游戏引擎从零开始(5)-窗口&显示

前言

终于，到了可以看到界面的阶段了。

基于glad和GLFW来构建渲染上屏的功能。

我们熟悉的OpenGL只是一套图形标准，GL版本众多，函数的地址无法在编译时确定下来，需要运行时查询，寻址的方法和平台相关。

比如在Windows平台上申请一段buffer的操作如下，代码显的很冗余。每个GL的API调用都如此，会有大量的重复的逻辑。

c++ 复制代码

// 定义函数原型
typedef void (*GL_GENBUFFERS) (GLsizei, GLuint*);
// 找到正确的函数并赋值给函数指针
GL_GENBUFFERS glGenBuffers  = (GL_GENBUFFERS)wglGetProcAddress("glGenBuffers");
// 现在函数可以被正常调用了
GLuint buffer;
glGenBuffers(1, &buffer);

这里引入glad库解决这个问题

引入glad

glad是一个开源库，解决OpenGL API查询的繁琐问题。

进入glad官网： glad.dav1d.de/

选择需要的版本，配置好

选择Generate a loader，点击generate，下载glad.zip，里面有头文件和cpp源码

将头文件目录copy到工程Platform下，glad.h放到Windows下

更新引擎CMake文件，Hazel/CMakeLists.txt：

bash 复制代码

# 添加glad的头文件和源码
set(SRC_LIST
        ...
        src/Hazel/glad.c
        )

# 添加源码
target_include_directories(${PROJECT_NAME} PUBLIC
        ...
        src/Hazel/Platform/include
        )

注意!target_include_directories方法里要设置成PUBLIC，如果设置成PRIVATE，则引擎中include的头文件无法传递给业务方，即Sanbox访问不到这里include的头文件。

OK！glad配置好了，我们接着配置GLFW

GLFW配置

OpenGL可以看成是一套基于GPU API的数学计算工具，但是并不能和屏幕设备打交道。

需要引入专门的处理窗口的工具-GLFW，类似的工具层还有SDL、Android平台的EGL、苹果平台的EAGL。

GLFW是开源的、多平台库，支持OpenGL、GLes、Vulkan开发，用简单的API就能创建windows、contexts和surfaces，还支持输入事件的处理。

有多种GLFW的配置方法，这里讲一种我使用的，相对简单、通用的。

下载GLFW

进入根目录执行命令，下载GLFW到vendor目录，你也可以进入glfw官网手动下载。这里采用submodule的方式组织第三方库，将三方库从引擎工程总剥离，工程更简洁清爽。

bash 复制代码

git submodule add https://github.com/TheCherno/glfw Sandbox/Hazel/vendor/GLFW

.gitmodules自动增加了一项GLFW配置

ini 复制代码

[submodule "Sandbox/Hazel/vendor/GLFW"]
	path = Sandbox/Hazel/vendor/GLFW
	url = https://github.com/TheCherno/glfw

CMake中更新GLFW配置

我们下载的是源码，需要参与编译

bash 复制代码

# 编译子项目 GLFW
add_subdirectory(vendor/GLFW)

# 链接glfw库
target_link_libraries(${PROJECT_NAME}  glfw)

# 增加glfw include地址
target_include_directories(${PROJECT_NAME} PUBLIC
        ...
        vendor/GLFW/include
        )

OK!窗口相关的环境配置好了，进入正式的编码环节了

Window抽象与实现

设计一个基类Window，抽象出窗口的基本属性和接口，再派生出Windows平台的窗口类WindowsWindow，当然还可能有其他的平台，我们暂不实现。

WindowProps：描述窗口宽高、title等属性
OnUpdate()：每次tick的时候更新
GetWidth()、GetHeight()：获取宽高
SetEventCallback()：设置事件处理的回调，需要设置进GLFW
SetVsync()：设置强制同步
IsVSync()：查询是否强制同步

声明一个静态的创建Window的函数：

static Window* Create();

由各个具体的平台去实现，在Application层调用。

完整代码如下： Haze./src/Hazel/Core/Window.h

c++ 复制代码

#ifndef SANBOX_WINDOW_H
#define SANBOX_WINDOW_H

#include "../Core.h"
#include "Event.h"

namespace Hazel {
    struct WindowProps {
        std::string Title;
        unsigned int Width;
        unsigned int Height;
        
        // 默认参数需要手动转成(std::string&)类型
        WindowProps(const std::string& title = (std::string&)("Hazel Engine"),
                    unsigned int width = 1280,
                    unsigned int height = 720)
                    : Title(title), Width(width), Height(height) {
        }

    };

    class Window {
    public:
        using EventCallbackFn = std::function<void(Event&)>;
        virtual ~Window() = default;
        virtual void OnUpdate() = 0;
        virtual unsigned int GetWidth() const = 0;
        virtual unsigned int GetHeight() const = 0;

        // Window attributes
        virtual void SetEventCallback(const EventCallbackFn& callback) = 0;
        virtual void SetVSync(bool enabled) = 0;
        virtual bool IsVSync() const = 0;

        static Window* Create(const WindowProps& props = WindowProps());
    };

}

#endif //SANBOX_WINDOW_H

Windows下的Window实现

这里基于OpenGL实现的，其实也是跨平台的，如果后面切换成directX，则就真的是Windows平台独有的。

在Hazel/src/Hazel/Platform/Windows目录下新建WindowsWindow.h WindowsWindow.cpp文件

这两个文件可以参考我提交的代码WindowsWindow.h、WindowsWindow.cpp

里面实现了Windows中定义的虚函数。不做过多解释，需要注意的几点：

WindowsWindow类封装了GLFWwindow，这是真实的窗口
glad会和GLFW冲突，需要将glad放到GLFW前面include

c++ 复制代码

#include "Window.h"
#include <glad/glad.h>
#include <GLFW/glfw3.h>

glfw的使用不同的平台上有点区别,mac上需要额外加一行代码兼容

c++ 复制代码

glfwInit();
glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3);
glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 3);
glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);
#ifdef __APPLE__
glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_FORWARD_COMPAT, GL_TRUE);
#endif

glad初始化要放到glfwMakeContextCurrent调用之后

c++ 复制代码

glfwMakeContextCurrent(m_Window);
glfwSetWindowUserPointer(m_Window, &m_Data);

垂直同步 SetVSync(true)调用了glfwSwapInterval(1)，表示只有窗口缓冲中数据更新了才swap数据上屏，否则每次都会进行swap上屏操作。

c++ 复制代码

void WindowsWindow::SetVSync(bool enabled) {
    if (enabled) {
        glfwSwapInterval(1);
    } else {
        glfwSwapBuffers(0);
    }
    m_Data.VSync = enabled;
}

Application中增加窗口

在Application构造函数中创建窗口，在Run函数中更新窗口

别的地方不需要持有Window，我们用unique_ptr智能指针包装Window.

在Run的While循环中，调用m_Window->OnUpdate()，这里我们绘制一个空白的窗口，背景颜色设置为绿色

c++ 复制代码

#include "Application.h"
#include "ApplicationEvent.h"
#include "Log.h"
#include <glad/glad.h>

namespace Hazel{
    Application::Application() {
        m_Window = std::unique_ptr<Window>(Window::Create());
    }


    void Application::Run() {
        ...
        while(m_Running) {
            glClearColor(0, 1, 0, 1);
            glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
            m_Window->OnUpdate();
        }
    }

}

没问题的话，你应该能看到一个纯绿色的窗口

OK!总算迈进了一大步~~

这章节完整代码参考：窗口抽象与实现