一、前置知识

光源

• 环境光：环境光来自四面八方；所有场景中的对象都处于环境光的照射中；如果没有环境光，未被漫射光照到的地方就会变得十分黑暗；
• 漫射光：由特定的光源产生，并在场景中的对象表明上产生反射；处于漫射光直接照射下的任何对象表明都变得很亮，而几乎未被照射到的区域就显得要暗一些；

GLfloat lightAmbient[4] = {0.5, 0.5, 0.5, 1.0}; //半亮(0.5)的白色环境光，四个参数分别是r、、g、b、a
GLfloat lightDiffuse[4] = {1.0, 1.0, 1.0, 1.0}; //最亮的漫射光
GLfloat lightPosition[4] = {0.0, 0.0, 2.0, 1.0}; //保存光源的位置，四个参数分别是x、y、z、待定(告诉OPenGL这里指定的坐标就是光源的位置)

光源位置详解：我们知道OPenGL的坐标系，我们可以将电脑屏幕视为x-y面，z是伸出屏幕的，所以屏幕时z轴的原点；现在我们创建一个立方体，立方体必须在屏幕里我们才是可以看到的，所以立方体的z坐标必须是负数；现在我们要摆一个光源照射立方体的前面，那么这个光源必须得在屏幕外面，它才能照到立方体的前面，所以光源位置的z坐标必须是正数，如上{0.0, 0.0, 2.0(z), 1.0}；

纹理滤波

通过之前的学习，我们知道，创建纹理的方式如下：

Qt学习基地：C/C++项目实战/Qt5/C语言/c++/数据库/OpenCV/MFC/QT项目-学习视频教程-腾讯课堂

void GL_Test::loadGLTextures()
{
/// 1
QImage tex,buf;
if(!buf.load(":/Images/1591561503-gB5rD.jpg")) { //用QImage类载入纹理图片
QImage dummy(128,128,QImage::Format_RGB32); //如果载入不成功，生成一个128*128的32位色的绿色图片
dummy.fill(Qt::green);
buf = dummy;
}
tex = QGLWidget::convertToGLFormat(buf); //QGLWidget的静态函数，专门用来转换图片
/// 2
glGenTextures(1,&texture[0]); //创建1个纹理
//---------------------------------------------------------------------------------------
/// 3
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,texture[0]); //使用来自位图数据生成的典型纹理
/*告诉OPenGL将纹理名字texture[0]绑定到纹理目标上；2D纹理只有高度（在Y轴上）和宽度（在X轴上）*/
/// 4
//真正的创建纹理
//GL_TEXTURE_2D：告诉 OpenGL 此纹理是一个 2D 纹理；
//数字0：代表图像的详细程度;
//数字3：是数据的成分数；
//tex.width()：是纹理的宽度
//tex.height()：是纹理的高度；
//GL_RGBA：告诉 OpenGL 图像数据由红、绿、蓝三色数据以及 alpha 通道数据组成；
//GL_UNSIGNED_BYTE：意味着组成图像的数据是无符号字节类型的；
//tex.bits()：告诉 OpenGL 纹理数据的来源；
glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D,
0,
3,
tex.width(),
tex.height(),
0, GL_RGBA,
GL_UNSIGNED_BYTE,
tex.bits());
/// 5
//告诉 OpenGL 在显示图像时，当它比放大得原始的纹理大（GL_TEXTURE_MAG_FILTER）或缩小得比原始得纹理小（GL_TEXTURE_MIN_FILTER）时,
//OpenGL 采用的滤波方式
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
//我们都采用 GL_LINEAR,这使得纹理从很远处到离屏幕很近时都平滑显示;
//使 用 GL_LINEAR 需要 CPU 和显卡做更多的运算,如果您的机器很慢，您也许应该采用 GL_NEAREST;
//过滤的纹理在放大的时候，看起来斑驳的很,您也可以结合这两种滤波方式: 在近处时使用 GL_LINEAR，远处时 GL_NEAREST;
}

上述代码汇总使用了==线性插值滤波（GL_LINEAR）==的纹理贴图，这需要机器有相当高的处理能力，但是看起来效果会很好；

最临近值滤波（GL_NEAREST），它只占用很小的处理能力，看起来效果会很差，但是使用它因为不占用资源，工程在很快和很慢的机器上都可以正常运行；也可以混合使用线性插值滤波和最临近值滤波，纹理看起来效果会好一些；

Mipmap，这是一种创建纹理的新方法；您可能会注意到当图像在屏幕上变得很小的时候，很多细节将会丢失，刚才还很不错的图案变得很难看；当您告诉OPenGL创建一个mipmaped纹理时，OPenGL将选择它已经创建的外观最佳的纹理（带有很多细节）来绘制，而不仅仅是缩放原先的图像（这将导致细节丢失）；

glTexCoord2f(GLfloat s, GLfloat t)

s代表x坐标，t代表y坐标；

s∈[0.0, 1.0]，t∈[0.0, 1.0]；

一张位图的4个坐标顶点分别为：左下角（0.0，0.0）、右下角（1.0，0.0）、右上角（1.0，1.0）、左上角（0.0，1.0）；

0.0f 是纹理的左侧、 0.5f 是纹理的中点，、1.0f 是纹理的右侧；

用法：通常配合?glVertex3f???使用，??glTexCoord2f???用来定义纹理左边，??glVertex3f??用来定义几何定点坐标。

//前面
glNormal3f(0.0, 0.0, 1.0); //x、y、z，垂直于面的法线向量
glTexCoord2f( 0.0, 0.0 ); glVertex3f( -1.0, -1.0, 1.0 ); //左下角
glTexCoord2f( 1.0, 0.0 ); glVertex3f( 1.0, -1.0, 1.0 ); //右下角
glTexCoord2f( 1.0, 1.0 ); glVertex3f( 1.0, 1.0, 1.0 ); //右上角
glTexCoord2f( 0.0, 1.0 ); glVertex3f( -1.0, 1.0, 1.0 ); //左上角

二、运行效果

三、完整代码

#ifndef GL_TEST_H
#define GL_TEST_H
#include <qgl.h> //因为QGLWidget类被包含在qgl.h头文件中
#include <glut.h> //使用glut库中的API
#include <QKeyEvent>
#include <QTimer>
//继承QGLWidget得到OPenGL窗口部件类
class GL_Test : public QGLWidget
{
public:
GL_Test(QWidget* parent = 0, bool fs = false);
~GL_Test();
protected:
/*************************************************************************************************
QGLWidget 类已经内置了对 OpenGL 的处理，就是通过对 initializeGL()、 paintGL()和 resizeGL()这个三个函数实现
*************************************************************************************************/
void initializeGL() override; //用来初始化OPenGL窗口，可以在里面设定一些有关选项
void paintGL() override; //用来绘制OPenGL的窗口，只要有更新发生，这个函数就会被调用
void resizeGL(int w, int h) override; //用来处理窗口大小变换这一事件，resizeGL()在处理完后会自动刷新屏幕
void keyPressEvent(QKeyEvent* e) override; //Qt键盘事件处理函数
void loadGLTextures(); //载入指定的图片并生成相应的纹理
protected:
bool fullscreen; //用来保存窗口是否处于全屏状态的变量
GLfloat xRot, yRot, zRot; //用来处理立方体的旋转
GLuint texture[3]; //用来存储纹理（长度为3的数组）
GLfloat zoom; //场景深入屏幕的距离
GLfloat xSpeed, ySpeed; //立方体在X轴和Y轴上旋转的速度
GLuint filter; //表明是使用哪个纹理
bool light; //表明现在是否使用光源
};
#endif // GL_TEST_H

#include "gl_test.h"
//描述和光源有关的信息
GLfloat lightAmbient[4] = {0.5, 0.5, 0.5, 1.0}; //环境光
GLfloat lightDiffuse[4] = {1.0, 1.0, 1.0, 1.0}; //漫射光
GLfloat lightPosition[4] = {0.0, 0.0, 2.0, 1.0}; //保存光源的位置
GL_Test::GL_Test(QWidget* parent, bool fs)
: QGLWidget(parent)
{
fullscreen = fs;
xRot = 0.0;
yRot = 0.0;
zRot = 0.0;
zoom = -5.0;
xSpeed = 0.0;
ySpeed = 0.0;
filter = 0;
light = false;
setGeometry(500,500,640,480); //设置窗口大小、位置
setWindowTitle("The first OpenGL Window"); //设置窗口标题
if(fullscreen) {
showFullScreen();
}
QTimer* timer = new QTimer(this);
connect(timer,&QTimer::timeout,[=]{
updateGL();
});
timer->start(50);
}
GL_Test::~GL_Test()
{
}
void GL_Test::initializeGL()
{
loadGLTextures(); //载入纹理
glEnable(GL_TEXTURE_2D); //启用纹理
glShadeModel(GL_SMOOTH); //启用smooth shading（阴影平滑）
glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 0.5); //清除屏幕时所用的颜色，rgba【0.0（最黑）~1.0（最亮）】
glClearDepth(1.0); //设置深度缓存
glEnable(GL_DEPTH_TEST); //启动深度测试
glDepthFunc(GL_LEQUAL); //所作深度测试的类型
glHint(GL_PERSPECTIVE_CORRECTION_HINT, GL_NICEST); //真正精细的透视修正，告诉OPenGL我们希望进行最好的透视修正，这会十分轻微的影响性能，但使得透视图看起来好一点
//启动1号光源
glLightfv(GL_LIGHT1, GL_AMBIENT, lightAmbient);
glLightfv(GL_LIGHT1, GL_DIFFUSE, lightDiffuse);
glLightfv(GL_LIGHT1, GL_POSITION, lightPosition);
glEnable(GL_LIGHT1);
}
void GL_Test::paintGL()
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT); //清除屏幕和深度缓存
//-----------------------------------------
glLoadIdentity(); //重置当前的模型观察矩阵
glTranslatef(0.0, 0.0, zoom);
glRotatef(xRot, 1.0, 0.0, 0.0); //绕X轴旋转xRot度
glRotatef(yRot, 0.0, 1.0, 0.0); //绕X轴旋转yRot度
//选择我们使用的纹理
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture[filter]);
//如果您在您的场景中使用多个纹理，您应该使用来 glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture[所使用纹理对应的数字]) 选择要绑定的纹理;
//当您想改变纹理时，应该绑定新的纹理。并且您不能在glBegin()和glEnd()之间绑定纹理，必须在glBegin()之前或glEnd()之后绑定;
//绘制正方形开始
glBegin(GL_QUADS);
//前面
glNormal3f(0.0, 0.0, 1.0); //x、y、z，垂直于面的法线向量
glTexCoord2f( 0.0, 0.0 ); glVertex3f( -1.0, -1.0, 1.0 );
glTexCoord2f( 1.0, 0.0 ); glVertex3f( 1.0, -1.0, 1.0 );
glTexCoord2f( 1.0, 1.0 ); glVertex3f( 1.0, 1.0, 1.0 );
glTexCoord2f( 0.0, 1.0 ); glVertex3f( -1.0, 1.0, 1.0 );
//后面
glNormal3f(0.0, 0.0, -1.0); //x、y、z，垂直于面的法线向量
glTexCoord2f( 1.0, 0.0 ); glVertex3f( -1.0, -1.0, -1.0 );
glTexCoord2f( 1.0, 1.0 ); glVertex3f( -1.0, 1.0, -1.0 );
glTexCoord2f( 0.0, 1.0 ); glVertex3f( 1.0, 1.0, -1.0 );
glTexCoord2f( 0.0, 0.0 ); glVertex3f( 1.0, -1.0, -1.0 );
//顶面
glNormal3f(0.0, 1.0, 0.0); //x、y、z，垂直于面的法线向量
glTexCoord2f( 0.0, 1.0 ); glVertex3f( -1.0, 1.0, -1.0 );
glTexCoord2f( 0.0, 0.0 ); glVertex3f( -1.0, 1.0, 1.0 );
glTexCoord2f( 1.0, 0.0 ); glVertex3f( 1.0, 1.0, 1.0 );
glTexCoord2f( 1.0, 1.0 ); glVertex3f( 1.0, 1.0, -1.0 );
//底面
glNormal3f(0.0, -1.0, 0.0); //x、y、z，垂直于面的法线向量
glTexCoord2f( 1.0, 1.0 ); glVertex3f( -1.0, -1.0, -1.0 );
glTexCoord2f( 0.0, 1.0 ); glVertex3f( 1.0, -1.0, -1.0 );
glTexCoord2f( 0.0, 0.0 ); glVertex3f( 1.0, -1.0, 1.0 );
glTexCoord2f( 1.0, 0.0 ); glVertex3f( -1.0, -1.0, 1.0 );
//右面
glNormal3f(1.0, 0.0, 0.0); //x、y、z，垂直于面的法线向量
glTexCoord2f( 1.0, 0.0 ); glVertex3f( 1.0, -1.0, -1.0 );
glTexCoord2f( 1.0, 1.0 ); glVertex3f( 1.0, 1.0, -1.0 );
glTexCoord2f( 0.0, 1.0 ); glVertex3f( 1.0, 1.0, 1.0 );
glTexCoord2f( 0.0, 0.0 ); glVertex3f( 1.0, -1.0, 1.0 );
//左面
glNormal3f(-1.0, 0.0, 0.0);
glTexCoord2f( 0.0, 0.0 ); glVertex3f( -1.0, -1.0, -1.0 );
glTexCoord2f( 1.0, 0.0 ); glVertex3f( -1.0, -1.0, 1.0 );
glTexCoord2f( 1.0, 1.0 ); glVertex3f( -1.0, 1.0, 1.0 );
glTexCoord2f( 0.0, 1.0 ); glVertex3f( -1.0, 1.0, -1.0 );
glEnd();
//绘制正方形结束
//-----------------------------------------
xRot += xSpeed;
yRot += ySpeed;
}
void GL_Test::resizeGL(int w, int h)
{
if(h == 0) { //防止h为0
h = 1;
}
glViewport(0, 0, (GLint)w, (GLint)h); //重置当前的视口（Viewport）
glMatrixMode(GL_PROJECTION); //选择投影矩阵
glLoadIdentity(); //重置投影矩阵
gluPerspective( 45.0, (GLfloat)w/(GLfloat)h, 0.1, 100.0 ); //建立透视投影矩阵
glMatrixMode(GL_MODELVIEW); //选择模型观察矩阵
glLoadIdentity(); //重置模型观察矩阵
}
void GL_Test::keyPressEvent(QKeyEvent* e)
{
switch (e->key()) {
case Qt::Key_L: { //L键启动/关闭光源
light = !light;
if(!light) {
glDisable(GL_LIGHTING);
}else {
glEnable(GL_LIGHTING);
}
updateGL();
break;
}
case Qt::Key_F: { //F键切换纹理
filter += 1;
if(filter > 2) {
filter = 0;
}
updateGL();
break;
}
case Qt::Key_Equal: { //=键增加深度
zoom += 1;
updateGL();
break;
}
case Qt::Key_Minus: { //-键减少深度
zoom -= 1;
updateGL();
break;
}
case Qt::Key_Up: { //上箭头减少x速度
xSpeed -= 1;
updateGL();
break;
}
case Qt::Key_Down: { //下箭头增加x速度
xSpeed += 1;
updateGL();
break;
}
case Qt::Key_Left: { //左箭头减少y速度
ySpeed -= 1;
updateGL();
break;
}
case Qt::Key_Right: { //右箭头增加y速度
ySpeed += 1;
updateGL();
break;
}
case Qt::Key_Q: { //Q键x-y速度归零
xSpeed = 0;
ySpeed = 0;
updateGL();
break;
}
case Qt::Key_S: { //S键全屏切换
fullscreen = !fullscreen;
if(fullscreen) {
showFullScreen();
}else {
showNormal();
setGeometry(500,500,640,480);
}
updateGL();
break;
}//case Qt::Key_S
case Qt::Key_Escape: { //ESC键退出
close();
}//Qt::Key_Escape
}//switch (e->key())
}
void GL_Test::loadGLTextures()
{
QImage tex,buf;
if(!buf.load(":/Images/1591561503-gB5rD.jpg")) { //用QImage类载入纹理图片
QImage dummy(128,128,QImage::Format_RGB32); //如果载入不成功，生成一个128*128的32位色的绿色图片
dummy.fill(Qt::green);
buf = dummy;
}
tex = QGLWidget::convertToGLFormat(buf); //QGLWidget的静态函数，专门用来转换图片
glGenTextures(3,&texture[0]); //创建3个纹理
//---------------------------------------------------------------------------------------
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,texture[0]); //使用来自位图数据生成的典型纹理
/*告诉OPenGL将纹理名字texture[0]绑定到纹理目标上；2D纹理只有高度（在Y轴上）和宽度（在X轴上）*/
//真正的创建纹理
//GL_TEXTURE_2D：告诉 OpenGL 此纹理是一个 2D 纹理；
//数字0：代表图像的详细程度;
//数字3：是数据的成分数；
//tex.width()：是纹理的宽度
//tex.height()：是纹理的高度；
//GL_RGBA：告诉 OpenGL 图像数据由红、绿、蓝三色数据以及 alpha 通道数据组成；
//GL_UNSIGNED_BYTE：意味着组成图像的数据是无符号字节类型的；
//tex.bits()：告诉 OpenGL 纹理数据的来源；
glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D,
0,
3,
tex.width(),
tex.height(),
0, GL_RGBA,
GL_UNSIGNED_BYTE,
tex.bits());
//告诉 OpenGL 在显示图像时，当它比放大得原始的纹理大（GL_TEXTURE_MAG_FILTER）或缩小得比原始得纹理小（GL_TEXTURE_MIN_FILTER）时,
//OpenGL 采用的滤波方式
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_NEAREST);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_NEAREST);
//我们都采用 GL_LINEAR,这使得纹理从很远处到离屏幕很近时都平滑显示;
//使 用 GL_LINEAR 需要 CPU 和显卡做更多的运算,如果您的机器很慢，您也许应该采用 GL_NEAREST;
//过滤的纹理在放大的时候，看起来斑驳的很,您也可以结合这两种滤波方式: 在近处时使用 GL_LINEAR，远处时 GL_NEAREST;
//---------------------------------------------------------------------------------------
//创建纹理，存于texture[1]
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,texture[1]);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D,
0,
3,
tex.width(),
tex.height(),
0,
GL_RGBA,
GL_UNSIGNED_BYTE,
tex.bits());
//---------------------------------------------------------------------------------------
//创建纹理，存于texture[2]
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,texture[2]);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR_MIPMAP_NEAREST);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
gluBuild2DMipmaps(GL_TEXTURE_2D,
GL_RGB,
tex.width(),
tex.height(),
GL_RGBA,
GL_UNSIGNED_BYTE,
tex.bits());
}

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