跟我学Python图像处理丨带你入门OpenGL

摘要：介绍Python和OpenGL的入门知识，包括安装、语法、基本图形绘制等。

本文分享自华为云社区《[Python图像处理] 二十七.OpenGL入门及绘制基本图形（一）》，作者：eastmount。

一.OpenGL入门知识

1.什么是OpenGL

OpenGL(Open Graphics Library，译为“开放式图形库”) 是用于渲染2D、3D矢量图形的跨语言、跨平台的应用程序编程接口（API）。这个接口由近350个不同的函数调用组成，用来绘制从简单的图形元件到复杂的三维景象。OpenGL常用于CAD、虚拟现实、科学可视化程序和电子游戏开发。

OpenGL可用于设置所需的对象、图像和操作，以便开发交互式的3维计算机图形应用程序。OpenGL被设计为一个现代化的、硬件无关的接口，因此我们可以在不考虑计算机操作系统或窗口系统的前提下，在多种不同的图形硬件系统上，或者完全通过软件的方式实现OpenGL的接口。OpenGL的高效实现（利用了图形加速硬件）存在于Windows，部分UNIX平台和Mac OS。这些实现一般由显示设备厂商提供，而且非常依赖于该厂商提供的硬件。

OpenGL规范由1992年成立的OpenGL架构评审委员会（ARB）维护。ARB由一些对创建一个统一的、普遍可用的API特别感兴趣的公司组成。到了今天已经发布了非常多的OpenGL版本，以及大量构建于OpenGL之上以简化应用程序开发过程的软件库。这些软件库大量用于视频游戏、科学可视化和医学软件的开发，或者只是用来显示图像。

一个用来渲染图像的OpenGL程序需要执行的主要操作如下：

• 从OpenGL的几何图元中设置数据，用于构建形状
• 使用不同的着色器（shader）对输入的图元数据执行计算操作，判断它们的位置、颜色，以及其他渲染属性
• 将输入图元的数学描述转换为与屏幕位置对应的像素片元（fragment），这一步也称作光栅化（rasterization）
• 最后，针对光栅化过程产生的每个片元，执行片元着色器（fragment shader），从而决定这个片元的最终颜色和位置
• 如果有必要，还需要对每个片元执行一些额外的操作，例如判断片元对应的对象是否可见，或者将片元的颜色与当前屏幕位置的颜色进行融合

2.OpenGL安装

作者的电脑环境为Win10+Python3.7，打开CMD调用pip工具进行安装，如下图所示。

cd C:\Software\Program Software\Python37\Scripts
pip install pyopengl

但通常安装成功之后，运行代码会报错“OpenGL.error.NullFunctionError: Attempt to call an undefined function glutInit, check for bool(glutInit) before calling”。

据说是pip默认安装的是32位版本的pyopengl，而作者的操作系统是64位。网上很多大牛会去 “https://github.com/electronut/pp

3.OpenGL绘制时钟

最后补充“xiaoge2016老师”的一段趣味代码，通过OpenGL绘制时钟，注意它是跳动的。

# -*- coding: utf-8 -*-
from OpenGL.GL import *
from OpenGL.GLU import *
from OpenGL.GLUT import *
import math
import time
h = 0
m = 0
s = 0
# 绘制图像函数
def Draw():
    PI = 3.1415926
    R = 0.5
    TR = R - 0.05
 glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT)
 glLineWidth(5)
 glBegin(GL_LINE_LOOP)
 for i in range(100):
        glVertex2f(R * math.cos(2 * PI / 100 * i), R * math.sin(2 * PI / 100 * i))
 glEnd()
 glLineWidth(2)
 for i in range(100):
 glBegin(GL_LINES)
        glVertex2f(TR * math.sin(2 * PI / 12 * i), TR * math.cos(2 * PI / 12 * i))
        glVertex2f(R * math.sin(2 * PI / 12 * i), R * math.cos(2 * PI / 12 * i))
 glEnd()
 glLineWidth(1)
 h_Length = 0.2
 m_Length = 0.3
 s_Length = 0.4
    count = 60.0
 s_Angle = s / count
    count *= 60
 m_Angle = (m * 60 + s) / count
    count *= 12
 h_Angle = (h * 60 * 60 + m * 60 + s) / count
 glLineWidth(1)
 glBegin(GL_LINES)
    glVertex2f(0.0, 0.0)
    glVertex2f(s_Length * math.sin(2 * PI * s_Angle), s_Length * math.cos(2 * PI * s_Angle))
 glEnd()
 glLineWidth(5)
 glBegin(GL_LINES)
    glVertex2f(0.0, 0.0)
    glVertex2f(h_Length * math.sin(2 * PI * h_Angle), h_Length * math.cos(2 * PI * h_Angle))
 glEnd()
 glLineWidth(3)
 glBegin(GL_LINES)
    glVertex2f(0.0, 0.0)
    glVertex2f(m_Length * math.sin(2 * PI * m_Angle), m_Length * math.cos(2 * PI * m_Angle))
 glEnd()
 glLineWidth(1)
 glBegin(GL_POLYGON)
 for i in range(100):
        glVertex2f(0.03 * math.cos(2 * PI / 100 * i), 0.03 * math.sin(2 * PI / 100 * i));
 glEnd()
 glFlush()
# 更新时间函数
def Update():
 global h, m, s
    t = time.localtime(time.time())
    h = int(time.strftime('%H', t))
    m = int(time.strftime('%M', t))
    s = int(time.strftime('%S', t))
 glutPostRedisplay()
# 主函数
if __name__ == "__main__":
 glutInit()
 glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGBA)
 glutInitWindowSize(400, 400)
 glutCreateWindow("My clock")
 glutDisplayFunc(Draw)
 glutIdleFunc(Update)
 glutMainLoop() 

其运行结果如下图所示：

四.总结

本篇文章主要讲解Python和OpenGL基础知识，包括安装、基础语法、绘制图形等。希望对读者有一定帮助，也希望这些知识点为读者从事Python图像处理相关项目实践或科学研究提供一定基础。

参考文献：

[1] 《OpenGL编程指南（第8版）》 作者：Dave Shreiner Granham Sellers等，王锐 译
[2] 《Python极客项目编程》 作者：Mahesh Venkitachalam，王海鹏 译
[3] 《OpenGL编程精粹》杨柏林 陈根浪 徐静 编著
[4] 写给 python 程序员的 OpenGL 教程 - 许老师(天元浪子)
[5] VS2012下基于Glut OpenGL显示一些立体图形示例程序 - yearafteryear老师
[8] https://github.com/electronut/pp

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