資料來源：http://eyehere.net/2011/learn-opengl-3d-by-pyopengl-4/
用PyOpenGL叩開3D的心扉——OpenGL全解析（4）
星期日, 6. 十一月2011
圖元
上一次，我們有了一個足夠3D的程序了，雖然很漂亮，但是那個茶壺並不是我們畫出來的，glut帶給我們的便利而已。從現在開始我們就得自己動手豐衣足食了，為了達到這一點，我們得再了解一些OpenGL的一些知識。
如右圖所示，你必須知道構成我們3D圖像的最小單位，它們往往被稱為圖元。- 點，在OpenGL中，這是最基本的圖元，比如說圖中紅色的那個點。
- 線，比如左圖中粉色的那根。我們可以看到，兩個點定一條線，不過從一個點上可以發射出任意多的線，所以點和線的數量關係並不是確定的。
- 多邊形是最為複雜的圖元，比如左圖的黃色梯形。和數學中的多邊形含義是一樣的。
在標準OpenGL中，既然稱為多邊形，自然不一定是四個邊，可以是任意，標準OpenGL中還有一個專門的矩形繪圖函數glRect*，不過在OpenGL ES中，多邊形就是指三角形，出於各種考慮，不支持更複雜的多邊形。
觀察左邊的圖像，這是一個球形，不過每一個小多邊形都是平面，這麼一個個的小平面，最終組成了球面。這是一個非常重要的概念，在計算機圖像中，曲線和曲面是非常難表示的，真正的數學概念上的“圓”，相鄰的三個點不在一條直線上，球也類似。但是如果在計算機上這麼處理的話，代價太大了，所以我們總是把一個光滑的線和麵分解成多個斷線或小平面，就好像一個看台，遠看是圓形的，但是實際上是由一塊塊的磚拼成的。當然這是比較一般的做法，OpenGL也有真正意義上的曲線曲面的表示方法，比如如雷貫耳的“貝塞爾曲線/面”，這個是比較高級的話題，再議。
如上圖，一個球形由不同數量的平面組成時的狀況，下面的數字標示圍繞一周的多邊形的數量，也就是上面和下面頂點發散出三角形的數量，如果給個名詞的話，我們可以叫它“段”。我們可以看到，當段數為32的時候，很漂亮的球形；16的時候，還行，能分辨出這是球形；8的時候就有些丟人了；而沒人會把段數為4的那個物體叫球體，叫水晶體才能接受。
繪製圖元
因為點是最為基礎的圖元，我們得首先了解它：
glVertex(x, y[, z[, w]])
我們最多可以使用4個參數，一般2D的用兩個，形式為glVertex2f(x, y)；3D的用三個，自然就是glVertex3f(x, y, z)；w在我們用到的時候再說。
那麼畫點是不是就調用這個函數就可以了呢？雖然差不多但可惜實際不完全是，這裡有一個初學者感到很困惑的東西再裡頭，OpenGL所有的繪圖指令，都必須包含在glBegin()和glEnd()之間！為什麼要這樣？glBegin()的參數告訴OpenGL這些點最終的繪製方法，如果單純是畫點GL_POINTS，這畫三個點就是孤立的畫出來，如果是其他的比如多邊形GL_POLYGON，那麼畫三個點結果就是組成一個三角形。雖然繪製點的方法完全一樣，因為給的參數不同而導致了不同的結果。glBegin()提供的圖元繪圖方式如下：
| 參數 | 含義 |
|---|---|
GL_POINTS | 單個頂點集 |
GL_LINES | 線段 |
GL_LINE_STRIP | 不閉合的連續線段 |
GL_LINE_LOOP | 閉合的線段 |
GL_POLYGON | 多邊形 |
GL_TRAINGLES | 獨立三角形 |
GL_TRAINGLE_STRIP | 三角形串，線性連續 |
GL_TRAINGLE_FAN | 三角形串，扇狀連續 |
GL_QUADS | 獨立四邊形 |
GL_QUAD_STRIP | 四邊形串 |
很明顯，這樣說，原來理解的人都要迷糊半天，所以“一圖胜千言”來了，請參考下圖理解，
如果還有有些疑惑，可以使用下面的程序，修改加深理解。
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| from OpenGL.GL import *from OpenGL.GLU import *from OpenGL.GLUT import *def init(): glClearColor( 0.0 , 0.0 , 0.0 , 1.0 ) gluOrtho2D( - 1.0 , 1.0 , - 1.0 , 1.0 )def drawFunc(): glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT) glBegin(GL_LINES) glVertex2f( - 1.0 , 0.0 ) glVertex2f( 1.0 , 0.0 ) glVertex2f( 0.0 , 1.0 ) glVertex2f( 0.0 , - 1.0 ) glEnd() glPointSize( 5.0 ) glBegin(GL_POINTS) glColor3f( 1.0 , 0.0 , 0.0 ) glVertex2f( 0.3 , 0.3 ) glColor3f( 0.0 , 1.0 , 0.0 ) glVertex2f( 0.6 , 0.6 ) glColor3f( 0.0 , 0.0 , 1.0 ) glVertex2f( 0.9 , 0.9 ) glEnd() glColor3f( 1.0 , 1.0 , 0 ) glBegin(GL_QUADS) glVertex2f( - 0.2 , 0.2 ) glVertex2f( - 0.2 , 0.5 ) glVertex2f( - 0.5 , 0.5 ) glVertex2f( - 0.5 , 0.2 ) glEnd() glColor3f( 0.0 , 1.0 , 1.0 ) glPolygonMode(GL_FRONT, GL_LINE) glPolygonMode(GL_BACK, GL_FILL) glBegin(GL_POLYGON) glVertex2f( - 0.5 , - 0.1 ) glVertex2f( - 0.8 , - 0.3 ) glVertex2f( - 0.8 , - 0.6 ) glVertex2f( - 0.5 , - 0.8 ) glVertex2f( - 0.2 , - 0.6 ) glVertex2f( - 0.2 , - 0.3 ) glEnd() glPolygonMode(GL_FRONT, GL_FILL) glPolygonMode(GL_BACK, GL_LINE) glBegin(GL_POLYGON) glVertex2f( 0.5 , - 0.1 ) glVertex2f( 0.2 , - 0.3 ) glVertex2f( 0.2 , - 0.6 ) glVertex2f( 0.5 , - 0.8 ) glVertex2f( 0.8 , - 0.6 ) glVertex2f( 0.8 , - 0.3 ) glEnd() glFlush()glutInit()glutInitDisplayMode(GLUT_RGBA|GLUT_SINGLE)glutInitWindowSize( 400 , 400 )glutCreateWindow( "Sencond" )glutDisplayFunc(drawFunc)init()glutMainLoop() |
運行結果如右圖：
分割線：
由12~17行繪製的，這裡我們沒有指定顏色，所以使用OpenGL默認的顏色系統，即前景白色，背景黑色。
右上區域：
由19~27繪製，
glPointSize(5.0)指明每個點的大小為5個像素（否則默認是一個像素看不清楚，當然不是必要的）。而glColor3f(R, G, B)指定了繪製的顏色，這裡的RGB都是0~1之間的浮點數，注意這裡的排布，glColorx是可以放在glBegin()和glEnd()裡面的，而glPointSize()則不是。這裡簡單畫了三個不同顏色的點。
左上區域：
我們使用GL_QUADS畫了一個黃色的矩形，很簡單，看起來沒有什麼特別要說明的。真的如此麼？我們畫了幾個點，指定矩形，但是注意到了麼，這個矩形是填充的。也就是說，OpenGL在默認情況下，會填充我們畫出來的圖形。如何不填充？
下區域：
下面兩個圖案請合起來看，這兩個圖形是完全一樣的，代碼分別為左（37~47）和右(49~58)，坐標就是一個正一個負而已，唯一不同的是這裡
glPolygonMode(GL_FRONT, GL_LINE)
glPolygonMode(GL_BACK, GL_FILL)
和
glPolygonMode(GL_FRONT, GL_FILL)
glPolygonMode(GL_BACK, GL_LINE)
這個是什麼意思呢？
看看上面解釋各種參數的圖，我們可以看到這裡面的箭頭都是逆時針繪製的，這裡面是有原因的——“這個世界上沒有偶然，有的只有必然”，OpenGL中，每一個面都有正面和反面，這很容易理解，就好像硬幣的兩面一樣。默認情況下，頂點逆時針的那一面，在OpenGL中為正面，當然我們可以更改這種設置，不過何必呢？
glPolygonMode()指定瞭如何繪製面的方式，GL_LINE為只畫線，GL_FILL則是默認的填充。觀察一下代碼和結果，是否很不錯呢？
不過這不是我想說的重點，我們把渲染理解成在面上塗油漆，那麼，如果六個面組成了一個盒子，我們給這個盒子上色的時候，一般就是把外面塗一遍就好了，裡面都刷豈不是浪費油漆浪費時間？這樣一個樸素的道理，在OpenGL裡也是適用的，立體的物體都是由面組成的，很多情況下是封閉的，小到球、盒子，大到人體，就是由面組成的閉合物體。
我們可以告訴OpenGL，反面就不要渲染了，這叫“ 剔除（Cull)”使用glCullFace()可以做到這一點，接受的參數為GL_FRONT , GL_BACK , GL_FRONT_AND_BACK，意義的話，一目了然。這裡先建立一個概念，具體不過必須要先啟用glEnable(GL_CULL_FACE)，我們會在用到的時候再詳細說明。
PyOpenGL的安裝
這裡才講述PyOpenGL的安裝有些不應該了，我原以為使用這個東西的人應該會很容易裝上，不過既然是“入門教程”，應該想到還是有不少剛剛入門的朋友在，講一下比較好。
首先PyOpenGL的官方網站，是依附於sourceforge的（好窮啊），網址是http://pyopengl.sourceforge.net/，上面有最新的下載的地址，舉個例子http://pypi.python.org /pypi/PyOpenGL/3.0.1，這裡面有三個文件PyOpenGL-3.0.1.tar.gz和PyOpenGL-3.0.1.zip是一回事，都是源碼，如果你不是Windows，那麼就需要下載這個編譯安裝，如果是的話，就下載PyOpenGL-3.0.1.win32.exe安裝，注意這個是32位的。
雖然我的Windows是64位的，Python也有64位的版本，但是Python很多庫都是32位的，所以我安裝的Python也是32位的，減少了很多麻煩，否則很多時候就是裝上能用，也會出現莫名其妙的問題。
至於Linux等，easy_install是個安裝Python庫很不錯的選擇，當然直接下載源代碼python setup.py也很簡單有效，這些通用的方法，我就不多講了，不明白的請自己google一下。
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