linux opengl 实例,一篇文章入门Ubuntu的OpenGL开发
因為有點小野心，想寫個可以在Linux下跑的渲染庫，于是就費了點功夫研究Ubuntu下OpenGL的開發。但是，由于完全沒有Ubuntu下開發的經驗，遇到了各種問題，折騰了一陣子，總算是有點收獲，寫篇文章分享一下。
由于筆者水平有限，文章中若有什么紕漏，請路過的讀者指出！
基礎知識
與Windows不同，linux的內核沒有圖形界面的代碼，它的界面只是運行在操作系統上的一個軟件而已。也就是說，即便把這個界面關掉，系統仍然在運行，你還能再打開這個界面，這對windows來說是不可想象的，因為在windows下，圖形界面是系統不可分割的一部分。
于是，在Linux上，實現了一種名為X窗口系統的東西來模擬窗口界面。X窗口系統是基于X協議實現的。所謂的協議，相當于一種語言，你必須要理解并且遵守語言的規則才能溝通，比如http協議，客戶端與服務器必須都采用http協議的規范發送、接收、解析數據，才能有絢麗的網頁呈現在我們面前。Linux下的窗口與這個過程及其類似，它也是一種客戶端/服務器(C/S)結構。不同的是，這個服務器和客戶端是在一臺機器上。于是，在Linux下進行窗口編程的時候，你會看到很多XServer，XClient的字眼，說的就是實現X協議的服務器與客戶端。
窗口實現
開始寫代碼前，先做一個準備工作：安裝xcb庫。Ubuntu下的安裝命令是：sudo apt-get install libxcb1-dev。
從編程的角度上看，Linux把窗口的顯示抽象成了這些概念：連接(connect)，窗口(window)，屏幕(screen)，上下文(context)和事件(event)。
連接(connext)：一個xcb_connection_t對象，表示X客戶端與X服務器之間的連接。我們創建的是X客戶端，客戶端需要把繪制指令發送給服務器，所以必須要有一個與服務器之間的連接。
窗口(window)：一個xcb_window_t對象，這個不用多說，字面上的意思。
屏幕(screen)：一個xcb_screen_t對象，我的理解就是物理意義上的屏幕，也就是顯示器，可以通過枚舉來找到所有連接的顯示器。
上下文(context)：一個xcb_gcontext_t對象，這是與窗口關聯的繪制環境，類似于Windows下的DC，所有的繪制都是在上下文上進行繪制。
事件(event)：一個xcb_generic_event_t對象，將用戶的每一個操作都當成一個事件進行處理，類似于Windows下的消息。
實現的流程是：
1、創建連接。
2、獲取屏幕(需要用到連接)。
3、創建上下文(需要用到屏幕的根窗口)。
4、創建我們要用的窗口(需要用到屏幕)。
5、映射窗口和連接(需要用到窗口和連接)。
6、監聽并且處理事件(需要用到連接、窗口和上下文)。
完整代碼如下所示：
#include
#include
#include
#include
int main(void) {
xcb_connection_t *pConn;
xcb_screen_t *pScreen;
xcb_window_t window;
xcb_gcontext_t foreground;
xcb_gcontext_t background;
xcb_generic_event_t *pEvent;
uint32_t mask = 0;
uint32_t values[2];
uint8_t isQuit = 0;
char title[] = "Hello, Engine!";
char title_icon[] = "Hello, Engine! (iconified)";
/* 第一步：創建連接 */
// 建立與X服務器的連接
pConn = xcb_connect(0, 0);
/* 第二步：獲取屏幕 */
// xcb_get_setup函數用于從X服務器獲取數據，獲取的數據包括服務器支持的圖像格式，
// 可顯示的屏幕列表，可用的視覺效果列表，服務器的最大請求長度等等
// xcb_setup_roots_iterator函數只查到原型，沒有函數的說明，從函數名和使用方式
// 上看，應該是查找數據用的。
pScreen = xcb_setup_roots_iterator(xcb_get_setup(pConn)).data;
/* 第三步：創建上下文 */
// 先獲取根窗口
window = pScreen->root;
// 創建前景上下文(黑色)
foreground = xcb_generate_id(pConn); // 生成上下文的ID
mask = XCB_GC_FOREGROUND | XCB_GC_GRAPHICS_EXPOSURES; // 上下文的用途，前景&需要事件
values[0] = pScreen->black_pixel; // 填充顏色(黑色)
values[1] = 0; // 結束標志
xcb_create_gc(pConn, foreground, window, mask, values); // 創建上下文
// 創建背景上下文(白色)
background = xcb_generate_id(pConn); // 生成上下文ID
mask = XCB_GC_BACKGROUND | XCB_GC_GRAPHICS_EXPOSURES; // 上下文用途，前景&需要事件
values[0] = pScreen->white_pixel; // 填充顏色(白色)
values[1] = 0; // 結束標志
xcb_create_gc(pConn, background, window, mask, values); // 創建上下文
/* 第四步：創建窗口 */
window = xcb_generate_id(pConn); // 創建窗口ID
mask = XCB_CW_BACK_PIXEL | XCB_CW_EVENT_MASK; // 覆蓋BackPixmap，需要指定的事件
values[0] = pScreen->white_pixel; // 白色填充
values[1] = XCB_EVENT_MASK_EXPOSURE | XCB_EVENT_MASK_KEY_PRESS; // 需要EXPOSE事件和按鍵事件
xcb_create_window (pConn, // 連接
XCB_COPY_FROM_PARENT, // 深度值
window, // 窗口ID
pScreen->root, // 父窗口，屏幕的根窗口
20, 20, // x，y坐標
640, 480, // 寬度，高度
10, // 邊緣寬度
XCB_WINDOW_CLASS_INPUT_OUTPUT, // 要么是0，要么是一些指定的值
pScreen->root_visual, // 視覺效果，暫時不知道是啥玩意
mask, values); // 需要的功能與值設定
// 設置窗口名
xcb_change_property(pConn, XCB_PROP_MODE_REPLACE, window,
XCB_ATOM_WM_NAME, XCB_ATOM_STRING, 8,
strlen(title), title);
// 設置窗口圖標
xcb_change_property(pConn, XCB_PROP_MODE_REPLACE, window,
XCB_ATOM_WM_ICON_NAME, XCB_ATOM_STRING, 8,
strlen(title_icon), title_icon);
/* 第五步：關聯窗口和連接 */
xcb_map_window(pConn, window);
xcb_flush(pConn); // 刷新
/* 第六步：處理事件 */
while((pEvent = xcb_wait_for_event(pConn)) && !isQuit) {
switch(pEvent->response_type & ~0x80) {
case XCB_EXPOSE: // 繪制或重繪窗口
{
xcb_rectangle_t rect = { 20, 20, 60, 80 };
xcb_poly_fill_rectangle(pConn, window, foreground, 1, &rect); // 繪制一塊矩形區域
xcb_flush(pConn); // 刷新
}
break;
case XCB_KEY_PRESS: // 按鍵
isQuit = 1;
break;
}
free(pEvent);
}
xcb_disconnect(pConn); // 斷開連接
return 0;
}
完成代碼，保存成.c文件(比如helloengine_xcb.c)。用gcc helloengine_xcb.c -lxcb -o helloengine_xcb命令構建，或者如果你用clang編譯器的話使用clang -lxcb -o helloengine_xcb helloengine_xcb.c命令構建，就可以看到生成的可執行文件helloengine.xcb.out。運行文件，得到如下的結果：
OpenGL繪制
純種的OpenGL繪制方式使用的是GLX庫。GLX(全稱OpenGL Extension to the X Window System，X窗口系統的OpenGL擴展)是OpenGL和X窗口系統的一個橋梁，它提供了用OpenGL在X窗口繪制的接口。GLX本身使用Xlib庫做窗口創建等工作，它出現的時候還沒有xcb這東西，xcb的出現本身就是為了代替Xlib，但是目前還沒有基于xcb的GLX，所以我們的OpenGL繪制將會使用Xlib創建窗口。(也就是說上面的代碼我們用不到-_-)
畫布——Drawable
在X系統中，一個可以渲染的表面被稱為一個Drawable(因為沒有找到什么中文詞語能夠準確表達它的意思，所以還是用英文稱呼最準確)。X系統提供了兩種不同的Drawable：Window和Pixmap。GLX把Window封裝成了GLXWindow，把Pixmap封裝成GLXPixmap。要理解這個Drawable，最好的方法就是將它類比成畫布，所謂的渲染就是在畫布上作畫，清晰、準確而且簡單。
不管是GLXWindow還是GLXPixmap，在創建的時候都需要一個GLXFBConfig來說明這塊畫布是什么樣的，也就是畫布的屬性。畫布的屬性包括顏色緩沖區的深度以及輔助緩沖區的類型、質量、大小等等。
為了兼容GLX1.2以及之前的版本，還有一種Drawable類型——Window，注意這不是GLX封裝過后的GLXWindow，而是原始的Window。于是，GLXDrawable包括四種Drawable：GLXWindow、GLXPixmap、GLXPBuffer(對我們不重要，忽略之)以及Window。在X系統中，Window是與Visual結構相關的，可以通過Visual結構創建。
關于Visual，XVisualInfo，以及GLXFBConfig
早期X窗口系統使用Visual封裝相關的顏色屬性值(例如顏色類型，顏色深度)，這時候OpenGL還沒出世。
當OpenGL出來之后，就弄出了一個XVisualInfo來擴展Visual，添加了更多的功能，比如輔助緩沖區，雙緩沖區等。這個XVisualInfo被用來創建OpenGL上下文。
1998年，GLX的1.3版出世，為了支持更多的功能(透明度，多重采樣，樣本緩沖區等等)，就需要往里面加更多的東西，但是這些屬性已經和視覺效果(Visual)關系不大了，于是就用推出了GLXFBconfig。
所以，到現在，最穩妥的方式是使用GLXFBConfig來創建OpenGL上下文，但是你還是可以從FBConfig中獲取到Visual信息。
繪畫工具——Render Context
RenderContext的中文翻譯是渲染上下文，我認為將它理解成繪畫工具比較貼切。渲染上下文就是一系列已經存在的繪畫工具，這些工具叫狀態。設置好狀態之后就可以繪制了。繪畫工具和畫布的屬性必須要匹配，具體來說就是：
支持相同類型的渲染(RGBA或者顏色索引)
顏色緩沖區和輔助緩沖區的深度相同(RGB分量的尺寸大小要一樣)
都由一種X屏幕創建
只要畫布與繪畫工具兼容，那么多個繪畫工具(上下文)可以繪制到一張畫布(Drawable)上，同樣，一個繪畫工具可以繪制到多張畫布上。
在實際的代碼中，我們首先要創建的是和XServer的連接，這個連接在代碼里的名字是Display。很容易引起誤解的一個名字，我們要知道它就是與X服務器的連接。
使用OpenGL的繪制過程包括：
1、創建連接
2、選擇合適的顯示配置(需要用到連接)
3、創建窗口(需要用到連接和配置)
4、映射窗口(需要用到連接和窗口)
5、創建上下文(需要用到連接，配置)
6、關聯窗口和上下文(需要用到連接，窗口，配置)
7、繪制
完整的可運行代碼如下所示：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define GLX_CONTEXT_MAJOR_VERSION_ARB 0x2091
#define GLX_CONTEXT_MINOR_VERSION_ARB 0x2092
typedef GLXContext (* glXCreateContextAttribsARBProc) (Display*, GLXFBConfig, GLXContext, Bool, const int*);
int main (int argc, char* argv[])
{
// The XOpenDisplay() function returns a Display structure that serves as the connection
// to the X server and that contains all the information about that X server.
// Display這個東西，與之前所講的那些都不同，它更像是一個畫布和繪畫工具集合。所有的東西都和它有關，需要通過它來創建，狀態也會保存在它里面。
Display* display = XOpenDisplay(NULL);
if (!display)
{
printf("Failed to open X display\n");
exit(1);
}
// FBConfigs were added in GLX version 1.3
// 確保你的GLX版本在1.3之上
int glx_major, glx_minor;
if ( !glXQueryVersion( display, &glx_major, &glx_minor ) ||
( ( glx_major == 1 ) && ( glx_minor < 3 ) ) || ( glx_major < 1 ) )
{
printf("Invalid GLX version");
exit(1);
}
// Get a matching FB config
// A list of attribute/value pairs.
// 我們需要的顯示屬性，一會查查系統中有沒有滿足要求的
static int visual_attribs[] =
{
GLX_X_RENDERABLE, True, // If drawables can be renderd to by X.
GLX_DRAWABLE_TYPE, GLX_WINDOW_BIT, // Indicating what drawable types the frame buffer configuration supports. GLX_WINDOW_BIT, GLX_PIXMAP_BIT, GLX_PBUFFER_BIT
GLX_RENDER_TYPE, GLX_RGBA_BIT, // Indicating what type of GLX contexts can be made current to the frame buffer configuration. GLX_RGBA_BIT, GLX_COLOR_INDEX_BIT
GLX_X_VISUAL_TYPE, GLX_TRUE_COLOR, // Visual type of associated visual.
GLX_RED_SIZE, 8,
GLX_GREEN_SIZE, 8,
GLX_BLUE_SIZE, 8,
GLX_ALPHA_SIZE, 8,
GLX_DEPTH_SIZE, 24,
GLX_STENCIL_SIZE, 8,
GLX_DOUBLEBUFFER, True,
None
};
printf( "Getting matching framebuffer configs\n" );
int fbcount;
GLXFBConfig* fbc = glXChooseFBConfig(display, DefaultScreen(display), visual_attribs, &fbcount); // 找找有沒有滿足要求的配置
if (!fbc)
{
printf( "Failed to retrieve a framebuffer config\n" );
exit(1);
}
printf( "Found %d matching FB configs.\n", fbcount );
GLXFBConfig bestFbc = fbc[0]; // 找一個配置保存
// Be sure to free the FBConfig list allocated by glXChooseFBConfig()
XFree( fbc );
// Get a visual
// 獲取視覺效果信息
XVisualInfo *vi = glXGetVisualFromFBConfig( display, bestFbc );
printf( "Chosen visual ID = 0x%x\n", vi->visualid );
printf("Creating colormap\n");
// 窗口屬性，最重要的是顏色，必須創建與視覺效果匹配的顏色屬性，這在創建Window的時候有用
XSetWindowAttributes swa;
Colormap cmap;
swa.colormap = cmap = XCreateColormap(display,
RootWindow(display, vi->screen),
vi->visual, AllocNone);
swa.background_pixmap = None;
swa.border_pixel = 0;
swa.event_mask = StructureNotifyMask;
printf("Creating window\n");
Window win = XCreateWindow(display, RootWindow(display, vi->screen),
0, 0, 100, 100, 0, vi->depth, InputOutput,
vi->visual,
CWBorderPixel | CWColormap | CWEventMask, &swa);
if (!win)
{
printf("Failed to create window.\n");
exit(1);
}
// Done with the visual info data
XFree (vi); // 釋放獲取的視覺效果信息
XStoreName(display, win, "GL 3.0 Window");
printf("Mapping window\n");
XMapWindow(display, win);
// NOTE:It is note necessary to create or make current to a context before
// calling glXGetProcAddressARB
// 獲取創建上下文的函數地址
glXCreateContextAttribsARBProc glXCreateContextAttribsARB = 0;
glXCreateContextAttribsARB = (glXCreateContextAttribsARBProc)
glXGetProcAddressARB((const GLubyte*)"glXCreateContextAttribsARB");
GLXContext ctx = 0;
int context_attribs[] =
{
GLX_CONTEXT_MAJOR_VERSION_ARB, 3,
GLX_CONTEXT_MINOR_VERSION_ARB, 0,
None
};
printf("Creating context 3.0\n");
// 創建上下文
ctx = glXCreateContextAttribsARB(display, bestFbc, 0, True, context_attribs);
// Sync to ensure any errors generated are processed.
XSync(display, False);
if (ctx == 0)
{
printf("Can't create GL 3.0 context.\n");
exit(1);
}
// Sync to ensure any errors generated are processed.
XSync(display, False);
printf("Draw with context\n");
glXMakeCurrent(display, win, ctx);
glClearColor(0, 0.5, 1, 1);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glXSwapBuffers(display, win);
sleep(1);
glClearColor(1, 0.5, 0, 1);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glXSwapBuffers(display, win);
sleep(1);
glXMakeCurrent(display, 0, 0);
glXDestroyContext(display, ctx);
XDestroyWindow(display, win);
XFreeColormap(display, cmap);
XCloseDisplay(display);
return 0;
}
在編譯前，首先需要安裝OpenGL的運行環境，需要安裝兩個庫：libgl1-mesa-dev和Xlib，命令是sudo apt install libgl1-mesa-dev Xlib。
安裝完成后，使用g++ -o helloengine_openglxlib helloengine_openglxlib.cpp -lGL -lX11命令來編譯代碼，-o后接的是輸出的可執行文件名，你可以隨便取名字；再后面是代碼文件名，之后跟的是鏈接庫的名字(GL和X11)。這里解釋一下X11是什么，所謂的X11就是X協議的第11個版本，也就是說11只不過是版本號而已。
運行helloengine_openglxlib，我們得到了如下的結果：
總結
一開始寫代碼的時候非常不適應，不僅是對開發環境，對這些結構名、類名都不熟悉，導致敲代碼頻頻敲錯，然后編譯的時候各種報錯。但是，多敲幾遍，多看幾遍之后慢慢就熟悉了，漸漸的就有了“代碼感”。下面列出的參考資料里推薦閱讀linux圖形界面編程基礎知識和OpenGL? Graphics with the X Window System?加深對Linux和Linux下OpenGL編程的理解，非常有用，強烈推薦！
參考資料
總結
以上是生活随笔為你收集整理的linux opengl 实例,一篇文章入门Ubuntu的OpenGL开发的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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