OpenGL系列教程(零)---在Qt/Quick中使用OpenGL

【写在前面】

首先，想要说明的是，本系列学习教程是根据我自己学习的经历而写，并非完全科普性的，零基础的教程，而且其水平也很受我本身的水平影响，so 如果有不足之处，还请多多指教~~

其次，本系列使用 Qt/Quick 来编写所有的opengl程序，所以和原生的opengl有一些区别，当然也不要担心，我会另开一个使用glfw的教程来完成同样的opengl程序。

【正文开始】

在Qt中使用OpenGL，我所知的有三种方法：

1. 继承QOpenGLWidget(老版本Qt为QGLWidget)，然后重新实现：

+void initializeGL() 此函数在第一次调用paintGL()或resizeGL()之前调用一次，主要用于初始化opengl环境，以及设置任何需要的OpenGL资源和状态。

+viod resizeGL(int w, int h) 当该部件大小发生改变时调用此函数，主要用于重新设置纵横比(用于投影矩阵)。

+void paintGL() 重新绘制该部件时调用此函数，主要用于实际的绘制。

2. 继承QOpenGLWindow，同QOpenGLWidget，差别是继承自QWindow，并且提供比widget更好的性能。

3. 本系列所使用的方法，继承QQuickItem，并connect必要的信号，这种方法好处是可以很轻松的和其他的Qml组件搭配使用，接下来我将详细讲解其步骤。

首先，我们需要一个继承QQuickItem的类，我将它命名为OpenGLItem：

#ifndef OPENGLWINDOW_H
#define OPENGLWINDOW_H
#include "render.h"
#include <QTime>
#include <QQuickItem>
#include <QBasicTimer>

class MyRender : public Render
{
public:
    MyRender() { }
    ~MyRender() { }

    void render()
    {
        glClearColor(0.2, 0.3, 0.3, 1.0);
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
    }
};

class OpenGLItem : public QQuickItem
{
    Q_OBJECT

public:
    OpenGLItem();
    ~OpenGLItem();

public slots:
    void sync();
    void cleanup();

protected:
    void timerEvent(QTimerEvent *event);

private:
    QBasicTimer m_timer;
    Render *m_render;
};

#endif // OPENGLWINDOW_H

先看OpenGLItem，MyRender待会再进行讲解，关键的两个槽函数：void sync(), void cleanup() 实现如下：

void OpenGLItem::sync()
{
    if (!m_render)
    {
        m_render = new MyRender();
        m_render->initializeGL();   //可以放在Render的构造函数中
        m_render->resizeGL(window()->width(), window()->height());
        connect(window(), &QQuickWindow::beforeRendering, this, [this]()
        {
            //window()->resetOpenGLState();
            m_render->render();
        }, Qt::DirectConnection);
        connect(window(), &QQuickWindow::afterRendering, this, [this]()
        {
            //渲染后调用，计算fps
        }, Qt::DirectConnection);
        connect(window(), &QQuickWindow::widthChanged, this, [this]()
        {
            m_render->resizeGL(window()->width(), window()->height());
        });
        connect(window(), &QQuickWindow::heightChanged, this, [this]()
        {
            m_render->resizeGL(window()->width(), window()->height());
        });
    }
}

void OpenGLItem::cleanup()
{
    if (m_render)
    {
        delete m_render;
        m_render = nullptr;
    }
}

可以看到，sync()函数主要是进行一些初始化工作，并连接相应的信号，其中beforeRendering是在真正渲染之前发出的，要理解Qt Quick整个渲染过程，我先上一张图片：

所以我们要把渲染工作放到beforeRendering()和afterRender()之间，我这里直接在beforeRendering()发出之后立即开始绘制：m_render->render()，这里有一个地方必须要注意，那就是要确保connect的连接类型为：Qt::DirectConnection。

而afterRender()应该是计算fps(帧率)的地方，这里不会用到，当窗口大小发生改变时，就必须重置opengl的视口，计算纵横比等等，这些应该在Render::resizeGL(int w, int h)中进行，所以这里只需要连接信号并调用：m_render->resizeGL()。

cleanup()做一些清理工作，这里仅仅是释放并置空m_render。

那么，sync()和cleanup()在何时调用呢？来看OpenGLItem的构造函数：

OpenGLItem::OpenGLItem()
    : m_render(0)
{
    m_timer.start(12, this);
    connect(this, &QQuickItem::windowChanged, this, [this](QQuickWindow *window)
    {
        if (window)
        {
            connect(window, &QQuickWindow::beforeSynchronizing, this, &OpenGLItem::sync,
                    Qt::DirectConnection);
            connect(window, &QQuickWindow::sceneGraphInvalidated, this, &OpenGLItem::cleanup,
                    Qt::DirectConnection);

            window->setClearBeforeRendering(false);
        }
        else return;
    });
}

我们看到，在beforeSynchronizing()信号发出时调用sync()，此信号在场景图与QML状态同步之前发出，可以理解为：绘制准备的信号，所以sync()也确实是做绘制准备的工作，而sceneGraphInvalidated()是连接到cleanup()的，这个信号意味着所使用的图形呈现上下文已经失效，所有与该上下文相关的用户资源都应该被释放，并且，两个connect的类型还是：Qt::DirectConnection。

还有一点要注意的就是最后一行：window->setClearBeforeRendering(false); setClearBeforeRendering()设置QML场景图形渲染是否在开始渲染之前清除颜色缓冲区，禁用它可以保证呈现我们自己的OpengGL内容。

这些工作是在QQuickItem发出windowChanged()信号后进行的，windowChanged()在Item的窗口发生改变时发出。

还有一个timerEvent()，它提醒窗口进行重绘，间隔为12毫秒：

void OpenGLItem::timerEvent(QTimerEvent *event)
{
    Q_UNUSED(event);
    window()->update();
}

接下来是Render类，写的很简单，但是已经可以看出OpenGL的绘制步骤了：

#ifndef RENDER_H
#define RENDER_H
#include <QOpenGLFunctions>

class Render : protected QOpenGLFunctions
{

public:
    Render() { }
    virtual ~Render() { }

public:
    virtual void initializeGL();
    virtual void initializeShader();

    virtual void resizeGL(int w, int h);
    virtual void render();    //与paintGL相似，但我更喜欢叫render
};

#endif // RENDER_H

#include "render.h"

void Render::initializeGL()
{
    initializeOpenGLFunctions();
    initializeShader();
}

void Render::initializeShader()
{

}

void Render::resizeGL(int w, int h)
{
    glViewport(0, 0, w, h);
}

void Render::render()
{

}

关于这些函数的命名我还是按照QOpenGLWidget里面的来的，当然大致的工作也可以从函数名可以看出，不过这一篇只讲怎么在Qt Quick中使用opengl，所以这些函数都只做了最基本的工作。

然后自己的render类只需要继承Render，重写这几个虚函数就行了，就像我上面的MyRender。

最后还是老样子，注册到qml中就可以愉快的使用了：

#include "openglItem.h"
#include <QGuiApplication>
#include <QQmlApplicationEngine>

int main(int argc, char *argv[])
{
    QCoreApplication::setAttribute(Qt::AA_EnableHighDpiScaling);

    QGuiApplication app(argc, argv);
#ifdef Q_OS_ANDROID
    app.setAttribute(Qt::AA_UseOpenGLES);
#else
    app.setAttribute(Qt::AA_UseDesktopOpenGL);
#endif
    qmlRegisterType<OpenGLItem>("an.OpenGLItem", 1, 0, "OpenGLItem");
    QQmlApplicationEngine engine;
    engine.load(QUrl(QStringLiteral("qrc:/main.qml")));
    if (engine.rootObjects().isEmpty())
        return -1;

    return app.exec();
}

main.qml：

import QtQuick 2.9
import QtQuick.Window 2.2
import an.OpenGLItem 1.0

Window
{
    visible: true
    width: Qt.platform.os == "android" ? Screen.desktopAvailableWidth  : 640
    height: Qt.platform.os == "android" ? Screen.desktopAvailableHeight : 480

    title: qsTr("MPS Opengl Qt/Quick 教程(0)!")

    OpenGLItem
    {
        id: openGLItem
        visible: true
        anchors.fill: parent
    }
}

最后来看一下效果图(只是一个灰绿色的空窗口而已)：

【结语】

啊终于讲完了这最开始的一篇，主要还是窗口相关的东西，接下来将会把注意力转移到render中，毕竟那才是真正的核心，但就像我开头所说，很多基础的东西都不会仔细讲，但我一般会给出在哪可以学习这些东西。

整个系列教程的源码在我的Github上可以找到，地址是：https://github.com/mengps/OpenGL-Totural-Qt-Quick，会不定时进行更新~~