一、Qt中的OpenGL支持

OpenGL是绘制三维图形的标准API。Qt应用程序可以使用QtOpenGL模块绘制三维图形，该模块依赖于系统的OpenGL库。Qt OpenGL模块提供QGLWidget类，可以通过对它的子类化，并使用OpenGL命令开发出自己的窗口部件。对于许多三维应用程序来说，这就足够了。

从Qt 4开始,可以在QGLWidget上使用QPainter，尽管它还只是一个普通的窗口部件。在QGLWidget上使用QPainter的好处是可以使用OpenGL高效地绘图，例如进行坐标变换以及像素映射绘制。使用QPainter的另一个好处是可以使用其二维的高级API,并结合OpenGL调用来绘制三维图形。

使用QGLWidget可以在场景中使用OpenGL作为后端绘制三维场景。为了在硬件加速的离屏表面上绘制，可以使用pbuffer和framebuffer对象进行扩展，它们分别在QGLPixelBuffer和QGLFramebufferObject类中。

在应用程序中绘制OpenGL是很简单的：派生QGLWidget，实现几个虚函数，连接QtOpenGL和OpenGL库。由于QGLWidget派生自QWidget，许多已知的技术仍然适用。最大的区别是要使用标准的OpenGL函数替代QPainter来实现绘制。

为了使应用程序正确连接QtOpenGL模块和系统的OpenGL库，需要在.pro文件中添加这两项：

QT += opengl
LIBS += -lopengl32 -lglu32

本文介绍一个简单的应用程序，该程序使用这一技术绘制一个三角锥，用户可以使用鼠标与其交互。

二、Tetrahedron类

1.Tetrahedron类的定义

为了介绍QGLWidget的用法，我们编写一个Tetrahedron应用程序。该应用程序可以显示一个三维的三角锥(tetrahedron),或者也可以称为四面体，它的每个面都具有不同的颜色。用户可以通过单击并拖动鼠标来旋转它。用户也可以通过双击某个面，并从弹出的QColorDialog中选择一种颜色来设置这个面的颜色。

class Tetrahedron : public QGLWidget
{
	Q_OBJECT
public:
  Tetrahedron(QWidget *parent = nullptr);
  ~Tetrahedron();
protected:
  void initializeGL();
  void resizeGL(int w, int h);
  void paintGL();
  void mousePressEvent(QMouseEvent *event);
  void mouseMoveEvent(QMouseEvent *event);
  void mouseDoubleClickEvent(QMouseEvent *event);
private:
  void draw();
  int faceAtPosition(const QPoint &pos);
  GLfloat rotationX;
  GLfloat rotationY;
  GLfloat rotationZ;
  QColor faceColors[4];
  QPoint lastPos;
};

Tetrahedron类从QGLWidget中派生而来。initializeGL ()、resizeGL()和paintGL()这三个函数是在QGLWidget中实现的。鼠标事件处理函数是在QWidget中实现。

2.OpenGL设置

首先是构造函数：

Tetrahedron::Tetrahedron(QWidget *parent)
: QGLWidget(parent)
{
  setFormat(QGLFormat(QGL::DoubleBuffer | QGL::DepthBuffer));
  rotationX = -21.0;
  rotationY = -57.0;
  rotationZ = 0.0;
  faceColors[0]=Qt::red;
  faceColors[1] = Qt::green;
  faceColors[2] = Qt::blue;
  faceColors[3] = Qt::yellow;
}

在构造函数中，调用QGLWidget::setFormat()指定OpenGL的显示描述表，并且初始化私有变量。

void Tetrahedron::initializeGL()
{
  qglClearColor(Qt::black);
  glShadeModel(GL_FLAT);
  glEnable(GL_DEPTH_TEST);
  glEnable(GL_CULL_FACE);
}

initializeGL()函数在调用paintGL()之前只被调用一次。可以在这里设置OpenGL的绘图描述表，定义显示列表，以及执行其他的初始化。

所有的代码都是标准的OpenGL，除了对QGLWidget的qglClearColor()函数的调用。如果想坚持使用标准的OpenGL，则可以在RGBA模式下调用glClearColor()，而在颜色索引模式下调用glClearlndex()。

void Tetrahedron::resizeGL(int w, int h)
{
  glViewport(0,0,w,h);
  glMatrixMode(GL_PROJECTION);
  glLoadIdentity();
  GLfloat x=GLfloat(w)/h;
  glFrustum(-x,+x,-1.0,+1.0,4.0,15.0);
  glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
}

应在第一次调用paintGL()之前，但在initializeGL()之后调用resizeGL()函数。在窗口部件改变大小时也将调用resizeGL()函数。在这里可以设值OpenGL视口、投影以及其他窗口部件尺寸相关的设置。

void Tetrahedron::paintGL()
{
  glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
  draw();
}

在窗口部件需要重绘时调用paintGL()函数。它与QWidget::PaintEvent()类似，使用OpenGL函数代替QPainter函数。实际的绘制由私有函数draw()实现。

void Tetrahedron::draw()
{
  static const GLfloat P1[3]={0.0,-1.0,+2.0};
  static const GLfloat P2[3]={+1.73205081,-1.0,-1.0};
  static const GLfloat P3[3]={-1.73205081,-1.0,-1.0};
  static const GLfloat P4[3]={0.0,+2.0,0.0};
  static const GLfloat * const coords[4][3]={
  	{ P1,P2,P3}, {P1,P3,P4},{P1,P4,P2},{P2,P4,P3}
  };
  glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
  glLoadIdentity();
  glTranslatef(0.0,0.0,-10.0);
  glRotatef(rotationX,1.0,0.0,0.0);
  glRotatef(rotationY,0.0,1.0,0.0);
  glRotatef(rotationZ,0.0,0.0,1.0);
  for(int i=0;i<4; ++i){
    glLoadName(i);
    glBegin(GL_TRIANGLES);
    qglColor(faceColors[i]);
    for (int j = 0; j < 3; ++j){
      glVertex3f(coords[i][j][0],coords[i][j][1],coords[i][j][2]);
    }
    glEnd();
  }
}

在draw()中，我们绘制三角锥，应用x、y和z轴的旋转以及保存在数组中的颜色。每个调用都是标准的OpenGL，除了qglColor()函数。可以根据颜色模式使用OpenGL函数glColor3d()或者glIndex()。

3.事件处理

void Tetrahedron::mouseMoveEvent(QMouseEvent *event)
{
  GLfloat dx = GLfloat(event->x() - lastPos.x()) / width();
  GLfloat dy = GLfloat(event->y() - lastPos.y()) / height();
  if (event->buttons() & Qt::LeftButton) {
    rotationX += 180 * dy;
    rotationY += 180 * dx;
    updateGL();
  }else if(event->buttons() & Qt::RightButton) {
    rotationX += 180*dy;
    rotationZ += 180*dx;
    updateGL();
  }
  lastPos = event->pos();
}

mousePressEvent()和mouseMoveEvent()函数在QWidget中实现，用户可以通过单击并拖动鼠标旋转视图。鼠标左键可以沿着x和y轴旋转，右键可以沿着x和z轴旋转。

当rotationX，rotationY和rotationZ其中一个变量的值改变时，我们调用updateGL()重绘场景。

void Tetrahedron::mouseDoubleClickEvent(QMouseEvent *event)
{
  int face = faceAtPosition(event->pos());
  if(face != -1) {
  	QColor color = QColorDialog::getColor(faceColors[face], this);
    if(color.isValid()) {
      faceColors[face] = color;
      updateGL();
    }
  }
}

mouseDoubleClickEvent()在QWidget中实现，用户可以双击三角锥的面设置其颜色。调用私有函数faceAtPosition()确定光标下的面。如果用户双击了某个面，就调用QColorDialog::getColor()为该面获取一种新的颜色。然后，使用新颜色更新faceColor数组，并且调用updateGL()重绘场景。

int Tetrahedron::faceAtPosition(const QPoint &pos)
{
  const int MaxSize = 512;
  GLuint buffer[MaxSize];
  GLint viewport[4];
  makeCurrent();
  glGetIntegerv(GL_VIEWPORT, viewport);
  glSelectBuffer(MaxSize, buffer);
  glRenderMode(GL_SELECT);
  glInitNames();
  glPushName(0);
  glMatrixMode(GL_PROJECTION);
  glPushMatrix();
  glLoadIdentity();
  gluPickMatrix(GLdouble(pos.x()), GLdouble(viewport[3]-pos.y()),
  	5.0, 5.0, viewport);
  GLfloat x = GLfloat(width()/height());
  glFrustum(-x, x, -1.0, 1.0, 4.0, 15.0);
  draw();
  glMatrixMode(GL_PROJECTION);
  glPopMatrix();
  if(!glRenderMode(GL_RENDER))
  	return -1;
  return buffer[3];
}

faceAtPosition()函数返回窗口部件某位置所处的面的编号，如果没有面就返回-1。确定被选面的代码在OpenGL中有点复杂。事实上，我们以GL_SELECT模式绘制场景，使用OpenGL的选择功能，从OpenGL的命中记录中读取面编号（它的“名字”)。代码是标准的代码，除了起初的QGLWidget::makeCurrent()调用，它可以确保我们正确地使用OpenGL描述表。[QGLWidget在调用initializeGL()、resizeGL()或paintGL()之前会自动调用它，在Tetrahedron实现的其他地方则不需要调用它。]

三、tetrahedron的调用

以下是该应用程序的main()函数：

int main(int argc, char *argv[])
{
  QApplication a(argc, argv);
  if(!QGLFormat::hasOpenGL()){
    std::cerr<<"This system has no OpenGL support"<<std::endl;
    return 1;
  }
  Tetrahedron tetrahedron;
  tetrahedron.setWindowTitle("Tetrahedron");
  tetrahedron.resize(300,300);
  tetrahedron.show();
  return a.exec();
}

如果用户的系统不支持OpenGL，则会在控制台打印错误信息并立即返回。

这就完成了Tetrahedron应用程序。

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