初试PyOpenGL一 (Python+OpenGL)

　　很早就一直想学Python，看到一些书都有介绍，不管是做为游戏的脚本语言，还是做为开发项目的主要语言都有提及(最主要的CUDA都开始支持Python，CUDA后面一定要学)，做为先熟悉一下Python,本文用PyOpenGL实现一些基本的显示效果，一个网格，一个球体，加一个能切换第一与第三人称的摄像机。

　　PyOpenGL是一个用Python实现的多平台的OpenGL的API，为了学习Python与PyOpengl,本文也是用的Python，而不是.net版本的IronPython.

先看一下，相关环境的搭建：

　　首先我们需要下载Python: http://www.python.org/getit/

　　然后是PyOpenGL库：https://pypi.python.org/pypi/PyOpenGL

　　和PyOpenGL库常连在一起用的二个库，一个库numpy，提供常用的科学计算包含矩阵运算，数组转换与序列化，还有一个是3D常用的图片处理库：Python Imaging Library (PIL)。

　　numpy下载：http://sourceforge.net/projects/numpy/files/ 简介:http://sebug.net/paper/books/scipydoc/numpy_intro.html

　　Python Imaging Library (PIL)下载：http://www.pythonware.com/products/pil/

　　当上面环境安装完成后，我们先来实现一个基本的球体VBO实现，代码请参考前面的WebGL 利用FBO完成立方体贴图中的球的代码：

 #common.py
 import math
 from OpenGL.GL import *
 from OpenGL.arrays import vbo
 from OpenGL.GLU import *
 from OpenGL.GLUT import *
 #import OpenGL.GLUT as glut
 import numpy as ny
 #Python Imaging Library (PIL)
 class common:
     bCreate = False

 #球的实现
 class sphere(common):
     def __init__(this,rigns,segments,radius):
         this.rigns = rigns
         this.segments = segments
         this.radius = radius
     def createVAO(this):
         vdata = []
         vindex = []
         for y in range(this.rigns):
             phi = (float(y) / (this.rigns - 1)) * math.pi
             for x in range(this.segments):
                 theta = (float(x) / float(this.segments - 1)) * 2 * math.pi
                 vdata.append(this.radius * math.sin(phi) * math.cos(theta))
                 vdata.append(this.radius * math.cos(phi))
                 vdata.append(this.radius * math.sin(phi) * math.sin(theta))
                 vdata.append(math.sin(phi) * math.cos(theta))
                 vdata.append(math.cos(phi))
                 vdata.append(math.sin(phi) * math.sin(theta))
         for y in range(this.rigns - 1):
             for x in range(this.segments - 1):
                 vindex.append((y + 0) * this.segments + x)
                 vindex.append((y + 1) * this.segments + x)
                 vindex.append((y + 1) * this.segments + x + 1)
                 vindex.append((y + 1) * this.segments + x + 1)
                 vindex.append((y + 0) * this.segments + x + 1)
                 vindex.append((y + 0) * this.segments + x)
         #this.vboID = glGenBuffers(1)
         #glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER,this.vboID)
         #glBufferData (GL_ARRAY_BUFFER, len(vdata)*4, vdata, GL_STATIC_DRAW)
         #this.eboID = glGenBuffers(1)
         #glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER,this.eboID)
         #glBufferData (GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, len(vIndex)*4, vIndex,
         #GL_STATIC_DRAW)
         this.vbo = vbo.VBO(ny.array(vdata,'f'))
         this.ebo = vbo.VBO(ny.array(vindex,'H'),target = GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER)
         this.vboLength = this.segments * this.rigns
         this.eboLength = len(vindex)
         this.bCreate = True
     def drawShader(this,vi,ni,ei):
         if this.bCreate == False:
             this.createVAO()
         #glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER,this.vboID)
         #glVertexAttribPointer(vi,3,GL_FLOAT,False,24,0)
         #glEnableVertexAttribArray(vi)
         #glVertexAttribPointer(ni,3,GL_FLOAT,False,24,12)
         #glEnableVertexAttribArray(ni)
         #glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER,this.eboID)
         #glDrawElements(GL_TRIANGLES,this.eboLength,GL_UNSIGNED_INT,0)
         this.vbo.bind()
     def draw(this):
         if this.bCreate == False:
             this.createVAO()
         #glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER,this.vboID)
         #glInterleavedArrays(GL_N3F_V3F,0,None)
         #glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER,this.eboID)
         #glDrawElements(GL_TRIANGLES,this.eboLength,GL_UNSIGNED_INT,None)
         this.vbo.bind()
         glInterleavedArrays(GL_N3F_V3F,0,None)
         this.ebo.bind()
         glDrawElements(GL_TRIANGLES,this.eboLength,GL_UNSIGNED_SHORT,None)  

球

　　这段代码画球，不同于我最开始用的每个三角形分成四个三角形的代码，基本思想是和地球仪上的经纬线一样，画出经纬线的点(顶点位置)，然后有顺序的连接在一起(顶点索引)就可以了。

　　这里先说下python,和我之前接触的语言来看，我发现这个出乎意料的最和F#比较接近，虽然他们一个是动态语言，一个是静态语言，但是他们首先都是强类型语言，并且都支持多范式(对象式，过程式，函数式),同做为强类型语言，默认都不需要声明类型，不知Python是否和F#一样，是用的类型推导，有个比较明显的地方和F#一样的地方就是，在这里def __init__(this,rigns,segments,radius)，首先righs,segments,radius开始鼠标移上去都是unknow type,但是在别的地方调用common.sphere(16,16,1)后，他就能推断出righs,segments,radius都为int.并且和F#一样，声明类的方法时，都需要带一个表示自己的参数，且都和C#不一样(限定this)可以自定义这个参数的名称.当然还有最大的共同点，他们都是用缩进来控制语言块(满分)，现在写C#代码有些不爽的地方就是缩进。基于以上这些，写python感觉很亲切，也很爽，和F#一样，能写出很简洁的代码，相信一个学习过F#的人来写python，肯定也有此类感觉。当然python做为动态语言，比F#,C#来说，开发效率更高，比如，在上面一段中，this.vboLength = this.segments * this.rigns，这里直接动态声明一个属性vboLength，而不需要和F#与C#一样来先声明一个这样的属性，当然，net4.0中的DLR来说，也是能实现这种效果，但是用起来感觉就不一样了。

　　大家如果有兴趣了解各编程语言，强烈推荐郑晖大神的冒号课堂系列文章 第一篇冒号课堂§1.1：开班发言

　　下面是网格的代码，代码也可以参考前面柏林噪声实践(一) 海波，一样是生成网格上所有的x,z点，然后组织索引，看代码：

 class plane(common):
     def __init__(this,xres,yres,xscale,yscale):
         this.xr,this.yr,this.xc,this.yc = xres - 1,yres - 1,xscale,yscale
     def createVAO(this):
         helfx = this.xr * this.xc * 0.5
         helfy = this.yr * this.yc * 0.5
         vdata = []
         vindex = []
         for y in range(this.yr):
             for x in range(this.xr):
                 vdata.append(this.xc * float(x) - helfx)
                 vdata.append(0.)
                 vdata.append(this.yc * float(y) - helfy)
         for y in range(this.yr - 1):
             for x in range(this.xr - 1):
                 vindex.append((y + 0) * this.xr + x)
                 vindex.append((y + 1) * this.xr + x)
                 vindex.append((y + 0) * this.xr + x + 1)
                 vindex.append((y + 0) * this.xr + x + 1)
                 vindex.append((y + 1) * this.xr + x)
                 vindex.append((y + 1) * this.xr + x + 1)
         print len(vdata),len(vindex)
         this.vbo = vbo.VBO(ny.array(vdata,'f'))
         this.ebo = vbo.VBO(ny.array(vindex,'H'),target = GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER)
         this.eboLength = len(vindex)
         this.bCreate = True
     def draw(this):
         if this.bCreate == False:
             this.createVAO()
         this.vbo.bind()
         glInterleavedArrays(GL_V3F,0,None)
         this.ebo.bind()
         glDrawElements(GL_TRIANGLES,this.eboLength,GL_UNSIGNED_SHORT,None)   

网络

　　哈哈，大家发现了，我都是把以前写的javascripe,F#代码拿来改写的，毕竟我也只是一个python新手，把别的语言拿来改写我认为是最快熟悉一门语言的方法。同样，下面第一，第三人称漫游代码也是我前面Opengl绘制我们的小屋(四)第三人称漫游，Opengl绘制我们的小屋(二)第一人称漫游里的代码改写的，具体思路请转至这二篇文章。

 class camera:
     origin = [0.0,0.0,0.0]
     length = 1.
     yangle = 0.
     zangle = 0.
     __bthree = False
     def __init__(this):
         this.mouselocation = [0.0,0.0]
         this.offest = 0.01
         this.zangle = 0. if not this.__bthree else math.pi
     def setthree(this,value):
         this.__bthree = value
         this.zangle = this.zangle + math.pi
         this.yangle = -this.yangle
     def eye(this):
         return this.origin if not this.__bthree else this.direction()
     def target(this):
         return this.origin if this.__bthree else this.direction()
     def direction(this):
         if this.zangle > math.pi * 2.0 :
             this.zangle < - this.zangle - math.pi * 2.0
         elif this.zangle < 0. :
             this.zangle < - this.zangle + math.pi * 2.0
         len = 1. if not this.__bthree else this.length if 0. else 1.
         xy = math.cos(this.yangle) * len
         x = this.origin[0] + xy * math.sin(this.zangle)
         y = this.origin[1] + len * math.sin(this.yangle)
         z = this.origin[2] + xy * math.cos(this.zangle)
         return [x,y,z]
     def move(this,x,y,z):
         sinz,cosz = math.sin(this.zangle),math.cos(this.zangle)
         xstep,zstep = x * cosz + z * sinz,z * cosz - x * sinz
         if this.__bthree :
             xstep = -xstep
             zstep = -zstep
         this.origin = [this.origin[0] + xstep,this.origin[1] + y,this.origin[2] + zstep]
     def rotate(this,z,y):
         this.zangle,this.yangle = this.zangle - z,this.yangle + y if not this.__bthree else -y
     def setLookat(this):
         ve,vt = this.eye(),this.target()
         #print ve,vt
         glLoadIdentity()
         gluLookAt(ve[0],ve[1],ve[2],vt[0],vt[1],vt[2],0.0,1.0,0.0)
     def keypress(this,key, x, y):
         if key in ('e', 'E'):
             this.move(0.,0.,1 * this.offest)
         if key in ('f', 'F'):
             this.move(1 * this.offest,0.,0.)
         if key in ('s', 'S'):
             this.move(-1 * this.offest,0.,0.)
         if key in ('d', 'D'):
             this.move(0.,0.,-1 * this.offest)
         if key in ('w', 'W'):
             this.move(0.,1 * this.offest,0.)
         if key in ('r', 'R'):
             this.move(0.,-1 * this.offest,0.)
         if key in ('v', 'V'):
             #this.__bthree = not this.__bthree
             this.setthree(not this.__bthree)
         if key == GLUT_KEY_UP:
             this.offest = this.offest + 0.1
         if key == GLUT_KEY_DOWN:
             this.offest = this.offest - 0.1
     def mouse(this,x,y):
         rx = (x - this.mouselocation[0]) * this.offest * 0.1
         ry = (y - this.mouselocation[1]) * this.offest * -0.1
         this.rotate(rx,ry)
         print x,y
         this.mouselocation = [x,y]

摄像机漫游

　　代码很简单，当然，做为一个类来说，其实setLookat,keypress,mouse这三个方法应该分离出去的，不过用了使用方便，也便于放在一起理解。其中keypress与mouse实现键盘启用常用的基本漫游，其中EDSF前后左右移动，WR分别向上与向下，鼠标右键加移动鼠标控制方向，V切换第一人称与第三人称。UP与DOWN切换前面操作的移动幅度。其中len = 1. if not this.__bthree else this.length if 0. else 1.这个解释下,在不是第三人称漫游下,长度为1,否则在第三人称漫游下,长度取length的长度,如果length为0,则取1的长度.其实就是相当二个三元运算符,但是感觉理解起来更方便.

　　下面来看具体调用并显示的代码：

 from OpenGL.GL import *
 from OpenGL.GLUT import *
 from OpenGL.GLU import *

 import common
 import sys

 window = 0
 sph = common.sphere(16,16,1)
 camera = common.camera()
 plane = common.plane(12,12,1.,1.)
 def InitGL(width,height):
     glClearColor(0.1,0.1,0.5,0.1)
     glClearDepth(1.0)
     glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_LINE)
     glMatrixMode(GL_PROJECTION)
     glLoadIdentity()
     gluPerspective(45.0,float(width)/float(height),0.1,100.0)
     camera.move(0.0,3.0,-5)    

 def DrawGLScene():
     glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT)
     glMatrixMode(GL_MODELVIEW)
     camera.setLookat()
     plane.draw()
     glTranslatef(-1.5,0.0,0.0)
     glBegin(GL_QUADS)
     glVertex3f(-1.0, 1.0, 0.0)
     glVertex3f(1.0, 1.0, 0.0)
     glVertex3f(1.0, -1.0, 0.0)
     glVertex3f(-1.0, -1.0, 0.0)
     glEnd()
     glTranslatef(3.0, 0.0, 0.0)
     sph.draw()
     glutSwapBuffers()

 def mouseButton( button, mode, x, y ):
     if button == GLUT_RIGHT_BUTTON:
         camera.mouselocation = [x,y]

 def ReSizeGLScene(Width, Height):
     glViewport(0, 0, Width, Height)
     glMatrixMode(GL_PROJECTION)
     glLoadIdentity()
     gluPerspective(45.0, float(Width)/float(Height), 0.1, 100.0)
     glMatrixMode(GL_MODELVIEW)

 def main():
     global window
     glutInit(sys.argv)
     glutInitDisplayMode(GLUT_RGBA | GLUT_DOUBLE | GLUT_DEPTH)
     glutInitWindowSize(640,400)
     glutInitWindowPosition(800,400)
     window = glutCreateWindow("opengl")
     glutDisplayFunc(DrawGLScene)
     glutIdleFunc(DrawGLScene)
     glutReshapeFunc(ReSizeGLScene)
     glutMouseFunc( mouseButton )
     glutMotionFunc(camera.mouse)
     glutKeyboardFunc(camera.keypress)
     glutSpecialFunc(camera.keypress)
     InitGL(640, 480)
     glutMainLoop()

 main()

显示效果

　　代码很简单，把球，网络，漫游摄像机应用进去。注意glutMouseFunc( mouseButton )与glutMotionFunc(camera.mouse)组合用才能达到原来OpenTK提供的鼠标检测功能，因为glutmousefunc只检测鼠标的按下等动作，意思你一直按下移动他是不会引用的，在这引用的是glutmotionfunc,这个大家可以自己去试验。

　　下面放出效果图：

　　效果很简单，主要是为了下文先做一个基本的效果，同时也是用pyOpengl对前面的一点总结。

　　代码下载：代码 和上面说的一样，其中EDSF前后左右移动，WR分别向上与向下，鼠标右键加移动鼠标控制方向，V切换第一人称与第三人称。UP与DOWN切换前面操作的移动幅度。