2. openGL与 glu glut freeglut, glew和glfw的关系

OpenGL

Before you can actually use OpenGL in a program, you must first initialize it. Because OpenGL is platform-independent, there is not a standard way to initialize OpenGL; each platform handles it differently. Non-C/C++ language bindings can also handle these differently.There are two phases of OpenGL initialization.

The first phase is the creation of an OpenGL context
the second phase is to load all of the necessary functions to use OpenGL. Some non-C/C++ language bindings merge these into one.

简而言之，openGL是一个独立于平台的绘制图形的标准。在你真正能够在程序中使用OpenGL之前，你需要对他进行初始化，但是由于OpenGL是跨平台的，所以也没有一个标准的方式进行初始化。但是OpenGL初始化必经两个阶段：

第一个阶段，你需要创建一个OpenGL上下文环境，这个上下文环境存储了所有与OpenGL相关的状态（OpenGL是一个状态机），上下文位于操作系统中某个进程中，一个进程可以创建多个上下文，每一个上下文都可以描绘一个不同的可视界面，就像应用程序中的窗口,简单来理解就是为了创建一个窗口
第二个阶段，你需要定位所有需要在OpenGL中使用的函数

freeglut/glut 和glew就是用来解决这两个问题的。

OpenGL函数库相关的API有核心库(gl)、实用库(glu)、辅助库(aux)、实用工具库(glut)、窗口库(glx、agl、wgl)和扩展函数库等。gl是核心，glu是对gl的部分封装。glx、agl、wgl 是针对不同窗口系统的函数。glut是为跨平台的OpenGL程序的工具包，比aux功能强大。扩展函数库是硬件厂商为实现硬件更新利用OpenGL的扩展机制开发的函数。下面逐一对这些库进行详细介绍。

Tips

glut是基本的窗口界面，是独立于gl和glu的，如果不喜欢用glut可以用MFC和Win32窗口等代替，但是glut是跨平台的，这就保证了我们编出的程序是跨平台的，如果用MFC或者Win32只能在windows操作系统上使用。选择OpenGL的一个很大原因就是因为它的跨平台性，所以我们可以尽量的使用glut库.

OpenGL核心库

核心库包含有115个函数，函数名的前缀为gl

这部分函数用于常规的、核心的图形处理。此函数由gl.dll来负责解释执行。由于许多函数可以接收不同参数，根据参数的类型，可以派生出来的函数原形多达300多个。核心库中的函数主要可以分为以下几类函数。

绘制基本几何图元的函数。如绘制图元的函数glBegain()、glEnd()、glNormal*()、glVertex*()
矩阵操作、几何变换和投影变换的函数。如矩阵入栈函数glPushMatrix()、矩阵出栈函数glPopMatrix()、装载矩阵函数glLoadMatrix()、矩阵相乘函数glMultMatrix()，当前矩阵函数glMatrixMode()和矩阵标准化函数glLoadIdentity()，几何变换函数glTranslate*()、glRotate*()和glScale*()，投影变换函数glOrtho()、glFrustum()和视口变换函数glViewport()等
颜色、光照和材质的函数。如设置颜色模式函数glColor*()、glIndex*()，设置光照效果的函数glLight*() 、glLightModel*()和设置材质效果函数glMaterial()等
显示列表函数、主要有创建、结束、生成、删除和调用显示列表的函数glNewList()、 glEndList()、glGenLists()、glCallList()和glDeleteLists()
纹理映射函数，主要有一维纹理函数glTexImage1D()、二维纹理函数glTexImage2D()、设置纹理参数、纹理环境和纹理坐标的函数glTexParameter*()、glTexEnv*()和glTetCoord*()等
特殊效果函数。融合函数glBlendFunc()、反走样函数glHint()和雾化效果glFog*()
光栅化、象素操作函数。如象素位置glRasterPos*()、线型宽度glLineWidth()、多边形绘制模式glPolygonMode()，读取象素glReadPixel()、复制象素glCopyPixel()等
选择与反馈函数。主要有渲染模式glRenderMode()、选择缓冲区glSelectBuffer()和反馈缓冲区glFeedbackBuffer()等
曲线与曲面的绘制函数。生成曲线或曲面的函数glMap*()、glMapGrid*()，求值器的函数glEvalCoord*() glEvalMesh*()
状态设置与查询函数。主要有glGet*()、glEnable()、glGetError()等

OpenGL实用库The OpenGL Utility Library (GLU)

包含有43个函数，函数名的前缀为glu

OpenGL提供了强大的但是为数不多的绘图命令，所有较复杂的绘图都必须从点。线、面开始。Glu 为了减轻繁重的编程工作，封装了OpenGL函数，Glu函数通过调用核心库的函数，为开发者提供相对简单的用法，实现一些较为复杂的操作。此函数由glu.dll来负责解释执行。OpenGL中的核心库和实用库可以在所有的OpenGL平台上运行。主要包括了以下几种。

辅助纹理贴图函数，有gluScaleImage() 、gluBuild1Dmipmaps()、gluBuild2Dmipmaps()
坐标转换和投影变换函数，定义投影方式函数gluPerspective()、gluOrtho2D() 、gluLookAt()，拾取投影视景体函数gluPickMatrix()，投影矩阵计算gluProject()和 gluUnProject()等
多边形镶嵌工具，有gluNewTess()、 gluDeleteTess()、gluTessCallback()、gluBeginPolygon() gluTessVertex()、gluNextContour()、gluEndPolygon()等
二次曲面绘制工具，主要有绘制球面、锥面、柱面、圆环面gluNewQuadric()、gluSphere()、gluCylinder()、gluDisk()、gluPartialDisk()、gluDeleteQuadric()等
非均匀有理B样条绘制工具，主要用来定义和绘制Nurbs曲线和曲面，包括gluNewNurbsRenderer()、gluNurbsCurve()、gluBeginSurface()、gluEndSurface()、gluBeginCurve()、gluNurbsProperty()等函数
错误反馈工具，获取出错信息的字符串gluErrorString()

OpenGL辅助库

包含有31个函数，函数名前缀为aux

这部分函数提供窗口管理、输入输出处理以及绘制一些简单三维物体。此函数由glaux.dll来负责解释执行。创建aux库是为了学习和编写OpenGL程序，它更像是一个用于测试创意的预备基础接管。Aux库在windows实现有很多错误，因此很容易导致频繁的崩溃。在跨平台的编程实例和演示中，aux很大程度上已经被glut库取代。OpenGL中的辅助库不能在所有的OpenGL平台上运行。

辅助库函数主要包括以下几类

窗口初始化和退出函数，auxInitDisplayMode()和auxInitPosition()
窗口处理和时间输入函数，auxReshapeFunc()、auxKeyFunc()和auxMouseFunc()
颜色索引装入函数，auxSetOneColor()
三维物体绘制函数。包括了两种形式网状体和实心体，如绘制立方体auxWireCube()和 auxSolidCube()。这里以网状体为例，长方体auxWireBox()、环形圆纹面auxWireTorus()、圆柱auxWireCylinder()、二十面体auxWireIcosahedron()、八面体auxWireOctahedron()、四面体auxWireTetrahedron()、十二面体auxWireDodecahedron()、圆锥体auxWireCone()和茶壶auxWireTeapot()
背景过程管理函数auxIdleFunc()
程序运行函数auxMainLoop()

OpenGL工具库 OpenGL Utility Toolkit

包含大约30多个函数，函数名前缀为glut

glut是不依赖于窗口平台的OpenGL工具包，由Mark KLilgrad在SGI编写（现在在Nvidia），目的是隐藏不同窗口平台API的复杂度。函数以glut开头，它们作为aux库功能更强的替代品，提供更为复杂的绘制功能，此函数由glut.dll来负责解释执行。由于glut中的窗口管理函数是不依赖于运行环境的，因此OpenGL中的工具库可以在X-Window, Windows NT, OS/2等系统下运行，特别适合于开发不需要复杂界面的OpenGL示例程序。对于有经验的程序员来说，一般先用glut理顺3D图形代码，然后再集成为完整的应用程序。

这部分函数主要包括

窗口操作函数，窗口初始化、窗口大小、窗口位置等函数glutInit() glutInitDisplayMode() glutInitWindowSize() glutInitWindowPosition()等
回调函数。响应刷新消息、键盘消息、鼠标消息、定时器函数等，GlutDisplayFunc() glutPostRedisplay() glutReshapeFunc() glutTimerFunc() glutKeyboardFunc() glutMouseFunc()
创建复杂的三维物体。这些和aux库的函数功能相同。创建网状体和实心体。如glutSolidSphere()、glutWireSphere()等
菜单函数。创建添加菜单的函数GlutCreateMenu()、glutSetMenu()、glutAddMenuEntry()、glutAddSubMenu() 和glutAttachMenu()
程序运行函数，glutMainLoop()

GLUT工具箱提供几种图形3维图形的函数

void glutWireSphere(GLdouble radius, GLint slices, GLint stacks);  丝状球
void glutSolidSphere(GLdouble radius, GLint slices, GLint stacks); 实心球 
void glutWireCube(GLdouble size); 丝状立方体
void glutSolidCube(GLdouble size); 实心立方体 v
oid glutWireTorus(GLdouble innerRadius, GLdouble outerRadius,GLint nsides, GLint rings); 丝状花环
void glutSolidTorus(GLdouble innerRadius, GLdouble outerRadius,
GLint nsides, GLint rings); 实心花环 
void glutWireIcosahedron(void); 丝状20面体
void glutSolidIcosahedron(void); 实心20面体 
void glutWireOctahedron(void); 丝状8面体 
void glutSolidOctahedron(void); 实心8面体
 void glutWireTetrahedron(void); 丝状4面体
void glutSolidTetrahedron(void); 实心4面体                                  
void glutWireDodecahedron(GLdouble radius); 丝状12面体
void glutSolidDodecahedron(GLdouble radius); 实心12面体
void glutWireCone(GLdouble radius, GLdouble height, GLint slices,GLint stacks); 丝状圆锥体
void glutSolidCone(GLdouble radius, GLdouble height, GLint slices,
GLint stacks); 实心圆锥体 
void glutWireTeapot(GLdouble size); 丝状茶壶
void glutSolidTeapot(GLdouble size); 实心茶壶

freeglut

freeglut is an open-source alternative to the OpenGL Utility Toolkit (GLUT) library.

因为OpenGL是跨平台的，这给开发者带来了方便，但是在创建上下文时这也是一个麻烦的地方，因为不同平台的窗口系统和API都是不一样的，freeglut就是一个openGL的工具库，封装了各个平台初始化窗口的过程，开发者只需要调用这个库中的初始化函数即可创建一个上下文，是GLUT的替代品。

glew

The OpenGL Extension Wrangler Library (GLEW) is a cross-platform open-source C/C++ extension loading library. GLEW provides efficient run-time mechanisms for determining which OpenGL extensions are supported on the target platform.

因为OpenGL只是一个标准/规范，具体的实现是由驱动开发商针对特定显卡实现的。由于OpenGL驱动版本众多，它大多数函数的位置都无法在编译时确定下来，需要在运行时查询。任务就落在了开发者身上，开发者需要在运行时获取函数地址并将其保存在一个函数指针中供以后使用。取得地址的方法因平台而异，在Windows上会是类似这样：

// 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);

你可以看到代码非常复杂，而且很繁琐，我们需要对每个可能使用的函数都要重复这个过程。幸运的是，有些库能简化此过程，其中GLEW是目前最新，也是最流行的库。

glfw

GLFW is a free, Open Source, multi-platform library for opening a window, creating an OpenGL context and managing input. It is easy to integrate into existing applications and does not lay claim to the main loop. GLFW is written in C and has native support for Windows, Mac OS X and many Unix-like systems using the X Window System, such as Linux and FreeBSD. GLFW is licensed under the zlib/libpng license.

管理跨平台情况下的窗口创建，openGL的上下文创建和管理输入等。

测试环境配置：利用freeglut 创建窗口

#include <gl/glut.h>

void renderScene(void)
{
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
    glLoadIdentity();
    glBegin(GL_TRIANGLES);
    glVertex3f(-0.5, -0.5, 0.0);
    glVertex3f(0.5, 0.0, 0.0);
    glVertex3f(0.0, 0.5, 0.0);
    glEnd();
    glutSwapBuffers();
}

int main(int argc, char** argv)
{
    glutInit(&argc, (char**)argv);
    glutInitDisplayMode(GLUT_DEPTH | GLUT_DOUBLE | GLUT_RGBA);
    glutInitWindowPosition(100, 100);
    glutInitWindowSize(800, 480);
    glutCreateWindow("openGL");
    glutDisplayFunc(renderScene);

    glutMainLoop();//enters the GLUT event processing loop.  
    return 0;
}