从零开始：在Qt中使用OpenGL绘制指南

本文只介绍基本的 QOpenGLWidget 和 QOpenGLFunctions 的使用，想要学习 OpenGL 的朋友，建议访问经典 OpenGL 学习网站：LearnOpenGL CN

本篇文章，我们将以绘制一个经典的三角形为例，讲一讲，怎么在 Qt 中使用 OpenGL 来进行 GPU 绘制。

前言

在高性能渲染场景中，CPU资源常被过度消耗，导致界面卡顿。而OpenGL作为业界标准的图形API，能通过GPU硬件加速显著降低CPU负载。本文将以绘制三角形为例，教你如何通过Qt的QOpenGLWidget和QOpenGLFunctions实现跨平台GPU渲染。

QOpenGLFunctions

OpenGL函数在不同平台（Windows/Linux/Mac）的实现存在差异。例如：

平台	函数加载方式
Windows	wglGetProcAddress
Linux	glXGetProcAddress

Qt通过QOpenGLFunctions封装了这些底层差异，开发者只需继承此类，即可用glClear() 等统一接口调用OpenGL函数，无需编写平台特定代码。通过这样，我们就可以用一套代码，在不同平台下使用 OpenGL 相。要使用这个类也很简单，让我们的类直接继承 QOpenGLFuntions 就好了。同时也可以配合 QOpenGLWidget 来使用，在 initializeGL 函数里，调用 initializeOpenGLFunctions 后，就可以直接使用 OpenGL 的函数 。

Windows 下加载（wglGetProcAddress）

例如在 Windows 下，我们使用 wglGetProcAddress来动态加载这些函数（例如 glClear），下面是加载代码：

• 包含必要的头文件

  #include <windows.h>
  #include <GL/gl.h>
  #include <GL/glext.h>  // 提供 OpenGL 扩展声明

• 定义函数指针类型

  // 示例：定义 glClear 的函数指针类型
  typedef void (APIENTRY *PFNGLCLEARPROC)(GLbitfield);
  PFNGLCLEARPROC glClear;

• 加载 OpenGL 函数

  // 初始化 OpenGL 函数
  void initOpenGLFunctions() {
      // 1. 加载 OpenGL 1.1 函数（由 opengl32.dll 提供）
      glClear = (PFNGLCLEARPROC)wglGetProcAddress("glClear");
  
      // 2. 检查是否加载成功
      if (!glClear) {
          // 如果失败，可能是驱动不支持该函数
          MessageBoxA(NULL, "Failed to load glClear", "Error", MB_OK);
          exit(1);
      }
  
      // 3. 类似方式加载其他函数...
      // glDrawArrays = (PFNGLDRAWARRAYSPROC)wglGetProcAddress("glDrawArrays");
      // ...
  }

• 使用加载的函数

  glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);  // 现在可以正常调用

Linux 下加载（glXGetProcAddress ）

而在 linux 下，加载的函数变成了：glXGetProcAddress ，对应的代码是：

• 包含必要的头文件

  #include <GL/gl.h>
  #include <GL/glx.h>  // X11 的 OpenGL 扩展
  #include <GL/glext.h>

• 定义函数指针类型

  // 示例：定义 glClear 的函数指针类型
  typedef void (*PFNGLCLEARPROC)(GLbitfield);
  PFNGLCLEARPROC glClear;

• 加载 OpenGL 函数

  void initOpenGLFunctions() {
      // 1. 加载 glClear
      glClear = (PFNGLCLEARPROC)glXGetProcAddress((const GLubyte*)"glClear");
      
      // 2. 检查是否加载成功
      if (!glClear) {
          fprintf(stderr, "Failed to load glClear\n");
          exit(1);
      }
      
      // 3. 类似方式加载其他函数...
      // glDrawArrays = (PFNGLDRAWARRAYSPROC)glXGetProcAddress((const GLubyte*)"glDrawArrays");
      // ...
  }

• 使用加载的函数

  glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);  // 现在可以正常调用

QOpenGLWidget

QOpenGLWidget 是 Qt 提供的一个 widget 类，用于在 Qt 应用程序中嵌入 OpenGL 渲染内容。它继承自 QWidget，内部管理了一个 OpenGL 上下文（例如 windows 下调用 wglMakeCurrent / wglDoneCurrent）和帧缓冲区，并提供了与 Qt 窗口系统无缝集成的能力。详细内容可看：QOpenGLWidget Class

我们可以创建自己的窗口，并继承 QOpenGLWidget，然后重写下面三个函数，来处理一些 OpenGL 相关的工作。

initializeGL

初始化一些 OpenGL 相关的资源或者状态。这个函数在在第一次调用 resizeGL或者 paintGL之前被调用。

paintGL

渲染 OpenGL 的场景，类似于我们平常使用的 QWidget::paintEvent，在窗口需要更新时调用。

resizeGL

调整 OpenGL Viewport 的大小或者投影等，在窗口需要调整大小时调用。

完整代码

#pragma once

#include <QOpenGLBuffer>
#include <QOpenGLWidget>
#include <QOpenGLShaderProgram>
#include <QOpenGLFunctions>

#include "FrameObserver.h"

class COpenGLRenderWidget : public QOpenGLWidget, protected QOpenGLFunctions
{
    Q_OBJECT

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

private:
    void InitShaders();

private:
    void initializeGL() override;
    void paintGL() override;
    void resizeGL(int w, int h) override;
    
private:
    QOpenGLShaderProgram m_shaderProgram;
    QOpenGLBuffer m_vbo;
};

#include "OpenGLRenderWidget.h"

static const GLfloat coordinateBasic[] = {
    // 顶点坐标，存储3个xyz坐标
    // x     y     z
    -0.5f, -0.5f, 0.0f,
     0.5f, -0.5f, 0.0f,
     0.0f,  0.5f, 0.0f,
};

constexpr auto VERTEX_SHADER_BASIC = R"(
attribute vec3 vertexIn; 
varying vec2 textureOut; 

void main(void)
{
    gl_Position = vec4(vertexIn, 1.0);
}
)";

constexpr auto FRAGMENT_SHADER_BASIC = R"(
varying vec2 textureOut;

void main(void) 
{ 
    gl_FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0); 
}
)";

COpenGLRenderWidget::COpenGLRenderWidget(QWidget *parent)
    : QOpenGLWidget(parent)
{}

COpenGLRenderWidget::~COpenGLRenderWidget()
{}

void COpenGLRenderWidget::initializeGL()
{
    initializeOpenGLFunctions();
    glDisable(GL_DEPTH_TEST);

    m_vbo.create();
    m_vbo.bind();
    m_vbo.allocate(coordinateBasic, sizeof(coordinateBasic));

    InitShaders();

    glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
}

void COpenGLRenderWidget::paintGL()
{
    m_shaderProgram.bind();

    glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);

    m_shaderProgram.release();
}

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

void COpenGLRenderWidget::InitShaders()
{
    QOpenGLShader vertexShader(QOpenGLShader::Vertex);
    if (!vertexShader.compileSourceCode(VERTEX_SHADER_BASIC))
    {
        qDebug() << "Vertex shader compilation failed. Error: " << vertexShader.log();
        return;
    }

    QOpenGLShader fragmentShader(QOpenGLShader::Fragment);
    if (!fragmentShader.compileSourceCode(FRAGMENT_SHADER_BASIC))
    {
        qDebug() << "Fragment shader compilation failed. Error: " << fragmentShader.log();
        return;
    }

    m_shaderProgram.addShader(&vertexShader);
    m_shaderProgram.addShader(&fragmentShader);

    m_shaderProgram.link();
    m_shaderProgram.bind();

    m_shaderProgram.setAttributeBuffer("vertexIn", GL_FLOAT, 0, 3, 3 * sizeof(float));
    m_shaderProgram.enableAttributeArray("vertexIn");
}