显示列表

这次我将教你如何使用显示列表，显示列表将加快程序的速度，而且可以减少代码的长度。

当你在制作游戏里的小行星场景时，每一层上至少需要两个行星，你可以用OpenGL中的多边形来构造每一个行星。聪明点的做法是做一个循环，每个循环画出行星的一个面，最终你用几十条语句画出了一个行星。每次把行星画到屏幕上都是很困难的。当你面临更复杂的物体时你就会明白了。

那么，解决的办法是什么呢？用显示列表，你只需要一次性建立物体，你可以贴图，用颜色，想怎么弄就怎么弄。给显示列表一个名字，比如给小行星的显示列表命名为“asteroid”。现在，任何时候我想在屏幕上画出行星，我只需要调用glCallList(asteroid)。之前做好的小行星就会立刻显示在屏幕上了。因为小行星已经在显示列表里建造好了，OpenGL不会再计算如何构造它。它已经在内存中建造好了。这将大大降低CPU的使用，让你的程序跑的更快。

那么，开始学习咯。我称这个DEMO为Q-Bert显示列表。最终这个DEMO将在屏幕上画出15个立方体。每个立方体都由一个盒子和一个顶构成，顶部是一个单独的显示列表，盒子没有顶。

这一课是建立在第六课的基础上的，我将重写大部分的代码，这样容易看懂。下面的这些代码在所有的课程中差不多都用到了。

NeHeWidget类

（由nehewidget.h展开。）

class NeHeWidget : public QGLWidget
{
    Q_OBJECT

public:
    
  NeHeWidget( QWidget* parent = 0, const char* name = 0, bool fs = false );
  ~NeHeWidget();

protected:

  void initializeGL();
  void paintGL();
  void resizeGL( int width, int height );
  
  void keyPressEvent( QKeyEvent *e );
  void loadGLTextures();
  void buildLists();

这个是建立显示列表的函数。

protected:

  bool fullscreen;
  
  GLfloat xRot, yRot, zRot;
  GLuint box, top;

这里是两个用来存放显示列表的指针。

  GLuint xLoop, yLoop;

这里是两个表示立方体位置的变量。

  GLuint texture[1];
};

（由nehewidget.cpp展开。）

static GLfloat boxcol[5][3] =
{
  { 1.0, 0.0, 0.0 },
  { 1.0, 0.5, 0.0 },
  { 1.0, 1.0, 0.0 },
  { 0.0, 1.0, 0.0 },
  { 0.0, 1.0, 1.0 }
};

static GLfloat topcol[5][3] =
{
  { 0.5, 0.0, 0.0 },
  { 0.5, 0.25, 0.0 },
  { 0.5, 0.5, 0.0 },
  { 0.0, 0.5, 0.0 },
  { 0.0, 0.5, 0.5 }
};

这里是两个颜色数组。

NeHeWidget::NeHeWidget( QWidget* parent, const char* name, bool fs )
    : QGLWidget( parent, name )
{
  xRot = yRot = zRot = 0.0;
  box = top = 0;
  
  xLoop = yLoop = 0;

  fullscreen = fs;
  setGeometry( 0, 0, 640, 480 );
  setCaption( "NeHe's Display List Tutorial" );

  if ( fullscreen )
    showFullScreen();
}

我们需要在构造函数中给各个变量赋初值。

void NeHeWidget::loadGLTextures()
{
  QImage tex, buf;
  if ( !buf.load( "./data/Cube.bmp" ) )
  {
    qWarning( "Could not read image file, using single-color instead." );
    QImage dummy( 128, 128, 32 );
    dummy.fill( Qt::green.rgb() );
    buf = dummy;
  }
  tex = QGLWidget::convertToGLFormat( buf );
  
  glGenTextures( 1, &texture[0] );
  
  glBindTexture( GL_TEXTURE_2D, texture[0] );
  glTexParameteri( GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR );
  glTexParameteri( GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR );
  glTexImage2D( GL_TEXTURE_2D, 0, 3, tex.width(), tex.height(), 0,
      GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, tex.bits() );
}

loadGLTextures()函数就是用来载入纹理的。

贴图纹理的代码和之前教程里的代码是一样的。我们需要一个可以贴在立方体上的纹理。我决定使用mipmapping处理让纹理看上去光滑，因为我讨厌看见像素点。纹理的文件名是“Cube.bmp”，存放在data目录下。

void NeHeWidget::buildLists()
{
  box = glGenLists( 2 );

开始的时候我们告诉OpenGL我们要建立两个显示列表。glGenLists(2)建立了两个显示列表的空间，并返回第一个显示列表的指针。“box”指向第一个显示列表，任何时候调用“box”第一个显示列表就会显示出来。

现在开始构造第一个显示列表。我们已经申请了两个显示列表的空间了，并且有box指针指向第一个显示列表。所以现在我们应该告诉OpenGL要建立什么类型的显示列表。

  glNewList( box, GL_COMPILE );

我们用glNewList()命令来做这个事情。你一定注意到了box是第一个参数，这表示OpenGL将把列表存储到box所指向的内存空间。第二个参数GL_COMPILE告诉OpenGL我们想预先在内存中构造这个列表，这样每次画的时候就不必重新计算怎么构造物体了。

GL_COMPILE类似于编程。在你写程序的时候，把它装载到编译器里，你每次运行程序都需要重新编译。而如果它已经编译成了.exe文件，那么每次你只需要点击那个.exe文件就可以运行它了，不需要编译。当OpenGL编译过显示列表后，就不需要再每次显示的时候重新编译它了。这就是为什么用显示列表可以加快速度。

你可以在glNewList()和glEngList()中间加上任何你想加上的代码。可以设置颜色，贴图等等。唯一不能加进去的代码就是会改变显示列表的代码。显示列表一旦建立，你就不能改变它。

比如你想加上glColor3ub( rand()%255, rand()%255, rand()%255 )，使得每一次画物体时都会有不同的颜色。但因为显示列表只会建立一次，所以每次画物体的时候颜色都不会改变。物体将会保持第一次建立显示列表时的颜色。如果你想改变显示列表的颜色，你只有在调用显示列表之前改变颜色。后面将详细解释这一点。

  glBegin( GL_QUADS );

这部分的代码画出一个没有顶部的盒子，它不会出现在屏幕上，只会存储在显示列表里。

    glNormal3f( 0.0, -1.0, 0.0 );
    glTexCoord2f( 1.0, 1.0 ); glVertex3f( -1.0, -1.0, -1.0 );
    glTexCoord2f( 0.0, 1.0 ); glVertex3f(  1.0, -1.0, -1.0 );
    glTexCoord2f( 0.0, 0.0 ); glVertex3f(  1.0, -1.0,  1.0 );
    glTexCoord2f( 1.0, 0.0 ); glVertex3f( -1.0, -1.0,  1.0 );

    glNormal3f( 0.0, 0.0, 1.0 );
    glTexCoord2f( 0.0, 0.0 ); glVertex3f( -1.0, -1.0,  1.0 );
    glTexCoord2f( 1.0, 0.0 ); glVertex3f(  1.0, -1.0,  1.0 );
    glTexCoord2f( 1.0, 1.0 ); glVertex3f(  1.0,  1.0,  1.0 );
    glTexCoord2f( 0.0, 1.0 ); glVertex3f( -1.0,  1.0,  1.0 );

    glNormal3f( 0.0, 0.0, -1.0 );
    glTexCoord2f( 1.0, 0.0 ); glVertex3f( -1.0, -1.0, -1.0 );
    glTexCoord2f( 1.0, 1.0 ); glVertex3f( -1.0,  1.0, -1.0 );
    glTexCoord2f( 0.0, 1.0 ); glVertex3f(  1.0,  1.0, -1.0 );
    glTexCoord2f( 0.0, 0.0 ); glVertex3f(  1.0, -1.0, -1.0 );

    glNormal3f( 1.0, 0.0, 0.0 );
    glTexCoord2f( 1.0, 0.0 ); glVertex3f(  1.0, -1.0, -1.0 );
    glTexCoord2f( 1.0, 1.0 ); glVertex3f(  1.0,  1.0, -1.0 );
    glTexCoord2f( 0.0, 1.0 ); glVertex3f(  1.0,  1.0,  1.0 );
    glTexCoord2f( 0.0, 0.0 ); glVertex3f(  1.0, -1.0,  1.0 );

    glNormal3f( -1.0, 0.0, 0.0 );
    glTexCoord2f( 0.0, 0.0 ); glVertex3f( -1.0, -1.0, -1.0 );
    glTexCoord2f( 1.0, 0.0 ); glVertex3f( -1.0, -1.0,  1.0 );
    glTexCoord2f( 1.0, 1.0 ); glVertex3f( -1.0,  1.0,  1.0 );
    glTexCoord2f( 0.0, 1.0 ); glVertex3f( -1.0,  1.0, -1.0 );
  glEnd();
  
  glEndList();

用glEngList()命令，我们告诉OpenGL我们已经完成了一个显示列表。在glNewList()和glEngList()之间的任何东西就是显示列表的一部分。

  top = box + 1;

现在我们来建立第二个显示列表。在上一个显示列表的指针上加1，就得到了第二个显示列表的指针。第二个显示列表的指针命名为“top”。

  glNewList( top, GL_COMPILE );
  
  glBegin( GL_QUADS );

这部分代码画出盒子的顶部。

    glNormal3f( 0.0, 1.0, 0.0 );
    glTexCoord2f( 0.0, 1.0 ); glVertex3f( -1.0,  1.0, -1.0 );
    glTexCoord2f( 0.0, 0.0 ); glVertex3f( -1.0,  1.0,  1.0 );
    glTexCoord2f( 1.0, 0.0 ); glVertex3f(  1.0,  1.0,  1.0 );
    glTexCoord2f( 1.0, 1.0 ); glVertex3f(  1.0,  1.0, -1.0 );
  glEnd();
  
  glEndList();

然后告诉OpenGL第二个显示列表建立完毕。

void NeHeWidget::initializeGL()
{
  loadGLTextures();
  buildLists();

请注意代码的顺序，先读入纹理，然后建立显示列表，这样当我们建立显示列表的时候就可以将纹理贴到立方体上了。

  glEnable( GL_TEXTURE_2D );
  glShadeModel( GL_SMOOTH );
  glClearColor( 0.0, 0.0, 0.0, 0.5 );
  glClearDepth( 1.0 );
  glEnable( GL_DEPTH_TEST );
  glDepthFunc( GL_LEQUAL );
  glEnable( GL_LIGHT0 );
  glEnable( GL_LIGHTING );
  glEnable( GL_COLOR_MATERIAL );

上面的三行使灯光有效。Light0一般来说是在显卡中预先定义过的，如果Light0不工作，把下面那行注释掉好了。

最后一行的GL_COLOR_MATERIAL使我们可以用颜色来贴纹理。如果没有这行代码，纹理将始终保持原来的颜色，glColor3f( r, g, b )就没有用了。总之这行代码是很有用的。

  glHint( GL_PERSPECTIVE_CORRECTION_HINT, GL_NICEST );

最后，设置投影校正。

现在来看绘画的代码。对数学我从来都是很头大的，没有sin，没有cos，但仍然看起来很奇怪（相信读者不会觉得头大）。首先，按惯例，清除屏幕和深度缓冲。

然后捆绑纹理到立方体上（我知道捆绑这个词不太专业，但是……）。可以将这行放在显示列表里，但放在外边，就可以在任何时候修改它。

void NeHeWidget::paintGL()
{
  glClear( GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT );
  glBindTexture( GL_TEXTURE_2D, texture[0] );

现在到了真正有趣的地方了。用一个循环，循环变量用于改变Y轴位置，在Y轴上画5个立方体，所以用从1到5的循环。

  for ( yLoop = 1; yLoop < 6; yLoop++ )
  {

另外用一个循环，循环变量用于改变X轴位置。每行上的立方体数目取决于行数，所以循环方式如下。

    for ( xLoop = 0; xLoop < yLoop; xLoop++ )
    {

下边的代码是移动和旋转当前坐标系到需要画出立方体的位置。（原文有很罗嗦的一大段，相信大家的数学功底都不错，就不翻译了）

      glLoadIdentity();
      glTranslatef( 1.4 + (float(xLoop) * 2.8) - (float(yLoop) * 1.4),
          ( (6.0 - (float(yLoop)) ) * 2.4 ) - 7.0, -20.0 );
      glRotatef( 45.0 - (2.0 * yLoop) + xRot, 1.0, 0.0, 0.0 );
      glRotatef( 45.0 + yRot, 0.0, 1.0, 0.0 );

然后在正式画盒子之前设置颜色。每个盒子用不同的颜色。

      glColor3fv( boxcol[yLoop-1] );

好了，颜色设置好了。现在需要做的就是画出盒子。不用写出画多边形的代码，只需要用glCallList(box)命令调用显示列表。盒子将会用glColor3fv()所设置的颜色画出来。

      glCallList( box );

然后用另外的颜色画顶部。搞定。

      glColor3fv( topcol[yLoop-1] );
      glCallList( top );
    }
  }
}

void NeHeWidget::keyPressEvent( QKeyEvent *e )
{
  switch ( e->key() )
  {
  case Qt::Key_Up:
    xRot -= 0.2;
    updateGL();
    break;
  case Qt::Key_Down:
    xRot += 0.2;
    updateGL();
    break;
  case Qt::Key_Left:
    yRot -= 0.2;
    updateGL();
    break;
  case Qt::Key_Right:
    yRot += 0.2;
    updateGL();
    break;
  case Qt::Key_F2:
    fullscreen = !fullscreen;
    if ( fullscreen )
    {
      showFullScreen();
    }
    else
    {
      showNormal();
      setGeometry( 0, 0, 640, 480 );
    }
    update();
    break;
  case Qt::Key_Escape:
    close();
  }
}

上面就是键盘控制，用上下左右键来控制立方体的运动。

本课程的源代码。

[上一课：旗的效果（波动纹理）] [Qt OpenGL教程主页]