本课我们来谈谈如何显示文字。
OpenGL并没有直接提供显示文字的功能，并且，OpenGL也没有自带专门的字库。因此，要显示文字，就必须依赖操作系统所提供的功能了。
各种流行的图形操作系统，例如Windows系统和Linux系统，都提供了一些功能，以便能够在OpenGL程序中方便的显示文字。
最常见的方法就是，我们给出一个字符，给出一个显示列表编号，然后操作系统由把绘制这个字符的OpenGL命令装到指定的显示列表中。当需要绘制字符的时候，我们只需要调用这个显示列表即可。
不过，Windows系统和Linux系统，产生这个显示列表的方法是不同的（虽然大同小异）。作为我个人，只在Windows系统中编程，没有使用Linux系统的相关经验，所以本课我们仅针对Windows系统。

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[color=FF0000]OpenGL版的“Hello, World!”[/color]
写完了本课，我的感受是：显示文字很简单，显示文字很复杂。看似简单的功能，背后却隐藏了深不可测的玄机。
呵呵，别一开始就被吓住了，让我们先从“Hello, World!”开始。
前面已经说过了，要显示字符，就需要通过操作系统，把绘制字符的动作装到显示列表中，然后我们调用显示列表即可绘制字符。
假如我们要显示的文字全部是ASCII字符，则总共只有0到127这128种可能，因此可以预先把所有的字符分别装到对应的显示列表中，然后在需要时调用这些显示列表。
Windows系统中，可以使用wglUseFontBitmaps函数来批量的产生显示字符用的显示列表。函数有四个参数：
第一个参数是HDC，学过Windows GDI的朋友应该会熟悉这个。如果没有学过，那也没关系，只要知道调用wglGetCurrentDC函数，就可以得到一个HDC了。具体的情况可以看下面的代码。
第二个参数表示第一个要产生的字符，因为我们要产生0到127的字符的显示列表，所以这里填0。
第三个参数表示要产生字符的总个数，因为我们要产生0到127的字符的显示列表，总共有128个字符，所以这里填128。
第四个参数表示第一个字符所对应显示列表的编号。假如这里填1000，则第一个字符的绘制命令将被装到第1000号显示列表，第二个字符的绘制命令将被装到第1001号显示列表，依次类推。我们可以先用glGenLists申请128个连续的显示列表编号，然后把第一个显示列表编号填在这里。
还要说明一下，因为wglUseFontBitmaps是Windows系统特有的函数，所以在使用前需要加入头文件：#include <windows.h>。
现在让我们来看具体的代码：
[code=c]#include <windows.h>

// ASCII字符总共只有0到127，一共128种字符
#define MAX_CHAR       128

void drawString(const char* str) {
    static int isFirstCall = 1;
    static GLuint lists;

    if( isFirstCall ) { // 如果是第一次调用，执行初始化
                        // 为每一个ASCII字符产生一个显示列表
        isFirstCall = 0;

        // 申请MAX_CHAR个连续的显示列表编号
        lists = glGenLists(MAX_CHAR);

        // 把每个字符的绘制命令都装到对应的显示列表中
        wglUseFontBitmaps(wglGetCurrentDC(), 0, MAX_CHAR, lists);
    }
    // 调用每个字符对应的显示列表，绘制每个字符
    for(; *str!='\0'; ++str)
        glCallList(lists + *str);
}[/code]

显示列表一旦产生就一直存在（除非调用glDeleteLists销毁），所以我们只需要在第一次调用的时候初始化，以后就可以很方便的调用这些显示列表来绘制字符了。
绘制字符的时候，可以先用glColor*等指定颜色，然后用glRasterPos*指定位置，最后调用显示列表来绘制。
[code=c]void display(void) {
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

    glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);
    glRasterPos2f(0.0f, 0.0f);
    drawString("Hello, World!");

    glutSwapBuffers();
}[/code]

效果如图：
[img]http://blog.programfan.com/upfile/200805/20080505132619.gif[/img]

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[color=FF0000]指定字体[/color]
在产生显示列表前，Windows允许选择字体。
我做了一个selectFont函数来实现它，大家可以看看代码。
[code=c]void selectFont(int size, int charset, const char* face) {
    HFONT hFont = CreateFontA(size, 0, 0, 0, FW_MEDIUM, 0, 0, 0,
        charset, OUT_DEFAULT_PRECIS, CLIP_DEFAULT_PRECIS,
        DEFAULT_QUALITY, DEFAULT_PITCH | FF_SWISS, face);
    HFONT hOldFont = (HFONT)SelectObject(wglGetCurrentDC(), hFont);
    DeleteObject(hOldFont);
}

void display(void) {
    selectFont(48, ANSI_CHARSET, "Comic Sans MS");

    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

    glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);
    glRasterPos2f(0.0f, 0.0f);
    drawString("Hello, World!");

    glutSwapBuffers();
}[/code]
最主要的部分就在于那个参数超多的CreateFont函数，学过Windows GDI的朋友应该不会陌生。没有学过GDI的朋友，有兴趣的话可以自己翻翻MSDN文档。这里我并不准备仔细讲这些参数了，下面的内容还多着呢:(
如果需要在自己的程序中选择字体的话，把selectFont函数抄下来，在调用glutCreateWindow之后、在调用wglUseFontBitmaps之前使用selectFont函数即可指定字体。函数的三个参数分别表示了字体大小、字符集（英文字体可以用ANSI_CHARSET，简体中文字体可以用GB2312_CHARSET，繁体中文字体可以用CHINESEBIG5_CHARSET，对于中文的Windows系统，也可以直接用DEFAULT_CHARSET表示默认字符集）、字体名称。
效果如图：
[img]http://blog.programfan.com/upfile/200805/20080505132624.gif[/img]

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[color=FF0000]显示中文[/color]
原则上，显示中文和显示英文并无不同，同样是把要显示的字符做成显示列表，然后进行调用。
但是有一个问题，英文字母很少，最多只有几百个，为每个字母创建一个显示列表，没有问题。但是汉字有非常多个，如果每个汉字都产生一个显示列表，这是不切实际的。
我们不能在初始化时就为每个字符建立一个显示列表，那就只有在每次绘制字符时创建它了。当我们需要绘制一个字符时，创建对应的显示列表，等绘制完毕后，再将它销毁。
这里还经常涉及到中文乱码的问题，我对这个问题也不甚了解，但是网上流传的版本中，使用了MultiByteToWideChar这个函数的，基本上都没有出现乱码，所以我也准备用这个函数:)
通常我们在C语言里面使用的字符串，如果中英文混合的话，例如“this is 中文字符.”，则英文字符只占用一个字节，而中文字符则占用两个字节。用MultiByteToWideChar函数，可以转化为所有的字符都占两个字节（同时解决了前面所说的乱码问题:)）。
转化的代码如下：
[code=c]// 计算字符的个数
// 如果是双字节字符的（比如中文字符），两个字节才算一个字符
// 否则一个字节算一个字符
len = 0;
for(i=0; str[i]!='\0'; ++i)
{
    if( IsDBCSLeadByte(str[i]) )
        ++i;
    ++len;
}

// 将混合字符转化为宽字符
wstring = (wchar_t*)malloc((len+1) * sizeof(wchar_t));
MultiByteToWideChar(CP_ACP, MB_PRECOMPOSED, str, -1, wstring, len);
wstring[len] = L'\0';

// 用完后记得释放内存
free(wstring);[/code]

加上前面所讲到的wglUseFontBitmaps函数，即可显示中文字符了。
[code=c]void drawCNString(const char* str) {
    int len, i;
    wchar_t* wstring;
    HDC hDC = wglGetCurrentDC();
    GLuint list = glGenLists(1);

    // 计算字符的个数
    // 如果是双字节字符的（比如中文字符），两个字节才算一个字符
    // 否则一个字节算一个字符
    len = 0;
    for(i=0; str[i]!='\0'; ++i)
    {
        if( IsDBCSLeadByte(str[i]) )
            ++i;
        ++len;
    }

    // 将混合字符转化为宽字符
    wstring = (wchar_t*)malloc((len+1) * sizeof(wchar_t));
    MultiByteToWideChar(CP_ACP, MB_PRECOMPOSED, str, -1, wstring, len);
    wstring[len] = L'\0';

    // 逐个输出字符
    for(i=0; i<len; ++i)
    {
        wglUseFontBitmapsW(hDC, wstring[i], 1, list);
        glCallList(list);
    }

    // 回收所有临时资源
    free(wstring);
    glDeleteLists(list, 1);
}[/code]

注意我用了wglUseFontBitmapsW函数，而不是wglUseFontBitmaps。wglUseFontBitmapsW是wglUseFontBitmaps函数的宽字符版本，它认为字符都占两个字节。因为这里使用了MultiByteToWideChar，每个字符其实是占两个字节的，所以应该用wglUseFontBitmapsW。
[code=c]void display(void) {
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

    selectFont(48, ANSI_CHARSET, "Comic Sans MS");
    glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);
    glRasterPos2f(-0.7f, 0.4f);
    drawString("Hello, World!");

    selectFont(48, GB2312_CHARSET, "楷体_GB2312");
    glColor3f(1.0f, 1.0f, 0.0f);
    glRasterPos2f(-0.7f, -0.1f);
    drawCNString("当代的中国汉字");

    selectFont(48, DEFAULT_CHARSET, "华文仿宋");
    glColor3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);
    glRasterPos2f(-0.7f, -0.6f);
    drawCNString("傳統的中國漢字");

    glutSwapBuffers();
}[/code]
效果如图：
[img]http://blog.programfan.com/upfile/200805/20080505132632.gif[/img]

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[color=FF0000]纹理字体[/color]
把文字放到纹理中有很多好处，例如，可以任意修改字符的大小（而不必重新指定字体）。
对一面飘动的旗帜使用带有文字的纹理，则文字也会随着飘动。这个技术在“三国志”系列游戏中经常用到，比如关羽的部队，旗帜上就飘着个“关”字，张飞的部队，旗帜上就飘着个“张”字，曹操的大营，旗帜上就飘着个“曹”字。三国人物何其多，不可能为每种姓氏都单独制作一面旗帜纹理，如果能够把文字放到纹理上，则可以解决这个问题。（参见后面的例子：绘制一面“曹”字旗）
如何把文字放到纹理中呢？自然的想法就是：“如果前面所用的显示列表，可以直接往纹理里面绘制，那就好了”。不过，“绘制到纹理”这种技术要涉及的内容可不少，足够我们专门拿一课的篇幅来讲解了。这里我们不是直接绘制到纹理，而是用简单一点的办法：先把汉字绘制出来，成为像素，然后用glCopyTexImage2D把像素复制为纹理。
glCopyTexImage2D与glTexImage2D的用法是类似的（参见第11课），不过前者是直接把绘制好的像素复制到纹理中，后者是从内存传送数据到纹理中。要使用到的代码大致如下：
[code=c]// 先把文字绘制好
glRasterPos2f(XXX, XXX);
drawCNString("關");

// 分配纹理编号
glGenTextures(1, &texID);

// 指定为当前纹理
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texID);

// 把像素作为纹理数据
// 将屏幕(0, 0) 到 (64, 64)的矩形区域的像素复制到纹理中
glCopyTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGBA, 0, 0, 64, 64, 0);

// 设置纹理参数
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,
    GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,
    GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);[/code]
然后，我们就可以像使用普通的纹理一样来做了。绘制各种物体时，指定合适的纹理坐标即可。


有一个细节问题需要特别注意。大家看上面的代码，指定文字显示的位置，写的是glRasterPos2f(XXX, XXX);这里来讲讲如何计算这个显示坐标。
让我们首先从计算文字的大小谈起。大家知道即使是同一字号的同一个文字，大小也可能是不同的，英文字母尤其如此，有的字体中大写字母O和小写字母l是一样宽的（比如Courier New），有的字体中大写字母O比较宽，而小写字母l比较窄（比如Times New Roman），汉字通常比英文字母要宽。
为了计算文字的宽度，Windows专门提供了一个函数GetCharABCWidths，它计算一系列连续字符的ABC宽度。所谓ABC宽度，包括了a, b, c三个量，a表示字符左边的空白宽度，b表示字符实际的宽度，c表示字符右边的空白宽度，三个宽度值相加得到整个字符所占宽度。如果只需要得到总的宽度，可以使用GetCharWidth32函数。如果要支持汉字，应该使用宽字符版本，即GetCharABCWidthsW和GetCharWidth32W。在使用前需要用MultiByteToWideChar函数，将通常的字符串转化为宽字符串，就像前面的wglUseFontBitmapsW那样。
解决了宽度，我们再来看看高度。本来，在指定字体的时候指定大小为s的话，所有的字符高度都为s，只有宽度不同。但是，如果我们使用glRasterPos2i(-1, -1)从最左下角开始显示字符的话，其实是不能得到完整的字符的:(。我们知道英文字母在写的时候可以分上中下三栏，这时绘制出来只有上、中两栏是可见的，下面一栏则不见了，字母g尤其明显。见下图：
[img]http://blog.programfan.com/upfile/200805/20080505132638.gif[/img]

所以，需要把绘制的位置往上移一点，具体来说就是移动下面一栏的高度。这个高度是多少像素呢？这个我也不知道有什么好办法来计算，根据我的经验，移动整个字符高度的八分之一是比较合适的。例如字符大小为24，则移动3个像素。
还要注意，OpenGL 2.0以前的版本，通常要求纹理的大小必须是2的整数次方，因此我们应该设置字体的高度为2的整数次方，例如16, 32, 64，这样用起来就会比较方便。
现在让我们整理一下思路。首先要做的是将字符串转化为宽字符的形式，以便使用wglUseFontBitmapsW和GetCharWidth32W函数。然后设置字体大小，接下来计算字体宽度，计算实际绘制的位置。然后产生显示列表，利用显示列表绘制字符，销毁显示列表。最后分配一个纹理编号，把字符像素复制到纹理中。
呵呵，内容已经不少了，让我们来看看代码。 

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[code=c]#define FONT_SIZE       64
#define TEXTURE_SIZE    FONT_SIZE

GLuint drawChar_To_Texture(const char* s) {
    wchar_t w;
    HDC hDC = wglGetCurrentDC();

    // 选择字体字号、颜色
    // 不指定字体名字，操作系统提供默认字体
    // 设置颜色为白色
    selectFont(FONT_SIZE, DEFAULT_CHARSET, "");
    glColor3f(1.0f, 1.0f, 1.0f);

    // 转化为宽字符
    MultiByteToWideChar(CP_ACP, MB_PRECOMPOSED, s, 2, &w, 1);

    // 计算绘制的位置
    {
        int width, x, y;
        GetCharWidth32W(hDC, w, w, &width);    // 取得字符的宽度
        x = (TEXTURE_SIZE - width) / 2;
        y = FONT_SIZE / 8;
        glWindowPos2iARB(x, y); // 一个扩展函数
    }

    // 绘制字符
    // 绘制前应该将各种可能影响字符颜色的效果关闭
    // 以保证能够绘制出白色的字符
    {
        GLuint list = glGenLists(1);

        glDisable(GL_DEPTH_TEST);
        glDisable(GL_LIGHTING);
        glDisable(GL_FOG);
        glDisable(GL_TEXTURE_2D);

        wglUseFontBitmaps(hDC, w, 1, list);
        glCallList(list);
        glDeleteLists(list, 1);
    }

    // 复制字符像素到纹理
    // 注意纹理的格式
    // 不使用通常的GL_RGBA，而使用GL_LUMINANCE4
    // 因为字符本来只有一种颜色，使用GL_RGBA浪费了存储空间
    // GL_RGBA可能占16位或者32位，而GL_LUMINANCE4只占4位
    {
        GLuint texID;
        glGenTextures(1, &texID);
        glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texID);
        glCopyTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_LUMINANCE4,
            0, 0, TEXTURE_SIZE, TEXTURE_SIZE, 0);
        glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,
            GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
        glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,
            GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
        return texID;
    }
}[/code]

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为了方便，我使用了glWindowPos2iARB这个扩展函数来指定绘制的位置。如果某个系统中OpenGL没有支持这个扩展，则需要使用较多的代码来实现类似的功能。为了方便的调用这个扩展，我使用了GLEE。详细的情形可以看本教程第十四课，最后的那一个例子。GL_ARB_window_pos扩展在OpenGL 1.3版本中已经成为标准的一部分，而几乎所有现在还能用的显卡在正确安装驱动后都至少支持OpenGL 1.4，所以不必担心不支持的问题。
另外，占用的空间也是需要考虑的问题。通常，我们的纹理都是用GL_RGBA格式，OpenGL会保存纹理中每个像素的红、绿、蓝、alpha四个值，通常，一个像素就需要16或32个二进制位才能保存，也就是2个字节或者4个字节才保存一个像素。我们的字符只有“绘制”和“不绘制”两种状态，因此一个二进制位就足够了，前面用16个或32个，浪费了大量的空间。缓解的办法就是使用GL_LUMINANCE4这种格式，它不单独保存红、绿、蓝颜色，而是把这三种颜色合起来称为“亮度”，纹理中只保存这种亮度，一个像素只用四个二进制位保存亮度，比原来的16个、32个要节省不少。注意这种格式不会保存alpha值，如果要从纹理中取alpha值的话，总是返回1.0。

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[color=FF0000]应用纹理字体的实例：飘动的旗帜[/color]
[color=0000FF]（提示：这一段需要一些数学知识）[/color]
有了纹理，只要我们绘制一个正方形，适当的设置纹理坐标，就可以轻松的显示纹理图象了（参见第十一课），因为这里纹理图象实际上就是字符，所以我们也就显示出了字符。并且，随着正方形大小的变化，字符的大小也会随着变化。
直接贴上纹理，太简单了。现在我们来点挑战性的：画一个飘动的曹操军旗帜。效果如下图，很酷吧？呵呵。
[img]http://blog.programfan.com/upfile/200805/20080505132643.jpg[/img]

效果是不错，不过它也不是那么容易完成的，接下来我们一点一点的讲解。 

为了完成上面的效果，我们需要具备以下的知识：
1. 用多个四边形（实际上是矩形）连接起来，制作飘动的效果
2. 使用光照，计算法线向量
3. 把纹理融合进去

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先不管那个大大的“曹”字，我们来看怎样制作出飘动的形状的。
首先让我们回忆一下，如何画一个圆。首先画一个正六边形，然后在六边形的基础上修改，每一边变化为两边，成为正十二边形，继续变化，得到正二十四边形、正四十八边形，越往后进行，形状就越接近圆了。
飘动的形状也是这样制作出来的。最开始的时候，整个旗帜是一个矩形，每次变化时，从水平方向上将每个矩形分成两段，下面的几幅图片表示了变化的过程。四幅图片依次是：分为两段、分为四段、分为八段、分为十六段时的效果。

[img]http://blog.pfan.cn/upfile/200805/20080505132648.jpg[/img][img]http://blog.pfan.cn/upfile/200805/20080505132654.jpg[/img]
[img]http://blog.pfan.cn/upfile/200805/20080505132659.jpg[/img][img]http://blog.pfan.cn/upfile/200805/2008050513274.jpg[/img]

旗帜摆动时，我们简单的认为：旗帜的每一个点的x坐标和y坐标都不变，只有z坐标发生变化。而且z坐标是呈波浪形状的变化，这种变化规律可以用正弦函数来表示。
对一个固定的点，其z坐标可以表示为z = sin(t * c1 + c2) * c3 + c4，其中c1, c2, c3, c4都是常数。从纯数学的角度分析，c4可以表示偏移值，这里只要简单的设置为零，c3表示了摆动的幅度，c2可以设置为一个跟点的x坐标相关的量，c1表示了摆动的速度。
让我们来看看代码吧。首先需要定义较多的常量:(
[quote]#define MIN_X       (-0.5f)
#define MAX_X       (0.5f)
#define MIN_Y       (-0.5f)
#define MAX_Y       (0.5f)
#define SEGS        ((int)((MAX_X - MIN_X) * (512/2)))
#define RANGE       (0.05f)
#define CIRCLES     (2.0f)
#define SPEED       (5.0f)
#define PI          (3.1415926f)[/quote]

前面四个量表示了旗帜的大小范围。
SEGS表示分段数，分段越多则显示越细致，这里我把它定义成了与旗帜宽度相关的量。
RANGE表示摆动幅度，CIRCLES表示一面旗帜会出现多少个波峰，SPEED表示摆动速度。这三个量分别与公式z = sin(t * c1 + c2) * c3 + c4中的c3, c2, c1成正比。
最后还要定义一个常量PI，表示圆周率。
有了这些常量，我们就可以编写具体的代码了：

[quote]#include <math.h>

// theta是一个随时间变化的量
GLfloat theta = 0.0f;

// 绘制一面旗帜
void draw(void) {
    int i;
    // 每绘制一段，坐标x应该增加的量
    const GLfloat x_inc = (MAX_X - MIN_X) / SEGS;
    // 每绘制一段，纹理坐标s应该增加的量
    const GLfloat t_inc = 1.0f / SEGS;
    // 每绘制一段，常数theta应该增加的量
    const GLfloat theta_inc = 2 * PI * CIRCLES / SEGS;

    // 用GL_QUAD_STRIP来绘制相连的四边形
    glBegin(GL_QUAD_STRIP);
    for(i=0; i<=SEGS; ++i) {
        // 按照z = sin(t * c1 + c2) * c3 + c4的公式计算z坐标
        const GLfloat z = RANGE * sin(i*theta_inc + theta);

        // 一段只需要指定两个点
        // 第三个点其实是下一段的第一个点
        // 之所以使用三个点，是为了构成一个平面
        // 便于计算法线向量
        const GLfloat
            v1[] = {i*x_inc + MIN_X, MAX_Y, z},
            v2[] = {i*x_inc + MIN_X, MIN_Y, z},
            v3[] = {
                (i+1)*x_inc + MIN_X,
                MAX_Y,
                RANGE * sin((i+1)*theta_inc + theta)};

        // 调用一个函数来计算法线向量
        setNormal(v1, v2, v3);

        // 设置合适的纹理坐标和顶点坐标
        glTexCoord2f(i*t_inc, 1.0f);
        glVertex3fv(v1);
        glTexCoord2f(i*t_inc, 0.0f);
        glVertex3fv(v2);
    }
    glEnd();
}

// 系统空闲时调用
// 增加theta的值，然后重新绘制
void idle(void) {
    theta += (SPEED * PI / 180.0f);
    glutPostRedisplay();
}[/quote]

呃，刚才被叫去开会……
接着发。