OpenGL显示列表：原理、应用与优化

### OpenGL显示列表：原理、应用与优化 #### 1. 显示列表概述 显示列表是一组已存储以供后续执行的OpenGL命令。当调用显示列表时，其中的命令将按照发出的顺序执行。大多数OpenGL命令既可以存储在显示列表中，也可以以立即模式发出，立即模式会使命令立即执行。在单个程序中，你可以自由混合立即模式编程和显示列表的使用。 显示列表的主要部分包括： - “为何使用显示列表”：解释何时使用显示列表。 - “使用显示列表的示例”：给出一个简短示例，展示使用显示列表的基本命令。 - “显示列表设计理念”：解释某些设计选择的原因（如使显示列表不可编辑），以及使用显示列表时可能实现的性能优化。 - “创建和执行显示列表”：详细讨论创建、执行和删除显示列表的命令。 - “执行多个显示列表”：展示如何连续执行多个显示列表，以一个小字符集为例。 - “使用显示列表管理状态变量”：说明如何使用显示列表保存和恢复设置状态变量的OpenGL命令。 #### 2. 为何使用显示列表 显示列表可以提高性能，因为你可以用它们存储OpenGL命令以供后续执行。如果你计划多次重绘相同的几何图形，或者有一组需要多次应用的状态更改，将命令缓存到显示列表中通常是个好主意。使用显示列表，你可以一次性定义几何图形和/或状态更改，并多次执行它们。 例如，绘制三轮车时，后面的两个轮子尺寸相同但相互偏移，前轮比后轮大且位置不同。一种高效的渲染方法是将一个轮子的几何图形存储在显示列表中，然后执行该列表三次。每次执行列表之前，你需要适当地设置模型视图矩阵，以计算每个轮子的正确大小和位置。 当在网络上远程运行OpenGL程序到另一台机器时，将命令缓存到显示列表中尤为重要。因为显示列表是服务器状态的一部分，驻留在服务器机器上，所以如果你将重复使用的命令存储在显示列表中，可以减少通过网络重复传输数据的成本。 在本地运行时，将常用命令存储在显示列表中通常也可以提高性能。一些图形硬件可能会将显示列表存储在专用内存中，或者以与图形硬件或软件更兼容的优化形式存储数据。 #### 3. 使用显示列表的示例 显示列表是一种方便且高效的方式来命名和组织一组OpenGL命令。例如，假设你想绘制一个圆环并从不同角度查看它。最有效的方法是将圆环存储在显示列表中。然后，每当你想更改视图时，只需更改模型视图矩阵并执行显示列表来绘制圆环。以下是一个示例代码： ```c GLuint theTorus; /* Draw a torus */ static void torus(int numc, int numt) { int i, j, k; double s, t, x, y, z, twopi; twopi = 2 * (double)M_PI; for (i = 0; i < numc; i++) { glBegin(GL_QUAD_STRIP); for (j = 0; j <= numt; j++) { for (k = 1; k >= 0; k--) { s = (i + k) % numc + 0.5; t = j % numt; x = (1+.1*cos(s*twopi/numc))*cos(t*twopi/numt); y = (1+.1*cos(s*twopi/numc))*sin(t*twopi/numt); z = .1 * sin(s * twopi / numc); glVertex3f(x, y, z); } } glEnd(); } } /* Create display list with Torus and initialize state */ static void init(void) { theTorus = glGenLists(1); glNewList(theTorus, GL_COMPILE); torus(8, 25); glEndList(); glShadeModel(GL_FLAT); glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 0.0); } void display(void) { glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); glColor3f(1.0, 1.0, 1.0); glCallList(theTorus); glFlush(); } void reshape(int w, int h) { glViewport(0, 0, (GLsizei) w, (GLsizei) h); glMatrixMode(GL_PROJECTION); glLoadIdentity(); gluPerspective(30, (GLfloat) w/(GLfloat) h, 1.0, 100.0); glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glLoadIdentity(); gluLookAt(0, 0, 10, 0, 0, 0, 0, 1, 0); } /* Rotate about x-axis when “x” typed; rotate about y-axis when “y” typed; “i” returns torus to original view */ void keyboard(unsigned char key, int x, int y) { switch (key) { case 'x': case 'X': glRotatef(30., 1.0, 0.0, 0.0); glutPostRedisplay(); break; case 'y': case 'Y': glRotatef(30., 0.0, 1.0, 0.0); glutPostRedisplay(); break; case 'i': case 'I': glLoadIdentity(); gluLookAt(0, 0, 10, 0, 0, 0, 0, 1, 0); glutPostRedisplay(); break; case 27: exit(0); break; } } int main(int argc, char **argv) { glutInitWindowSize(200, 200); glutInit(&argc, argv); glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGB); glutCreateWindow(argv[0]); init(); glutReshapeFunc(reshape); glutKeyboardFunc(keyboard); glutDisplayFunc(display); glutMainLoop(); return 0; } ``` 在这个示例中，`init()` 函数创建了一个圆环的显示列表并初始化OpenGL渲染状态。`torus()` 函数用于绘制圆环，它被 `glNewList()` 和 `glEndList()` 括起来，从而定义了一个显示列表。`glNewList()` 的 `listName` 参数是一个由 `glGenLists()` 生成的整数索引，用于唯一标识这个显示列表。 用户可以在窗口获得焦点时按下 `x` 或 `y` 键，使圆环绕x轴或y轴旋转。每当发生这种情况时，回调函数 `keyboard()` 会被调用，它将一个30度的旋转矩阵（绕x轴或y轴）