CSharpGL(0)一个易学易用的C#版OpenGL

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CSharpGL(0)一个易学易用的C#版OpenGL

CSharpGL是我受到SharpGL的启发，在整理了SharpGL，GLM，SharpFont等开源库的基础上，做的一个新的C#版OpenGL库，希望它能做到易学易用，简化OpenGL开发，减少低级错误，帮助初学者更快地由入门到精通。

CSharpGL全部源代码、示例、文档都可以在（https://github.com/bitzhuwei/CSharpGL）下载。

下面这段话引自（http://blog.sina.com.cn/s/blog_7cfb366d0101eglm.html）

学习OpenGL之所以痛苦，是因为首先只有两本推荐的，一本红宝书《OpenGL编程指南》；一本蓝宝书《OpenGL超级宝典》，初学者看他的东西往往会不知所云。在学习初期，除了少的可怜的书之外，更缺乏调试器。本身物体在三维空间，输错一个正负号就有可能让你找不到你的物体在哪里，没有调试的话你甚至不知道中间过程的时候，物体到底是什么样子。也就是说基本就是一抹黑，你可能既不知道你顶点坐标是否正确，也不知道某些个API是不是调用错误，抑或者是像深度缓冲没开等等，只能靠运气一般的去调去试。我就是这么可怜的度过了那段时间，现在想起来真心感叹，没人带没人教就是这么惨。

2016-08-13

由于CSharpGL一直在更新，现在这个教程已经不适用最新的代码了。CSharpGL源码中包含10多个独立的Demo，更适合入门参考。

为了尽可能提升渲染效率，CSharpGL是面向Shader的，因此稍有难度。

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CSharpGL有什么？

• matrix\vector\quaternion
• OpenGL API
• GLSL shader
• vertex buffer object\vertex array object\uniform buffer\texture buffer\pixel pack buffer\pixel unpack buffer
• framebuffer\render buffer
• perspective\orthogonal camera
• texture
• query object
• transform\scene
• text
• UI
• Winform Control(GLCanvas)
• teapot\cube\sphere\axis
• arcball\satellite

下面是目前CSharpGL的一部分示例。

绘制模型

你可以用legacy opengl(glVertex)或modern opengl(VBO+Shader)绘制模型。当然这是最基本的功能。CSharpGL提供一个GLCanvas控件供你进行绘制。

使用纹理（贴图）

你可以用legacy opengl(glVertex)或modern opengl(VBO+Shader)为模型贴上贴图。例如下面是用一个含有ASCII码的贴图贴在一个Quad上实现的。（此例还含有Blend相关的操作）

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用Shader实现光照效果

CSharpGL集成了一些《OpenGL Programming Guide》的Demo。例如在GLSL中实现光照效果。

用Shader制作Fur效果

下图所示的模型数据中只有蓝色的人物，外层的白色毛毛是geometry shader根据模型顶点信息制作出来的。这也是从redbook转换到C#的Demo之一。

Particle Simulator

ParticleSimulator用Compute Shader和glMapBufferRange实现了一个简单的例子效果。这也是从redbook转换到C#的Demo之一。

Instanced Rendering

这个Demo演示了用DrawArraysInstanced实现Instanced Rendering的方法。这也是从redbook转换到C#的Demo之一。

立方体纹理CubeMap

这个从redbook中转换来的CubeMap示例，展示了如何加载DDS文件并用作CubeMap。

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绘制文字

CSharpGL提供一个PointSpriteStringElement类型实现绘制所有Unicode范围内文字的功能。你可以加载任何TTF/TTC文件中的字形来绘制文字。如果加载的TTF文件含有中文字形，就可以用来显示中文字符。如果含有任何其他语言文字的字形，都是可以显示的。

CSharpGL提供一个副产品：TTF2Bmps，可以从TTF/TTC字体文件中提取所有的字形，保存为PNG图片。这演示了CSharpGL内部是如何获取字形贴图的。

PointSprite示例

CSharpGL提供了多个使用PointSprite进行绘制的Demo。CSharpGL还提供了很多其他OpenGL功能的用法的示例代码。你可以在CSharpGL.Winforms.Demo项目中找到所有的Demo。

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对VBO内的图元的拾取

CSharpGL提供IColorCodedPicking接口用以实现拾取功能。你可以在下面的Demo程序中了解如何使用IColorCodedPicking及其辅助类型。

绘制UI控件

在上面的示例中你看到有的窗口左下角有一个坐标系，这就是一种UI元素。下面是另一个UI元素（色标）。UI元素可以指定其大小、是否绑定到上下左右边框等属性。只需实现IUILayout接口即可自动实现UI布局。你可以从示例代码中看到这一布局机制是如何实现的。这一布局机制对legacy OpenGL和modern OpenGL的效果相同。

渲染*.3ds文件

CSharpGL实现了3ds文件的解析器和加载器，可以解析并渲染3ds文件里的模型。例如下面这个盆景就是从（http://www.cgrealm.org/d/downpage.php?n=2&id=15764::1326768548）得到的一个3ds文件的渲染结果。

CSharpGL提供的3ds解析器已经能够解析40多种类型的3ds块，涵盖了大多数常用功能，且易于扩展。

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其它

CSharpGL还提供了很多其他的Demo，如对基础类型UnmanagedArray的使用、Debugging的使用、MapBuffer、Feedback、Instanced Rendering、3D纹理等。我会继续添加新的功能和Demo。你既可以通过CSharpGL来学习OpenGL，也可以用CSharpGL来编写OpenGL程序。

CSharpGL为了降低出错可能，为OpenGL各项功能提供了针对性的枚举类型、重载方法和易于理解的对象。例如等BufferTarget、BufferUsage、GetTarget、PolygonMode、PrimitiveMode、ShadeModel等枚举类型，Camera、ShaderProgram、SceneElementBase、RenderContext、Texture2D等通用的类型，IColorCodedPicking、IUILayout、IMVP、IRenderable等包含着各自的功能机制的接口。

CSharpGL将为每项功能、机制编写文档，讲解其原理和实现，并提供Demo。为了让我能在未来多少年后都能顺利地重拾OpenGL，我一定会尽心地把文档做好。

CSharpGL还拿来了GLM、SharpFont等开源项目，用于计算矩阵、获取字形贴图等操作。

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CSharpGL与其他C#OpenGL类库的对比

SharpGL

创建OpenGL Render Context的过程只支持Windows平台。

提供OpenGLControl控件供执行OpenGL指令。

提供SceneControl和一系列接口，用于绘制一个树状组织的场景。但树状组织的场景是基于legacy OpenGL的栈结构（glPushMatrix()、glPopMatrix()）设计的，对modern OpenGL并不恰当（但仍可用）。

提供了一些Studio之类的工具，但几乎不能使用。

提供了VSIX插件，可一键创建SharpGL项目。这很适合初学者研究OpenGL入门。

提供数十个Demo项目，分别演示了OpenGL的某些功能（贴图、拾取、光照……）的实现方法。

在渲染文字、拾取等高级内容方面没有针对modern OpenGL的方案。

到今天（2015年8月30日）已有半年多不更新。针对modern OpenGL的内容比较少。

文档基本上没有，不过也不需要太多文档，直接追踪代码就可以了解了。

OpenTK

跨平台。为实现跨平台，大量使用了设计模式，代码复杂度飙升，不利于学习掌握。

针对OpenGL、OpenGL ES的各个版本分别编写底层接口，代码量飙升，不利于学习理解。

同时含有OpenCL、OpenAL，功能可谓丰富。

部分功能尚未实现，只列出了代码框架。

由于代码量超大，内存占用稍多，速度稍慢。（待验证）

文档还是有一些的。

Tao.Framework

几年前Tao.Framework已被OpenTK取代，我就不再关注了。

CSharpGL

创建OpenGL Render Context的过程只支持Windows平台。

提供GLCanvas控件供执行OpenGL指令。

面向modern OpenGL，兼顾legacy OpenGL，为场景元素提供最简设计。并用接口及其辅助机制实现矩阵变换、拾取、UI布局等功能。

提供数十个Demo，分别演示了OpenGL的某些功能（Shader、贴图、拾取、光照、文字、UI……）的实现方法。

将部分《OpenGL Programming Guide(8^th Edition)》中的代码转换为C#版。

提供TTF2Bmps，可读取TTF/TTC字体文件后输出含有字形的PNG图片及其位置信息（XML）。

CSharpGL刚刚问世，文档将针对各个功能点逐步添加。

总评

在跨平台方面，只有OpenTK能做到。跨平台到底有多大的价值，我不敢妄言。但对于水平有限的本人来说，能够简化一切不必要的复杂性，把OpenGL本身学好是第一位的，所以在学习阶段能否跨平台并不重要。

在功能方面，OpenTK也是最丰富的，但学习起来比较费力。SharpGL学起来比较轻松，但其功能在支持modern OpenGL方面比较少。很多很实用的功能又没有很好的实现，导致难以使用。

在性能方面，OpenTK与SharpGL调用底层的OpenGL函数的机制是相同的，所以两者应该没有大的区别。但OpenTK本身的代码量很大，所以可能稍微慢一点点，不过在目前的硬件配置能够承受的情况下，这都不成问题。（若要追求最高速度，直接用C/C++才行。用C#主要是为了提升开发和调试效率，少折腾）

在OpenGL接口方面，OpenTK也是很全面的，SharpGL对modern OpenGL的支持则很少。

CSharpGL的目标是易学易用。为此，CSharpGL除了调用OpenGL指令、执行矩阵变换、创建Render Context等最基础的功能外，都做成了可选的Demo项目。一方面Demo代码可用作学习参考，另一方面可以去掉Demo项目，只用最基础的类库进行开发。CSharpGL的Demo涵盖了OpenGL的各项功能，并对绘制文字、UI、拾取等高级功能也设计了可复用的机制，且全部面向modern OpenGL。

总之，OpenTK是强大而稍复杂，SharpGL是简约而稍老旧，CSharpGL则结合使用简便、功能丰富两方面，用“一个Demo演示一项功能”的方式学用OpenGL。

计划

首先，我想把redbook里的例子都转换为C#版放到CSharpGL里，作为demo演示OpenGL的各项功能是如何实现的。在这一过程中，必然会涉及补充一些文件格式解析器、枚举类型、类似Texture2D的实用类型等。

然后，我希望把NEHE的例子都集成进来。NEHE是用legacy OpenGL写的，我除了集成legacy OpenGL版外，还要用modernOpenGL写一遍。

还有，我找到一个很好的网站（http://ogldev.atspace.co.uk/），有很多实用强大的例子，我打算把这里的例子也都转换为C#版，放到CSharpGL里。

可以看到，我的计划就是找很多很多的例子，转换成C#版，安排到CSharpGL里，在这过程中丰富CSharpGL的类库。这样，既有大量的例子可以学习模仿，又有强大的可复用类库，CSharpGL就能实现易学易用的目标了。

我计划针对所有实现了的功能、机制逐个写一篇随笔。本篇算是开篇。

总结

学OpenGL有2年了，从NEHE到SharpGL，从《3D Math Primer for Graphics and Game Development》到《OpenGL Programming Guide》，算是对OpenGL有了初级的认识。最近我纠集整理了SharpGL，GLM，SharpFont等开源库，想做一个更好用的纯C#版OpenGL。欢迎对OpenGL有兴趣的同学加入（https://github.com/bitzhuwei/CSharpGL）