Horse3D引擎研发笔记（一）：从使用Qt的OpenGL库绘制三角形开始

引言

在现代计算机图形学中，OpenGL作为跨平台的图形库，被广泛应用于游戏开发、科学可视化、虚拟现实等领域。Qt作为功能强大的跨平台C++应用开发框架，提供了对OpenGL的良好支持。本文将记录Horse3D引擎开发的起点------使用Qt的OpenGL库绘制一个简单的三角形，并逐步介绍引擎的开发思路和规划。

一、使用Qt的OpenGL库绘制三角形的过程

1. 环境搭建

在开始开发之前，需要确保开发环境已经正确配置：

安装Qt：从Qt官方网站下载并安装Qt Creator。
安装CMake：后续项目管理将使用CMake，需提前安装。
安装必要的开发工具链：如GCC编译器、Make工具等。

2. 创建Qt OpenGL项目

在Qt Creator中创建一个新的Qt OpenGL项目。选择"Qt Widgets Application"模板，并确保勾选"OpenGL"选项。

3. 代码实现

(1) 初始化OpenGL上下文

在FerghanaScreen类的构造函数中，继承自QOpenGLWidget，并重写initializeGL、resizeGL和paintGL三个虚函数。

cpp 复制代码

#include <QOpenGLWidget>
#include <QOpenGLFunctions>
#include <GL/gl.h>

class FerghanaScreen : public QOpenGLWidget, protected QOpenGLFunctions
{
    Q_OBJECT
public:
    FerghanaScreen(QWidget* parent = nullptr);
    ~FerghanaScreen();

protected:
    void initializeGL() override;
    void resizeGL(int w, int h) override;
    void paintGL() override;
};

(2) 初始化OpenGL功能

在initializeGL函数中，初始化OpenGL功能并配置渲染环境。

cpp 复制代码

void FerghanaScreen::initializeGL()
{
    initializeOpenGLFunctions(); // 初始化OpenGL函数指针
    glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f); // 设置背景颜色

    // 顶点数据
    static const GLfloat vertices[] = {
        -0.5f, -0.5f, 0.0f,  // 左下角顶点
         0.5f, -0.5f, 0.0f,  // 右下角顶点
         0.0f,  0.5f, 0.0f   // 顶部顶点
    };

    // 创建并绑定顶点数组对象（VAO）
    glGenVertexArrays(1, &VAO);
    glBindVertexArray(VAO);

    // 创建并绑定顶点缓冲对象（VBO）
    glGenBuffers(1, &VBO);
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);

    // 设置顶点属性指针
    glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, nullptr);
    glEnableVertexAttribArray(0);

    // 解绑VAO和VBO
    glBindVertexArray(0);
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);
}

(3) 绘制三角形

在paintGL函数中，清除屏幕并绘制三角形。

cpp 复制代码

void FerghanaScreen::paintGL()
{
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); // 清除颜色缓冲区

    // 绑定VAO
    glBindVertexArray(VAO);
    // 绘制三角形
    glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);
    // 解绑VAO
    glBindVertexArray(0);
}

(4) 窗口调整

在resizeGL函数中，处理窗口调整事件。

cpp 复制代码

void FerghanaScreen::resizeGL(int w, int h)
{
    glViewport(0, 0, w, h); // 设置视口大小
}

4. 测试运行

编译并运行程序，应该会看到一个简单的红色三角形。如果出现问题，可以检查以下几点：

确保OpenGL驱动已正确安装。
检查顶点数据是否正确。
确保VAO和VBO的创建和绑定没有问题。

二、Horse3D引擎介绍

1. 项目地址

Horse3D引擎

2. 项目介绍

Horse3D引擎是一款基于Qt和OpenGL开发的三维渲染引擎，旨在提供一个高效、灵活的渲染解决方案。引擎的核心设计参考了Three.js和Unity等知名引擎的API，同时结合C++的性能优势，致力于打造一个具有竞争力的渲染引擎内核。

特点：
- 基于Qt和OpenGL，跨平台支持。
- 提供SDK形式的接口，方便二次开发。
- 高效的渲染性能和灵活的API设计。
目标：
- 提供完整的三维图形渲染功能。
- 支持物理引擎、动画系统和粒子系统等扩展模块。
- 打造一个易于使用且功能强大的三维引擎。

三、使用CMake管理项目

1. CMake简介

CMake是一个跨平台的构建工具生成器，能够简化项目的编译和构建过程。通过CMake，开发者可以轻松地为不同平台生成相应的构建文件（如Makefile、Visual Studio项目文件等）。

2. CMakeLists.txt配置

在项目根目录下创建CMakeLists.txt文件，配置项目的基本信息和依赖项。

cmake 复制代码

cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
project(Horse3D)

# 设置C++标准
set(CMAKE_CXX_STANDARD 17)

# 添加Qt模块
find_package(Qt5 REQUIRED COMPONENTS Widgets OpenGL)

# 添加可执行文件
add_executable(Horse3D main.cpp FerghanaScreen.cpp)

# 链接Qt库
target_link_libraries(Horse3D Qt5::Widgets Qt5::OpenGL)

3. 生成构建文件

在终端中运行以下命令，生成构建文件并编译项目：

bash 复制代码

mkdir build
cd build
cmake ..
make

四、总结与展望

通过本文的记录，我们完成了Horse3D引擎的第一个里程碑------使用Qt的OpenGL库绘制一个简单的三角形。这不仅是引擎开发的第一步，也为后续的三维图形渲染奠定了基础。

接下来，我们将逐步扩展引擎的功能，包括：

添加更多的三维图形元素（如立方体、球体等）。
实现基本的光照和材质系统。
集成物理引擎和动画系统。