嵌入式Linux（SOC带GPU树莓派）无窗口系统下搭建 OpenGL ES + Qt 开发环境，并绘制旋转金字塔

树莓派无窗口系统下搭建 OpenGL ES + Qt 开发环境，并绘制旋转金字塔

1. 安装 OpenGL ES 开发环境

运行以下命令安装所需的 OpenGL ES 开发工具和库：

sudo apt install cmake mesa-utils libegl1-mesa-dev libgles2-mesa-dev libdrm-dev libgbm-dev

2. 安装 Qt 开发环境

安装 Qt 的核心开发库：

sudo apt install -y qtbase5-dev qtchooser qt5-qmake qtbase5-dev-tools qtdeclarative5-dev qml-module-qtquick2

3. 配置 Qt 使用 EGL 和 GBM（无窗口模式）

使用 EGLFS（EGL Fullscreen）插件

EGLFS 插件可以在没有窗口管理器的环境下直接使用 OpenGL 渲染。

确认系统支持 EGLFS：
```
ls /usr/lib/arm-linux-gnueabihf/qt5/plugins/platforms/libqeglfs.so
```
如果存在 libqeglfs.so，表示系统支持 EGLFS。

设置环境变量启用 EGLFS：

export QT_QPA_PLATFORM=eglfs

使用 GBM 后台支持：

export QT_QPA_EGLFS_INTEGRATION=eglfs_kms

或者切换到 Framebuffer（可选）：

export QT_QPA_PLATFORM=linuxfb

4. 编写并运行 Qt 项目代码

创建项目目录和文件

mkdir qt-opengl-example
cd qt-opengl-example

main.cpp：

#include <QApplication>
#include <QMainWindow>
#include "openglwidget.h"

int main(int argc, char *argv[]) {
    QApplication app(argc, argv);

    QMainWindow window;
    OpenGLWidget *widget = new OpenGLWidget();
    window.setCentralWidget(widget);
    window.setWindowTitle("OpenGL ES Rotating Pyramid");
    window.resize(800, 600);
    window.show();

    return app.exec();
}

openglwidget.h：

#ifndef OPENGLWIDGET_H
#define OPENGLWIDGET_H

#include <QOpenGLWidget>
#include <QOpenGLFunctions>
#include <QTimer>

class OpenGLWidget : public QOpenGLWidget, protected QOpenGLFunctions
{
    Q_OBJECT

public:
    explicit OpenGLWidget(QWidget *parent = nullptr);
    ~OpenGLWidget();

protected:
    void initializeGL() override;
    void resizeGL(int w, int h) override;
    void paintGL() override;
    void timerEvent(QTimerEvent *event) override;

private:
    float rotationAngle;
};

#endif // OPENGLWIDGET_H

openglwidget.cpp：

#include "openglwidget.h"
#include <QOpenGLShaderProgram>
#include <QOpenGLBuffer>
#include <QOpenGLVertexArrayObject>
#include <QMatrix4x4>
#include <QtMath>

OpenGLWidget::OpenGLWidget(QWidget *parent) :
    QOpenGLWidget(parent), rotationAngle(0.0f)
{
    setAutoFillBackground(false);  // 不自动填充背景，交给OpenGL渲染
    startTimer(10);// 启动定时器，每隔0.01秒触发
}

OpenGLWidget::~OpenGLWidget()
{
}

void OpenGLWidget::initializeGL()
{
    initializeOpenGLFunctions();
    glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);  // 设置清屏颜色
    glEnable(GL_DEPTH_TEST);  // 启用深度测试
}

void OpenGLWidget::resizeGL(int w, int h)
{
    glViewport(0, 0, w, h);
}

void OpenGLWidget::paintGL()
{
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);  // 清除颜色和深度缓冲

    // 定义金字塔的顶点数据
    GLfloat vertices[] = {
        // 底面
        -0.5f, -0.5f, -0.5f,  // 顶点1
         0.5f, -0.5f, -0.5f,  // 顶点2
         0.5f, -0.5f,  0.5f,  // 顶点3
        -0.5f, -0.5f,  0.5f,  // 顶点4

        // 顶面
        0.0f,  0.5f,  0.0f   // 顶点5
    };

    // 定义金字塔的索引
    GLuint indices[] = {
        0, 1, 4,  // 底面与顶面连接的三角形
        1, 2, 4,  // 底面与顶面连接的三角形
        2, 3, 4,  // 底面与顶面连接的三角形
        3, 0, 4,  // 底面与顶面连接的三角形
        0, 1, 2,  // 底面三角形
        2, 3, 0   // 底面三角形
    };

    // 创建并绑定着色器程序
    QOpenGLShaderProgram program;
    program.addShaderFromSourceCode(QOpenGLShader::Vertex,
        "#version 300 es\n"
        "in vec3 position;\n"
        "uniform mat4 modelViewProjectionMatrix;\n"
        "void main() {\n"
        "   gl_Position = modelViewProjectionMatrix * vec4(position, 1.0);\n"
        "}"
    );
    program.addShaderFromSourceCode(QOpenGLShader::Fragment,
        "#version 300 es\n"
        "precision mediump float;\n"
        "out vec4 fragColor;\n"
        "void main() {\n"
        "   fragColor = vec4(1.0, 0.5, 0.0, 1.0);  // 金字塔颜色：橙色\n"
        "}"
    );
    program.link();
    program.bind();

    // 创建顶点数组对象和顶点缓冲对象
    GLuint vao, vbo, ebo;
    glGenVertexArrays(1, &vao);
    glBindVertexArray(vao);

    glGenBuffers(1, &vbo);
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vbo);
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);

    glGenBuffers(1, &ebo);
    glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, ebo);
    glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(indices), indices, GL_STATIC_DRAW);

    GLint posAttrib = program.attributeLocation("position");
    program.enableAttributeArray(posAttrib);
    glVertexAttribPointer(posAttrib, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, nullptr);

    // 创建一个模型视图投影矩阵
    QMatrix4x4 projection;
    projection.perspective(45.0f, (float)width() / height(), 0.1f, 100.0f);
    projection.translate(0.0f, 0.0f, -3.0f);  // 将物体向远离观察者的方向移动

    QMatrix4x4 modelView;
    modelView.rotate(rotationAngle, 0.0f, 1.0f, 0.0f);  // 水平旋转金字塔

    QMatrix4x4 modelViewProjectionMatrix = projection * modelView;

    // 将 MVP 矩阵传递给着色器
    program.setUniformValue("modelViewProjectionMatrix", modelViewProjectionMatrix);

    // 绘制金字塔
    glDrawElements(GL_TRIANGLES, 18, GL_UNSIGNED_INT, nullptr);

    glBindVertexArray(0);
}

void OpenGLWidget::timerEvent(QTimerEvent *event)
{
    rotationAngle += 1.0f;  // 增加旋转角度
    if (rotationAngle >= 360.0f)
        rotationAngle = 0.0f;
    update();  // 触发重绘
}

创建项目文件并编译运行：

qmake -project
echo "QT += core gui widgets opengl" >> qt-opengl-example.pro
qmake
make
./qt-opengl-example

5. 调试与优化

启用调试日志

export QT_LOGGING_RULES="qt.qpa.*=true"

权限问题

确保当前用户有权限访问 /dev/fb0 和 /dev/dri/*：

sudo chmod a+rw /dev/fb0
sudo chmod a+rw /dev/dri/*

完成后，你的金字塔应用程序将在树莓派的无窗口系统中运行并水平旋转！