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C++如何进行图形学编程_使用OpenGL和GLFW在C++中绘制第一个三角形

日期:2025-11-30 00:00 / 作者:裘德小鎮的故事
首先配置GLFW和OpenGL环境,接着创建窗口并初始化上下文,通过GLAD加载函数指针,设置视口;然后编写顶点和片段着色器,编译并链接成着色器程序;再定义三角形的顶点数据,使用VAO和VBO将数据传入GPU,设置顶点属性;最后在主循环中绑定着色器和VAO,调用glDrawArrays绘制出彩色三角形。

想在C++中开始图形学编程,绘制一个最基础的三角形是入门的第一步。这个过程主要依赖于OpenGL和GLFW这两个库。OpenGL负责图形渲染,而GLFW用于创建窗口和处理用户输入。下面带你一步步实现用C++结合OpenGL和GLFW绘制一个彩色三角形。

1. 环境准备与库的安装

要运行OpenGL程序,你需要先配置开发环境并引入必要的库:

提示:使用CMake可以简化项目构建流程。

2. 创建窗口并初始化OpenGL

使用GLFW创建一个窗口,并设置OpenGL上下文:

#include 
#include 
#include 

int main() {
    // 初始化GLFW
    if (!glfwInit()) {
        std::cerr << "Failed to initialize GLFW" << std::endl;
        return -1;
    }

    // 配置GLFW:使用OpenGL 3.3 核心模式
    glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3);
    glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 3);
    glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);

    // 创建窗口
    GLFWwindow* window = glfwCreateWindow(800, 600, "First Triangle", nullptr, nullptr);
    if (!window) {
        std::cerr << "Failed to create GLFW window" << std::endl;
        glfwTerminate();
        return -1;
    }
    glfwMakeContextCurrent(window);

    // 初始化GLAD(加载OpenGL函数指针)
    if (!gladLoadGLLoader((GLADloadproc)glfwGetProcAddress)) {
        std::cerr << "Failed to initialize GLAD" << std::endl;
        return -1;
    }

    // 设置视口
    glViewport(0, 0, 800, 600);

    // 主循环
    while (!glfwWindowShouldClose(window)) {
        // 清屏
        glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f);
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

        // 绘制代码将放在这里

        // 双缓冲交换
        glfwSwapBuffers(window);
        glfwPollEvents();
    }

    glfwTerminate();
    return 0;
}

3. 编写着色器程序

OpenGL使用着色器来控制图形渲染。我们需要一个顶点着色器和一个片段着色器:

顶点着色器(Vertex Shader):

#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 aPos;

void main() {
    gl_Position = vec4(aPos, 1.0);
}

片段着色器(Fragment Shader):

#version 330 core
out vec4 FragColor;

void main() {
    FragColor = vec4(1.0f, 0.5f, 0.2f, 1.0f); // 橙色
}

在C++中加载并编译这些着色器:

```cpp // 简化版:直接内联着色器源码 const char* vertexShaderSource = R"( #version 330 core layout (location = 0) in vec3 aPos; void main() { gl_Position = vec4(aPos, 1.0); } )";

const char* fragmentShaderSource = R"(

version 330 core

out vec4 FragColor; void main() { FragColor = vec4(1.0f, 0.5f, 0.2f, 1.0f); } )";

编译并链接成着色器程序:

```cpp // 编译顶点着色器 unsigned int vertexShader = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER); glShaderSource(vertexShader, 1, &vertexShaderSource, nullptr); glCompileShader(vertexShader); // 错误检查(建议添加) // 编译片段着色器 unsigned int fragmentShader = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER); glShaderSource(fragmentShader, 1, &fragmentShaderSource, nullptr); glCompileShader(fragmentShader); // 链接着色器到程序对象 unsigned int shaderProgram = glCreateProgram(); glAttachShader(shaderProgram, vertexShader); glAttachShader(shaderProgram, fragmentShader); glLinkProgram(shaderProgram); // 使用该程序 glUseProgram(shaderProgram); // 删除着色器对象(已链接,不再需要) glDeleteShader(vertexShader); glDeleteShader(fragmentShader);

4. 定义顶点数据并绘制三角形

现在定义三个顶点,并使用VBO和VAO进行管理:

// 三角形的三个顶点(在标准化设备坐标系中)
float vertices[] = {
    -0.5f, -0.5f, 0.0f,  // 左下
     0.5f, -0.5f, 0.0f,  // 右下
     0.0f,  0.5f, 0.0f   // 顶部
};

// 创建顶点数组对象(VAO)
unsigned int VAO, VBO;
glGenVertexArrays(1, &VAO);
glGenBuffers(1, &VBO);

// 绑定VAO
glBindVertexArray(VAO);

// 将顶点数据复制到GPU的VBO中
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);

// 设置顶点属性指针
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(float), (void*)0);
glEnableVertexAttribArray(0);

// 解绑VAO
glBindVertexArray(0);

在主循环的绘图部分加入:

```cpp glUseProgram(shaderProgram); glBindVertexArray(VAO); glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3); // 绘制三角形 ```

运行程序后,你应该能看到一个橙色的三角形显示在窗口中央。

基本上就这些。从零开始搭建OpenGL环境并绘制第一个三角形,关键在于理解窗口创建、上下文初始化、着色器编译、顶点数据传递和渲染管线的基本流程。掌握这一步后,就可以继续学习纹理、矩阵变换、模型加载等更高级的内容了。