OpenGL实现3D游戏编程【连载1】——初探3D世界

1、前言

在我学习C++的过程中，研究了一下OpenGL编程，打开了3D世界的编程世界，3D世界的效果还是相当不错。而且OpenGL能够支持跨平台兼容，是不错的学习方向，于是就自己学习了网上的很多教程，并将所有学到的知识运用到自己编程中去，现在正好有时间，就将自己编程中的一些点点滴滴汇总出来，以供大家参考。

2、设计的目标

那么我们还是从游戏的角度出发，去了解一下游戏中的功能都是怎么实现的。这一切还是要从自己玩游戏开始说起，此前就玩过一下3D游戏，当时就被游戏里的一些画面深深的吸引了，同时，游戏里头还有很多，很有趣的设定，比如，玩家的视角是怎么移动的？崎岖不平的地图是怎样制作的？人物和物体、地面的碰撞是怎样检测的？鼠标是怎样选中眼前的物体的？魔法技能是怎样释放的？不用加载进度条的无缝世界地图是怎么实现的？带着这些疑问，我们走进了一个OpenGL世界的3D世界。

3、程序设计的思路

为了实现以上游戏丰富多彩的内容，我们需要对相应的游戏内容实现进行探索，从一开始的准备工作，游戏库文件的准备，第一个游戏窗口的创建，运用OpenGL画出基本的3D物体，文字的显示，视角的变化，贴图纹理的使用，点在三维世界的位置转换，三维世界顶点在二维屏幕的投影位置，鼠标怎样选中物体，贝塞尔曲线和曲面的应用等等一系列的问题进行研究，逐步模仿实现游戏世界的内容。虽然有很多内容网上都只言片语的提到过，但很少有系统来说的，这里我就我自己编程中遇到的问题和解决的办法汇总出来，仅供参考。

4、准备工作

我们这里还是选取VC6.0来创建工程，毕竟他对系统的要求不高，实现一些功能来说，简单容易上手，源码文件体积小，也更好分享一些。这里我们首先要准备一下OpenGL的运行库，除了VC6.0自带的运行库外，我们需要在网上下载一个很重要的OpenGL支持运行库，这里我已经准备好放在附件里了，大家可以直接下载使用。

后期我们在建立名称为World的工程文件夹后，需要对以上运行库进行以下处理，以便后期使用，具体步骤如下：

第一、把以上的运行库的GL文件夹直接放在工程的World目录下；
第二、把所有DLL后缀的文件直接放在工程的World目录下；
第三、把所有LIB后缀的文件拷贝到VC的安装路径（通常为Microsoft Visual Studio\VC98\Lib）下，如果提示文件重复是否需要覆盖，全部选择覆盖即可。

那么我们现在急需一个工程，并创建第一个窗口。

5、创建一个窗口

我们想制作一个游戏，首先必须得创建一个WINDOWS的窗口，我们先用VC创建一个最简单的窗口。就好比在学各种编程语言的时候都会创建一个基本的hello world示例程序一样，这样可以给我们的编程从感觉上带来简单容易上手的良好效果。

6、创建窗口的代码

这里我们没有使用网上众多采用的DOS窗口建立的运行环境，主要是那样的窗口给游戏设计带来的体验感较差，这里使用WINDOWS窗口更符合设计的需求。我们先建立一个World.cpp的源文件，将以下程序保存到文件，再用VC编译运行后就能产生一个简单的程序窗口。

这里窗口代码运行有错误提示（unresolved external symbol _main）的，请参照消灭星星游戏程序设计【连载一】——游戏窗口的创建中第6部分的解决办法。

//加载系统头文件#include "Windows.h"#include "Stdio.h"#include "Imm.h"#include "Math.h"#include "Time.h"#include "Winuser.h"#include "FStream.h"#include "IOStream.h"#include "MMSystem.h"//加载OPENGL头文件#include "gl/glu.h"#include "gl/glut.h"#include "gl/glaux.h"//加载链接库#pragma comment(lib,"glut.lib")#pragma comment(lib,"glaux.lib")#pragma comment(lib,"glu32.lib")#pragma comment(lib,"glut32.lib")#pragma comment(lib,"opengl32.lib")//加载链接库#pragma comment(lib,"winmm.lib")#pragma comment(lib,"user32.lib")#pragma comment(lib,"msimg32.lib")#pragma comment(lib,"imm32.lib")//加载自定义头文件#include	"Library\Library.h"//#include	"Game\Game.h"//#include	"Interface\Interface.h"//加载自定义头文件#include	"Library\Library.cpp"//#include	"Game\Game.cpp"//#include	"Interface\Interface.cpp"//全局句柄HWND			hWnd=NULL;HINSTANCE		hInstance=NULL;//消息处理模块LRESULT CALLBACK WndProc(HWND hWnd, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam)
{HDC hDC;switch (message){case WM_CREATE:return 0;case WM_PAINT:PAINTSTRUCT PS;	hDC=BeginPaint(hWnd,&PS);ReleaseDC(hWnd,hDC);				return 0;case WM_DESTROY:PostQuitMessage(0);return 0;}return DefWindowProc(hWnd,message,wParam,lParam);}//主函数int WINAPI WinMain(HINSTANCE hInstance,HINSTANCE hPrevInstance,PSTR szCmdLine,int iCmdShow)
{MSG		message;HWND	hWnd;CHAR	szAppName[]="World";//设置程序的样式WNDCLASS			WC;WC.style			= CS_HREDRAW|CS_VREDRAW;WC.lpfnWndProc		= WndProc;WC.cbClsExtra		= 0;WC.cbWndExtra		= 0;WC.hInstance		= hInstance;WC.hIcon			= LoadIcon(hInstance,IDI_APPLICATION);WC.hCursor			= LoadCursor(hInstance,IDC_ARROW);WC.hbrBackground	= (HBRUSH)GetStockObject(BLACK_BRUSH);WC.lpszMenuName		= NULL;WC.lpszClassName	= szAppName;if(!RegisterClass(&WC)){return 0;}//创建窗口hWnd=CreateWindow(szAppName,szAppName,WS_OVERLAPPEDWINDOW,CW_USEDEFAULT,CW_USEDEFAULT,CW_USEDEFAULT,CW_USEDEFAULT,NULL,NULL,hInstance,NULL);//赋值全局变量::hWnd=hWnd;::hInstance=hInstance;//显示更新窗口ShowWindow(hWnd,iCmdShow);UpdateWindow(hWnd);//消息循环while(GetMessage(&message,NULL,0,0)){TranslateMessage(&message);DispatchMessage(&message);}return message.wParam;}

7、3D屏幕的初始化

我们看到刚刚窗口跟平时建立的窗口没有什么区别，但是这样的窗口，目前现在还不能显示3d的物体，现在还只能像我们平时的应用程序显示文字和图片，但这并不是我们需要的，我们需要的是一个能够显示3d效果的窗口。我们需要给现实设备HDC进行初始化设置，我们通过一个SetPixelFormat(HDC hDC)函数进行设置操作，以便告诉系统我们要进行OpenGL的3d显示，在以上初始化完屏幕后，我们就可以显示3d物体了。

这里要注意：在以下添加代码前，必须完成本节第4部分的准备工作，将所有的库文件准备完毕，否则会提示出错。

//初始化OPENGL设置bool	SetPixelFormat(HDC hDC)
{HGLRC	hRC;GLuint	pixelformat;static PIXELFORMATDESCRIPTOR pfd=			// pfd Tells Windows How We Want Things To Be{sizeof(PIXELFORMATDESCRIPTOR),			// Size Of This Pixel Format Descriptor1,										// Version NumberPFD_DRAW_TO_WINDOW |					// Format Must Support WindowPFD_SUPPORT_OPENGL |					// Format Must Support OpenGLPFD_DOUBLEBUFFER,						// Must Support Double BufferingPFD_TYPE_RGBA,							// Request An RGBA Format16,										// Select Our Color Depth0, 0, 0, 0, 0, 0,						// Color Bits Ignored0,										// No Alpha Buffer0,										// Shift Bit Ignored0,										// No Accumulation Buffer0, 0, 0, 0,								// Accumulation Bits Ignored16,										// 16Bit Z-Buffer (Depth Buffer)0,										// No Stencil Buffer0,										// No Auxiliary BufferPFD_MAIN_PLANE,							// Main Drawing Layer0,										// Reserved0, 0, 0									// Layer Masks Ignored};if(!(pixelformat=ChoosePixelFormat(hDC,&pfd))){MessageBox(NULL,"Can't Find A Suitable PixelFormat.","ERROR",MB_OK|MB_ICONEXCLAMATION);return false;}if(!SetPixelFormat(hDC,pixelformat,&pfd)){MessageBox(NULL,"Can't Set The PixelFormat.","ERROR",MB_OK|MB_ICONEXCLAMATION);return false;}if(!(hRC=wglCreateContext(hDC))){MessageBox(NULL,"Can't Create A GL Rendering Context.","ERROR",MB_OK|MB_ICONEXCLAMATION);return false;}if(!(wglMakeCurrent(hDC,hRC))){MessageBox(NULL,"Can't Activate The GL Rendering Context.","ERROR",MB_OK|MB_ICONEXCLAMATION);return false;}//初始化OPENGL窗口if(true){glShadeModel(GL_SMOOTH);glClearColor(0.0f,0.0f,0.0f,1.0f);glClearDepth(1.0f);glEnable(GL_DEPTH_TEST);glDepthFunc(GL_LEQUAL);glHint(GL_PERSPECTIVE_CORRECTION_HINT,GL_NICEST);}return true;}

随后，我们只需要在程序初始化消息WndProc函数中对屏幕进行初始化，既可以完成3d窗口的设置，开启我们的3d编程之旅。

	case WM_CREATE:hDC=GetDC(hWnd);SetPixelFormat(hDC);ReleaseDC(hWnd,hDC);return 0;

8、显示第一个3D物体

设置好以上显示模式后，我们就行可以开始显示3D物体了。我们需要在消息处理函数WndProc中对WM_PAINT的处理添加我们的显示内容。

	case WM_PAINT:PAINTSTRUCT PS;	hDC=BeginPaint(hWnd,&PS);......//在此处添加3D显示设置及内容......ReleaseDC(hWnd,hDC);				return 0;

接下来，我们在以上待添加3D显示设置及内容的地方添加显示代码如下：

		//显示3d世界内容if(true){//获取窗口大小RECT tempClientRect;GetClientRect(hWnd,&tempClientRect);//初始化3D视角glMatrixMode(GL_PROJECTION);glLoadIdentity();gluPerspective(45,(float)tempClientRect.right/(float)tempClientRect.bottom,0.01f,1000.0f);glMatrixMode(GL_MODELVIEW);glLoadIdentity();//设置用户眼睛视角，展示壮观的三维世界从这里开始gluLookAt(10.0f,10.0f,10.0f,0.0f,0.0f,0.0f,0.0f,1.0f,0.0f);//进行初始化设置，清除屏幕glEnable(GL_DEPTH_TEST);glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT);//开始用户自定义绘图if(true){//设定颜色glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f);//显示立方体glutSolidCube(3.0f);}//结束用户自定义绘图并显示到屏幕上glFlush();SwapBuffers(hDC);	}

小结

通过以上操作，我们已经生成了第一个Windows窗口下的OpenGL程序，在窗口的正中央显示了一个正方体，当然这个正方体是从45度视角向下观察的结果，我们后期还会给正方体各个面添加不同的颜色，这样立方体才能更加逼真。但作为OpengGL编程的第一节内容，能够实现一个3D物体，已经达到了我们的目的。随着后期内容的添加，我们将探索更多、更神奇的功能效果。

立方体的显示效果如下：

运行源码见附近。