓冲区和后缓冲区。前缓冲区是正在显示的缓冲区，后缓冲区是即将显示的缓冲区。

当整个帧已经被渲染时，缓冲器需要彼此交换，因此后缓冲器变为前缓冲器，反之亦然。

glfwSwapBuffers(window);

交换间隔表示交换缓冲区之前等待的帧数，通常称为vsync。默认情况下，交换间隔为0，但因为屏幕每秒只更新60-75次，所以大部分的画面不会被显示。而且，缓冲区有可能在屏幕更新的中间交换，出现屏幕撕裂的情况。

所以，可以将该间隔设为1，即每帧更新一次。它可以设置为更高的值，但这可能导致输入延迟。

glfwSwapInterval(1);

事件处理

GLFW需要定期与窗口通信，以便接收事件。事件处理必须在有可见窗口的情况下进行，并且通常在缓冲区交换后每帧执行一次。

有两种方法用于处理挂起的事件; 轮询和等待。

glfwPollEvents();

当你制作游戏或是动画时，尽量使用轮询。如果相反，你需要在产生事件后才渲染，可是通过等待来处理事件，即glfwWaitEvent，比如制作编辑器的时候，使用等待可以节省大量硬件资源。

示例程序

这个程序会创建一个640×480的窗口，并启动一个循环，清除屏幕，呈现三角形并处理事件，直到用户按下Escape或关闭窗口。

#include <glad/glad.h>
#include <GLFW/glfw3.h>
#include "linmath.h"
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
static const struct
{
float x, y;
float r, g, b;
} vertices[3] =
{
{ -0.6f, -0.4f, 1.f, 0.f, 0.f },
{ 0.6f, -0.4f, 0.f, 1.f, 0.f },
{ 0.f, 0.6f, 0.f, 0.f, 1.f }
};
static const char* vertex_shader_text =
"uniform mat4 MVP;\n"
"attribute vec3 vCol;\n"
"attribute vec2 vPos;\n"
"varying vec3 color;\n"
"void main()\n"
"{\n"
" gl_Position = MVP * vec4(vPos, 0.0, 1.0);\n"
" color = vCol;\n"
"}\n";
static const char* fragment_shader_text =
"varying vec3 color;\n"
"void main()\n"
"{\n"
" gl_FragColor = vec4(color, 1.0);\n"
"}\n";
static void error_callback(int error, const char* description)
{
fprintf(stderr, "Error: %s\n", description);
}
static void key_callback(GLFWwindow* window, int key, int scancode, int action, int mods)
{
if (key == GLFW_KEY_ESCAPE && action == GLFW_PRESS)
glfwSetWindowShouldClose(window, GLFW_TRUE);
}
int main(void)
{
GLFWwindow* window;
GLuint vertex_buffer, vertex_shader, fragment_shader, program;
GLint mvp_location, vpos_location, vcol_location;
glfwSetErrorCallback(error_callback);
if (!glfwInit())
exit(EXIT_FAILURE);
glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 2);
glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 0);
window = glfwCreateWindow(640, 480, "Simple example", NULL, NULL);
if (!window)
{
glfwTerminate();
exit(EXIT_FAILURE);
}
glfwSetKeyCallback(window, key_callback);
glfwMakeContextCurrent(window);
gladLoadGLLoader((GLADloadproc) glfwGetProcAddress);
glfwSwapInterval(1);
// NOTE: OpenGL error checks have been omitted for brevity
glGenBuffers(1, &vertex_buffer);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vertex_buffer);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);
vertex_shader = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);
glShaderSource(vertex_shader, 1, &vertex_shader_text, NULL);
glCompileShader(vertex_shader);
fragment_shader = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);
glShaderSource(fragment_shader, 1, &fragment_shader_text, NULL);
glCompileShader(fragment_shader);
program = glCreateProgram();
glAttachShader(program, vertex_shader);
glAttachShader(program, fragment_shader);
glLinkProgram(program);
mvp_location = glGetUniformLocation(program, "MVP");
vpos_location = glGetAttribLocation(program, "vPos");
vcol_location = glGetAttribLocation(program, "vCol");
glEnableVertexAttribArray(vpos_location);
glVertexAttribPointer(vpos_location, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE,
sizeof(float) * 5, (void*) 0);
glEnableVertexAttribArray(vcol_location);
glVertexAttribPointer(vcol_location, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE,
sizeof(float) * 5, (void*) (sizeof(float) * 2));
while (!glfwWindowShouldClose(window))
{
float ratio;
int width, height;
mat4x4 m, p, mvp;
glfwGetFramebufferSize(window, &width, &height);
ratio = width / (float) height;
glViewport(0, 0, width, height);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
mat4x4_identity(m);
mat4x4_rotate_Z(m, m, (float) glfwGetTime());
mat4x4_ortho(p, -ratio, ratio, -1.f, 1.f, 1.f, -1.f);
mat4x4_mul(mvp, p, m);
glUseProgram(program);
glUniformMatrix4fv(mvp_location, 1, GL_FALSE, (const GLfloat*) mvp);
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);
glfwSwapBuffers(window);
glfwPollEvents();
}
glfwDestroyWindow(window);
glfwTerminate();
exit(EXIT_SUCCESS);
}