1.3 OpenGL 直线绘制#

1. 任务描述#

根据下面要求，在右侧修改代码空间，绘制出预期输出的图片。平台会对你编写的代码进行测试。

本关任务#

1. 理解基本图形元素光栅化的基本原理。
2. 了解和使用 OpenGL 的生成直线的命令，以验证程序运行结果。

预期输出#

具体要求#

1. 背景色为黑色，用 glClearColor 来完成。
2. 绘制一个矩形，颜色为 (1.0f, 0.0f, 0.0f)，矩形位置为 (25.0, 25.0) 到 (75.0, 75.0)。
3. 绘制一个直径为 10 的点，颜色为 (0.0f, 1.0f, 0.0f)，对应的点坐标为原点 (0, 0)。
4. 利用 GL_LINES 的绘线方式绘制一条线，其中线段的两个顶点颜色分别为 (0.0f, 1.0f, 0.0f) 和 (0.0f, 1.0f, 0.0f)，顶点的坐标分别为 (100.0f, 0.0f) 和 (180.0f, 240.0f)。
5. 调用向 glutReshapeFunc 注册的函数。

相关知识#

为了完成本关任务，你需要掌握：前面两关的知识点、GL_LINES 的绘线方式、调用向 glutReshapeFunc 注册的函数以及虚拟机的使用。

1. OpenGL 画线#

下面介绍下 OpenGL 画线的一些基础知识和 glutReshapeFunc() 函数。

数学上的直线没有宽度，但 OpenGL 的直线则是有宽度的。同时，OpenGL 的直线必须是有限长度，而不是像数学概念那样是无限的。可以认为，OpenGL 的“直线”概念与数学上的“线段”接近，它可以由两个端点来确定。这里的线由一系列顶点顺次连结而成，有闭合和不闭合两种。

前面的实验已经知道如何绘“点”，那么 OpenGL 是如何知道拿这些顶点来做什么呢？是一个一个的画出来，还是连成线？或者构成一个多边形？或是做其它事情呢？为了解决这一问题，OpenGL 要求：指定顶点的命令必须包含在 glBegin 函数之后，glEnd 函数之前（否则指定的顶点将被忽略），并由 glBegin 来指明如何使用这些点。

例如：

glBegin(GL_POINTS);
    glVertex2f(0.0f, 0.0f);
    glVertex2f(0.5f, 0.0f);
glEnd();

则这两个点将分别被画出来。如果将 GL_POINTS 替换成 GL_LINES，则两个点将被认为是直线的两个端点，OpenGL 将会画出一条直线。还可以指定更多的顶点，然后画出更复杂的图形。另一方面，glBegin 支持的方式除了 GL_POINTS 和 GL_LINES，还有 GL_LINE_STRIP，GL_LINE_LOOP，GL_TRIANGLES，GL_TRIANGLE_STRIP，GL_TRIANGLE_FAN 等，每种方式的大致效果如图所示：

此外，glShadeModel 函数用于选择平坦或光滑渐变模式。GL_SMOOTH 为缺省值，为光滑渐变模式，GL_FLAT 为平坦渐变模式。

2. glutReshapeFunc() 函数#

首次打开窗口、移动窗口和改变窗口大小时，窗口系统都将发送一个事件，以通知程序员。如果使用的是 GLUT，通知将自动完成，并调用向 glutReshapeFunc() 注册的函数。该函数必须完成下列工作：

• 重新建立用作新渲染画布的矩形区域；
• 定义绘制物体时使用的坐标系。

例如：

void Reshape(int w, int h)
{
    glViewport(0, 0, (GLsizei) w, (GLsizei) h);
    glMatrixMode(GL_PROJECTION);
    glLoadIdentity();
    gluOrtho2D(0.0, (GLdouble) w, 0.0, (GLdouble) h);
}

在 GLUT 内部，将给该函数传递两个参数：窗口被移动或修改大小后的宽度和高度，单位为像素。glViewport() 调整像素矩形，用于绘制整个窗口。接下来三个函数调整绘图坐标系，使左下角位置为 (0, 0)，右上角为 (w, h)。

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开始你的任务吧，祝评测通过！

2. 我的回答#

文件 step3/test3.cpp:

// 提示：写完代码请保存之后再进行评测
#include <GL/freeglut.h>
#include <stdio.h>

// 评测代码所用头文件-开始
#include <opencv2/core/core.hpp>
#include <opencv2/highgui/highgui.hpp>
#include <opencv2/imgproc/imgproc.hpp>
// 评测代码所用头文件-结束

void myDisplay(void)
{
   // 请在此添加你的代码
   /********** Begin ********/
   // 清除颜色缓冲区，背景为黑色（glClearColor已设置为黑色）
   glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
   
   // 绘制红色矩形，位置 (25,25) 到 (75,75)
   glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);
   glRectf(25.0f, 25.0f, 75.0f, 75.0f);
   
   // 绘制直径为10的绿色点，位于原点 (0,0)
   glPointSize(10.0f);
   glColor3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);
   glBegin(GL_POINTS);
   glVertex2f(0.0f, 0.0f);
   glEnd();
   
   // 绘制绿色线段，端点 (100,0) 和 (180,240)
   glBegin(GL_LINES);
   glColor3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);
   glVertex2f(100.0f, 0.0f);
   glVertex2f(180.0f, 240.0f);
   glEnd();
   /********** End **********/
 	glFlush();
}
void Init()
{
	glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 0.0);
	glShadeModel(GL_SMOOTH);
}
void myReshape(int w, int h)
{
	glViewport(0, 0, (GLsizei)w, (GLsizei)h);
	glMatrixMode(GL_PROJECTION);
	glLoadIdentity();
	gluOrtho2D(0.0, (GLdouble)w, 0.0, (GLdouble)h);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
	glutInit(&argc, argv);
	glutInitWindowPosition(100, 100);
	glutInitWindowSize(400, 400);
	glutCreateWindow("Hello Point!");
    Init();
	glutDisplayFunc(myDisplay);
    glutReshapeFunc(myReshape);
    glutMainLoopEvent();     
     
    /*************以下为评测代码，与本次实验内容无关，请勿修改**************/
	GLubyte* pPixelData = (GLubyte*)malloc(400 * 400 * 3);//分配内存
    GLint viewport[4] = {0};    
    glReadBuffer(GL_FRONT);
    glPixelStorei(GL_UNPACK_ALIGNMENT, 4);
    glGetIntegerv(GL_VIEWPORT, viewport);
    glReadPixels(viewport[0], viewport[1], viewport[2], viewport[3], GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, pPixelData);

	cv::Mat img;
    std::vector<cv::Mat> imgPlanes;
    img.create(400, 400, CV_8UC3);
    cv::split(img, imgPlanes);
 
    for(int i = 0; i < 400; i ++) {
        unsigned char* plane0Ptr = imgPlanes[0].ptr<unsigned char>(i);
        unsigned char* plane1Ptr = imgPlanes[1].ptr<unsigned char>(i);
        unsigned char* plane2Ptr = imgPlanes[2].ptr<unsigned char>(i);
        for(int j = 0; j < 400; j ++) {
            int k = 3 * (i * 400 + j);
            plane2Ptr[j] = pPixelData[k];
            plane1Ptr[j] = pPixelData[k+1];
            plane0Ptr[j] = pPixelData[k+2];
        }
    }
    cv::merge(imgPlanes, img);
    cv::flip(img, img ,0); 
    cv::namedWindow("openglGrab");
    cv::imshow("openglGrab", img);
    //cv::waitKey();
    cv::imwrite("../img_step3/test.jpg", img);
	return 0;
}