windows窗体 基于MVC模式的OpenGL Windows GUI 应用程序

本文是关于在Windows平台上用MVC（模型-视图-控制器）框架来创建一个OpenGL GUI应用程序。MVC架构对于GUI应用程序来说是一个常见的设计框架，用于很多GUI库，如.NET，MFC，Qt，JavaFx等等。这种MVC框架的主要优点在于：从Windows系统中和用于多个窗口的通用消息路由中将系统无关的OpenGL调用完全分离出来。简介

MVC设计示意图

MVC示例把一个应用程序分成三个独立组件：模型，视图和控制器组件，这是为了让三者之间的依赖关系最弱。

模型组件是应用程序的大脑部分，它包含了所有应用程序数据和实现，用于告诉应用程序应该怎样表现。更重要的是，模型组件没有任何视图或控制器组件的引用，这意味着模型组件是单纯独立的，它不知道控制器或者视图组件与谁有关联。模型组件只是处理来自任何控制器或视图组件的请求。

视图组件负责将视觉内容渲染到屏幕上。同时，视图模块没有任何控制器组件的引用（在控制器中独立）。当任何控制器组件请求更新视觉内容时，视图组件只是实现渲染处理。但是，视图组件应该引用某个模型组件，因为它必须知道从哪里获得数据，只有这样它才能在屏幕上渲染数据。

控制器组件是用户和应用程序之间的桥梁，它可以通过接收和处理所有的用户事件，如键盘输入和鼠标输入。这个模块应该知道要访问哪个模型和视图组件。为了处理一个用户事件，控制器组件请求模型来处理新数据，同时告诉视图组件更新视觉信息。

一个GUI应用程序：货币转换

这是一个非常简单的场景，想象你正在做一个加元到美元的货币转换程序，当用户点击“转换”按钮，你的应用程序应该做什么？

1.控制器首先得到按钮的单击事件。

2.控制器向模型发送输入值并且请求转换。

3.模型把输入转成美元并且保存结果。

4.控制器请求视图显示结果。

5.视图得到来自模型的结果。

6.视图在屏幕上显示结果。

MVC设计的主要优点是清晰性和模块性。因为MVC示例把一个应用程序干干净净地分解成三个逻辑模块，这样一来更清晰、更容易理解每个组件的作用，让不同开发者分别维护各个模块。由于MVC高效的模块性，组件是可交互的、可扩展的。例如：你可以自定义视图组件look-and-feel，无需修改模型和控制器模块，或者你可以同时添加多个不同视图（表格和图表）。

例1:glWinSimple

这是一个窗体OpenGL应用程序，它除了鼠标交互外没有GUI控件。但是，这个例子可以帮助我们更好地理解怎样在一个OpenGL应用程序中实现MVC设计。之后，我们会在后面的部分讨论更复杂的例子。

glWinSimple的MVC示例图

从glWinSimple.zip下载源文件和二进制（64位）文件

(更新日期：2016-07-18，包含VS2015项目)

这个应用程序包括三个独立的

C++类：ModelGL，ViewGL和ControllerGL。对于OpenGL应用程序来说，所有系统无关的OpenGL命令都可以放在ModelGL组件中，所以，模型组件本身可以无需修改就在其它平台上重用。因此，模型在控制器和视图模块上是单纯独立的。

视图组件用于向屏幕渲染视觉结果。因此，所有的显示设备属性（渲染上下文，颜色位数等等）都会放在这个组件中。同时，系统特定的OpenGL命令会放在这个组件中，如wglCreateContext()何wglMakeCurrent()。此外，视图组件不会引用控制器（独立于控制器），但是可能会引用到模型，例如：要得到模型数据来更新视图内容。

控制器组件首先用于接收所有用户事件，之后更新模型状态，并且通知视图组件渲染场景。对于键盘和鼠标左/右键，控制器有基本的输入处理函数。请看一下ControllerGL类中keyDown(), lButtonDown(), rButtonDown(), mouseMove()等方法的源代码。ControllerGL类从Controller.cpp的基类继承，如果你需要重写默认方法，你可以向ControllerGL类中加入事件处理器。

这三个对象是在main方法中创建的，之后会创建一个引用（指针）ControllerGL对象的单个窗口。我使用了一个帮助类Window.cpp来创建一个窗体。注意，main函数还是非常简单的，所有的详细实现都挪到了三个独立的组件中：ModelGL,ViewGL和ControllerGL.

创建OpenGL窗体

创建一个OpenGL窗体和创建其他通用窗体是一样的，除了OpenGL渲染上下文（RC）。OpenGL渲染上下文是一个将OpenGL连接到Windows系统的端口，所有的OpenGL命令都可以通过这个渲染上下文。渲染上下文必须和一个设备上下文（DC）关联，同时DC与RC有相同的像素格式，所以，可以在设备层面上进行OpenGL绘制。

在你的WM_CREATE处理器中，你可以创建一个RC：

1.用GetDC()和窗体句柄获取OpenGL的DC。

2.用SetPixelFormat()和DC设置想要的像素格式。

3.用wglCreateContext()和DC创建新的RC。

4.用ReleaseDC()释放DC。

在你的WM_CLOSE控制器中，你可以删除RC：

1.用wglMakeCurrent()和空参数释放当前RCand。

2.用wglDeleteContext()删除RC。

在你的渲染循环中，在调用任何OpenGL命令前，用wglMakeCurrent()把渲染上下文设置为当前RC，我为渲染循环使用了一个单独的工作线程，请看下面的部分“针对渲染OpenGL的独立线程”。

通过用DescribePixelFormat()查找所有可用的格式来找到需要的像素格式，一种查找最好像素格式的标准评分机制在ViewGL类的findPixelFormat()方法中。

针对渲染OpenGL的独立线程

MS Windows是一个事件驱动的系统，如果没有任何事件触发，一个事件驱动的应用程序会休息，不会做任何事。但是，即使没有事件到达应用程序，OpenGL渲染窗体可能也需要不断更新。不断更新OpenGL窗体的解决方案之一是在窗体消息循环中使用PeekMessage()。

但是，为渲染OpenGL使用独立工作线程还有一个更好的解决方案。多线程的优点是你可以让消息循环做它自己的工作，只处理窗体事件，独立工作线程会自己处理渲染OpenGL场景。同时，我们不需要在这个消息循环中暴露任何OpenGL渲染方法。所以，主要消息循环可以尽可能保持简单。

当创建了窗体时（触发了WM_CREATE事件），ControllerGL对象会初始化ModelGL和ViewGL对象windows窗体，之后，为OpenGL渲染启动一个独立工作线程。std::threadC++类对象用于创建一个工作线程。请阅读ControllerGL::create()和ControllerGL::runThread()来获取更多详细信息。

例2:glWin

这个例子中有三个窗体：OpenGL渲染子窗体，另一个包含所有空间的子对话窗体，一个主窗体包括了上述两个子窗体。（在主窗体中有菜单条和状态条，但是在这篇文章中我们不用这些）

从glWin.zip下载源文件和64位二进制文件。

（更新日期：2016-7-18，包含VS2015项目）

glWin的MVC示意图

既然有三个窗体，那么这个应用程序就需要三个控制器对象，每个窗体一个控制器：ControllerMain，ControllerGL和ControllerFormGL。另外还有两个视图组件，需要ViewGL和ViewFormGL，一个对应OpenGL渲染，一个对应对话子窗体。因为主窗体只是一个容器，它没有视图组件。注意，这里只需要有一个模型对象，有三个控制器和两个视图引用它。

ViewFormGL是一个对话（或者表单）窗体，包含着一些控件（按钮，文本框等等）。因此所有的控件都在ViewFormGL类中定义。我为通用的控件实现了一些类，它们在Controls.h文件中声明。目前支持的控件包括Button, RadioButton, CheckBox, TextBox, EditBox, ListBox, TrackBar,ComboBox和TreeView。

当用户点击了Animate按钮时，以下的场景描述了会发生什么：

1.ControllerFormGL首先得到BN_CLICKED事件。

2.ControllerFormGL在ModelGL中将动画标志设为true，这样一来地球可以转动了。

3.ControllerFormGL告诉ViewFormGL把按钮的标题改为"Stop"。

消息路由

当你创建一个窗体的时候，更准确地说是当你注册一个窗体类时（RegisterClass()或RegisterClassEx()），一个窗体应用程序必须向回调函数（窗体程序）提供一个指针。当你的程序发生一些事时，比如，用户单击按钮控件，Windows系统会向你的程序发送一个消息，消息会传递到你指定的窗体程序中。

总体来说，窗体程序看起来像这样：

这种MVC框架的另一个优点是动态消息路由，它可以将消息分发至与窗体句柄相关的控制器。所以，我们可以只创建窗体程序一次，之后为你创建的所有窗体多次重用。这种技术的灵感来自于可靠性软件的Windows API教程。基本思想是：当你创建一个窗体的时候，把指针传递到CreateWindow()或者CreateWindowEx()的IpParam中。当WM_NCCREATE消息被调用时，我们会从lpCreateParams中抽取出指针值，并把值存储为窗体的GWL_USERDATA属性。之后，触发了其他消息，我们只是查找一个窗体的GWL_USERDATA来确定哪个控制器与窗体关联。因为这个窗体程序会用于你创建的所有窗体，你不需要担心再写另一个窗体程序。

实际的消息路由长这样：

你在主函数中创建了三个如下的窗体。注意，当我们初始化一个窗体的参数时，我们需要向控制器对象提供指针，这个指针值会存储在每个窗体的GWL_USERDATA中，之后，消息路由会动态地把窗体事件分配给给定的控制器对象。

对话窗体程序有一点不同。当调用WM_INITDIALOG消息时，我们把控制器的指针存储到GWL_USERDATA中，而不是WM_NCCREATE。请查看procedure.cpp获取更多信息。

进一步了解控制器类

这种MVC框架提供了一个基础控制器类，它是默认的事件处理器。确实，它什么都没做就返回了0。为了在来消息时做一些有意义的事，你需要创建一个类继承基类，并且重写（覆写）虚拟函数。控制器基类中虚拟函数的名字与没有前缀的消息ID是一样的。例如：WM_LBUTTONDOWN消息对应lButtonDown()方法。

对于上面的glWin程序，ControllerMain，ControllerGL和ControllerFormGL都是继承自控制器基类的。

当用户单击关闭按钮或者从主菜单选择“退出”时，ControllerMain负责处理WM_CLOSE消息来中止程序。

ControllerGL只是为摄像头操作（缩放或者旋转摄像头）处理鼠标交互。另外，当WM_CREATE消息到达时，ControllerGL会为OpenGL渲染器创建一个工作线程。

ControllerFormGL管理所有的控制接口。

例3:多个OpenGL窗口

在一个应用程序中有多个OpenGL窗体是可能的，下面的例子包括两个OpenGL子窗体来渲染来自两个不同角度的场景。

单击OrbitCamera.zip获得源代码和二进制文件（64位）

（更新时间：2016-7-30，包含VS2015项目）

OrbitCamera的MVC示意图

对于每个OpenGL窗体，它包含两个控制器/视图，加上一个额外的控制器表单/视图表单，后面这一对是为了控件（按钮，追踪条等等）的对话框。但是，所有三个控制器/视图仍然引用单个模型组件来更新OpenGL场景。

因为两个OpenGL窗体都渲染相同的场景，这里只创建了一个OpenGL渲染上下文（RC），它被两个窗体共享，因此，ControllerGL1和ControllerGL2的实现有稍许不同。ControllerGL1同时创建了设备上下文（DC）和OpenGL RC，但是ControllerGL2只创建了新设备上下文本身，并且共享已经被ControllerGL1创建好了的OpenGL RC。

这个应用程序不使用独立线程来自动渲染OpenGL，取而代之的是，ControllerForm保留了对于ControllerGL1和ControllerGL2的引用。并且，每当触发了一个用户事件时，它都调用会两个控制器的paint()函数。

注意，第二个窗体的DC必须与第一个窗口的DC有相同的像素格式，这是为了共享相同的OpenGL RC。在绘制的时候，你可以用调用wglMakeCurrent()轻松地转换DC。

你可以创建多个OpenGL渲染上下文，之后在多个RC中共享OpenGL对象。例如：一个在第一个RC中创建的纹理对象可以用于第二个RC中，因为多个RC可以用多个线程和窗口异步运行，你必须适当同步OpenGL渲染管道和GL_ARB_sync扩展（阻止进一步的OpenGL调用，直到当前命令已经完成）。

关于OpenGL中摄像机的实现，请阅读OpenGL Camera。

?2007-2016Song Ho Ahn (???)

（编辑：吕梁站长网）

【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容!