Linux系统下的OpenGL图形程序框架

说到图形界面编程，想到的大多是Windows下的多种多样的应用程序。Linux是一个基于命令行的操作系统，在Linux下的工作大多是在命令行里完成的，而并非像Windows那样。图形界面虽然并不是Linux的一部分，我们通过一些工具，依然可以编写一些在Linux下的图形应用程序。

OpenGL是一个工业标准的三维计算机图形软件接口，它由SGI公司发布并广泛应用于Unix、OS/2、Windows/NT等多种平台，这其中当然也包括Linux。

X11也叫做X Window系统，X Window系统 (X11或X)是一种位图显示的 视窗系统 。它是在 Unix 和 类Unix操作系统，以及 OpenVMS 上建立图形用户界面的标准工具包和协议。Linux就是一个类Unix的操作系统。

有了这两个工具，我们便能在Linux下进行图形界面编程了。

1.创建窗口

由于X Window系统的协议和架构 X基于 客户端-服务器 模型，首先创建一个连接，连接到X服务器。

dpy = XOpenDisplay(NULL);    if (dpy == NULL)        fatalError("could not open display");

对于X窗口系统来说，它所使用的OpenGL扩展是作为OpenGL的一个附件提供的，所以还需要检测X服务器是否是支持OpenGL扩展。

if(!glXQueryExtension(dpy, &dummy, &dummy))        fatalError("X server has no OpenGL GLX extension");

接下来就是给窗口找到一个合适的视觉样式。比如有些支持双缓冲，有些不支持,etc。

vi = glXChooseVisual(dpy, DefaultScreen(dpy), dblBuf);    if (vi == NULL)    {        vi = glXChooseVisual(dpy, DefaultScreen(dpy), snglBuf);        if (vi == NULL) fatalError("no RGB visual with depth buffer");            glf_DoubleBuffer = GL_FALSE;    }    if(vi->class != TrueColor)        fatalError("TrueColor visual required for this program");

接着创建一个OpenGL状态信息，等一下创建窗口会用到。

cx = glXCreateContext(dpy, vi, None, GL_TRUE);    if (cx == NULL)        fatalError("could not create rendering context");

调用XCreateWindow函数，使用刚刚指定的视觉样式创建窗口。

cmap = XCreateColormap(dpy, RootWindow(dpy, vi->screen), vi->visual, AllocNone);    swa.colormap = cmap;    swa.border_pixel = 0;    swa.event_mask = KeyPressMask | ExposureMask | ButtonPressMask | StructureNotifyMask;    win = XCreateWindow(dpy, RootWindow(dpy, vi->screen), 0, 0,                        glf_WinWidth, glf_WinHeight, 0, vi->depth, InputOutput, vi->visual,                        CWBorderPixel | CWColormap | CWEventMask, &swa);    XSetStandardProperties(dpy, win, "main", "main", None, argv, argc, NULL);

再将刚刚创建的OpenGL状态信息，绑定到窗口。

 glXMakeCurrent(dpy, win, cx);

最后，调用XMapWindow函数将窗口显示在桌面上就完成了。

XMapWindow(dpy, win);

2.OpenGL初始化

编写一个glfInit()函数用来进行对OpenGL的初始化，如：调整投影变换，设置视口,etc.这个函数定义在glFrame.h中。

void glfInit(){    glViewport(0, 0, glf_WinWidth, glf_WinHeight);    glMatrixMode(GL_PROJECTION);    glLoadIdentity();    glf_left=0.0f;    glf_right=50.0f;    glf_bottom=0.0f;    glf_top=50.0f;    glf_near=-1.0f;    glf_far=1.0f;    glOrtho(glf_left,glf_right,glf_bottom,glf_top,glf_near,glf_far);    glMatrixMode(GL_MODELVIEW);}

3.接受和处理XEvent事件

写一个while循环，调用XNextEvent函数来接收鼠标和键盘事件。XEvent的定义在Xlib.h中找到。在XEvent中有一个变量type，标识了事件的种类。所以我们可以写一个switch语句来，对不同的事件进行不同的处理。

对于键盘事件，编写一个glfProcessKeyboard函数来对其进行处理，参数就是按键的所代表的值。如：XK_Escape，etc。这些宏都定义在keysymdef.h中。

对于鼠标事件，编写一个glfProcessMousePress函数来对鼠标按键事件进行处理，参数是鼠标按键时的位置x和y，左上方为原点。

在处理了这些事件后，修改布尔变量needUpdate的值，告诉glFrame是否需要进行更新操作。

if (needUpdate)        {            glfUpdate();                                                          //glFrame更新            needUpdate = GL_FALSE;            needDraw = GL_TRUE;        }        if (needDraw)        {            glfDraw();                                                            //glFrame绘制            needDraw = GL_FALSE;        }

4.glfFrame.h

在前面的内容里，一个基于OpenGL的Linux图形程序框架以及基本搭建完成了。这个时候，编译运行可以看到：

可以注意到，所有和OpenGL相关的编码，都被放到了glfFrame.h中，于是我们的工作只需要修改glfFrame里面的内容就能够自由的进行绘制工作，并且响应鼠标键盘事件。

为了能够实现更多的功能，我为这个框架实现了按钮和标签。在font.h，定义了26个英文大写字母的位图矩形数组。使用glBitmap函数以及显示列表机制使我们能够很方便地使用光栅字体。

打印字母的具体做法：

 glRasterPos2i(label.posx,label.posy);    printString(label.str);

当然在使用光栅字体的时候，你需要先调用makeRasterFont() 函数来生成这26个显示列表。做法来源于红书。

于是，有了这个显示字体的工具，我们可以定义标签Label:

struct Label{    GLboolean isShow;          //是否显示    char str[100];             //显示的内容    GLint posx;                //光栅位置x    GLint posy;                //光栅位置y    GLfloat color[4];          //颜色};

以及绘制标签的函数GLboolean glfDrawLabel(Label label)

GLboolean glfDrawLabel(Label label){    if (label.isShow == GL_FALSE)        return GL_FALSE;    glPushAttrib(GL_CURRENT_BIT);    glColor3fv(label.color);    glRasterPos2i(label.posx,label.posy);    printString(label.str);    glPopAttrib();    return GL_TRUE;}

对于按钮来说，当一个页面里面有很多按钮时，glFrame需要知道是那一个按钮被按下了，从而进行对应的操作。于是定义一个全局变量
typedef char ButtonEvent;
ButtonEvent glf_buttonevent[10];

当检测到按钮被摁下时，就把按钮的event信息保存到glf_buttonevent里面，按钮的event信息需要事先设置好。

于是对按钮的结构体有定义：

struct Button{    GLboolean      isAround;    GLfloat        aroundColor[4];    GLint          aroundLineWidth;    GLboolean      isShow;    Label          text;    Point2D        leftDown;    Point2D        leftUp;    Point2D        rightDown;    Point2D        rightUp;    GLfloat        color[4];    ButtonEvent    event[10];};

以及按钮的摁下检测函数

GLboolean glfCheckButtonPress(int ix,int iy,Button button){    double x,y;     iy=glf_WinHeight-iy;                                             //将鼠标的位置坐标转化为OpenGL坐标系中    x=(double)ix/(double)glf_WinWidth*(glf_right-glf_left);          //把坐标转化到视景体中    y=(double)iy/(double)glf_WinHeight*(glf_right-glf_left);         //把坐标转化到视景体中    if (x <= button.rightDown.p[0] && x >= button.leftDown.p[0]     && y <= button.rightUp.p[1] && y >= button.rightDown.p[1])    {        strcpy(glf_buttonevent,button.event);        return GL_TRUE;    }    return GL_FALSE;}

最后就是按钮的绘制函数

GLboolean glfDrawButton(Button button){    if (button.isShow == GL_FALSE)        return GL_FALSE;    glPushAttrib(GL_CURRENT_BIT);    glColor3fv(button.color);    glBegin(GL_QUADS);        glVertex2fv(button.leftDown.p);        glVertex2fv(button.leftUp.p);        glVertex2fv(button.rightUp.p);        glVertex2fv(button.rightDown.p);    glEnd();    glfDrawLabel(button.text);    if (button.isAround == GL_TRUE)    {        glColor3fv(button.aroundColor);        glLineWidth(button.aroundLineWidth);        glBegin(GL_LINES);            glVertex2fv(button.rightDown.p);            glVertex2fv(button.leftDown.p);        glEnd();        glBegin(GL_LINES);            glVertex2fv(button.leftDown.p);            glVertex2fv(button.leftUp.p);        glEnd();        glBegin(GL_LINES);            glVertex2fv(button.leftUp.p);            glVertex2fv(button.rightUp.p);        glEnd();        glBegin(GL_LINES);            glVertex2fv(button.rightUp.p);            glVertex2fv(button.rightDown.p);        glEnd();    }    glPopAttrib();    return GL_TRUE;}

最终的效果图:

本文的全部代码以及上传到了Great-Code上，请猛击此处。

附glFrame.h代码：

#ifndef GLFRAME_H_INCLUDED#define GLFRAME_H_INCLUDED#include "global.h"#include "font.h"#include "Label.h"#include "Button.h"void glfPrint(GLboolean doubleBuffer);void glfInit();void glfProcessKeyboard(KeySym keysym);void glfProcessMouseClick(int x,int y);void glfprocessButtonPress();void glfUpdate();void glfReshape(int width,int height);void glfDraw();Label label;Button button;Button b_exit;void glfPrint(GLboolean doubleBuffer){    if (doubleBuffer)        glXSwapBuffers(dpy, win);    else        glFlush();}void glfInit(){    glViewport(0, 0, glf_WinWidth, glf_WinHeight);    glMatrixMode(GL_PROJECTION);    glLoadIdentity();    glf_left=0.0f;    glf_right=50.0f;    glf_bottom=0.0f;    glf_top=50.0f;    glf_near=-1.0f;    glf_far=1.0f;    glOrtho(glf_left,glf_right,glf_bottom,glf_top,glf_near,glf_far);    glMatrixMode(GL_MODELVIEW);    makeRasterFont();    label.isShow=GL_TRUE;    label.color[0]=1.0f;    label.color[1]=1.0f;    label.color[2]=0.0f;    label.color[3]=0.0f;    label.posx=15;    label.posy=40;    strcpy(label.str,"HELLO SSSOGS");    button.isShow=GL_TRUE;    button.isAround=GL_TRUE;    button.aroundLineWidth=3;    button.aroundColor[0]=0.0f;    button.aroundColor[1]=1.0f;    button.aroundColor[2]=0.0f;    button.aroundColor[3]=0.0f;    button.leftDown.p[0]=4;    button.leftDown.p[1]=20;    button.leftUp.p[0]=4;    button.leftUp.p[1]=30;    button.rightDown.p[0]=24;    button.rightDown.p[1]=20;    button.rightUp.p[0]=24;    button.rightUp.p[1]=30;    button.color[0]=0.9f;    button.color[1]=0.5f;    button.color[2]=0.9f;    button.color[3]=0.0f;    button.text.isShow=GL_TRUE;    button.text.color[0]=0.0f;    button.text.color[1]=0.0f;    button.text.color[2]=0.0f;    button.text.color[3]=0.0f;    button.text.posx=6;    button.text.posy=25;    strcpy(button.text.str,"HIDE WORDS");    strcpy(button.event,"Test");    b_exit.isShow=GL_TRUE;    b_exit.isAround=GL_TRUE;    b_exit.aroundLineWidth=3;    b_exit.aroundColor[0]=0.0f;    b_exit.aroundColor[1]=1.0f;    b_exit.aroundColor[2]=0.0f;    b_exit.aroundColor[3]=0.0f;    b_exit.leftDown.p[0]=26;    b_exit.leftDown.p[1]=20;    b_exit.leftUp.p[0]=26;    b_exit.leftUp.p[1]=30;    b_exit.rightDown.p[0]=46;    b_exit.rightDown.p[1]=20;    b_exit.rightUp.p[0]=46;    b_exit.rightUp.p[1]=30;    b_exit.color[0]=0.9f;    b_exit.color[1]=0.5f;    b_exit.color[2]=0.9f;    b_exit.color[3]=0.0f;    b_exit.text.isShow=GL_TRUE;    b_exit.text.color[0]=0.0f;    b_exit.text.color[1]=0.0f;    b_exit.text.color[2]=0.0f;    b_exit.text.color[3]=0.0f;    b_exit.text.posx=28;    b_exit.text.posy=25;    strcpy(b_exit.text.str,"EXIT");    strcpy(b_exit.event,"exit");}void glfProcessKeyboard(KeySym keysym){    if (keysym == (KeySym)XK_Escape)        exit(0);}void glfProcessMousePress(int x,int y){    if (glfCheckButtonPress(x,y,button) == GL_TRUE)    {        glfprocessButtonPress();    }    if (glfCheckButtonPress(x,y,b_exit) == GL_TRUE)    {        glfprocessButtonPress();    }}void glfprocessButtonPress(){    if (glf_buttonevent == NULL)        return ;    if (strcmp(glf_buttonevent,"Test") == 0)    {        label.isShow=!label.isShow;        if (label.isShow)        {            strcpy(button.text.str,"HIDE WORDS");        }        else        {            strcpy(button.text.str,"SHOW WORDS");        }    }    if (strcmp(glf_buttonevent,"exit") == 0)    {        exit(0);    }}void glfUpdate(){}void glfReshape(int width,int height){    glf_WinWidth=width;    glf_WinHeight=height;    glViewport(0,0,glf_WinWidth,glf_WinHeight);}void glfDraw(){    glClearColor(0.0,0.0,0.0,0.0);    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);    glfDrawLabel(label);    glfDrawButton(button);    glfDrawButton(b_exit);    glfPrint(glf_DoubleBuffer);}#endif // GLFRAME_H_INCLUDED