GitHub Copilotと作る Pythonで OpenGL 3Dプログラミング
第2回「GLFWでウィンドウを作る」
はじめに
前回は、Pythonで3Dプログラミングを行うための開発環境を構築しました。
今回は、いよいよOpenGLプログラミングの第一歩として、GLFWを使ってウィンドウを表示してみます。ウィンドウの作成は、3Dグラフィックスを表示するための基盤となる重要なステップです。
GLFWとは
GLFW（Graphics Library Framework）は、OpenGLアプリケーションの開発を支援するライブラリです。以下の機能を提供します：
GLFWは軽量で使いやすく、クロスプラットフォーム（Windows、macOS、Linux）で動作します。
最小限のウィンドウ表示
まずは、最小限のコードでウィンドウを表示してみましょう。
src/main.pyを以下の内容に更新します：
""" PythonOpenGL - Phase 2: GLFWウィンドウ作成 """ import glfw from OpenGL.GL import ( glClear, glClearColor, GL_COLOR_BUFFER_BIT, ) def main() -> None: """メイン関数""" # GLFWの初期化 if not glfw.init(): raise RuntimeError("GLFWの初期化に失敗しました") try: # ウィンドウの作成 window = glfw.create_window(800, 600, "PythonOpenGL", None, None) if not window: raise RuntimeError("ウィンドウの作成に失敗しました") # OpenGLコンテキストを現在のスレッドに設定 glfw.make_context_current(window) # 背景色の設定（ダークグレー） glClearColor(0.2, 0.2, 0.2, 1.0) # メインループ while not glfw.window_should_close(window): # 画面のクリア glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT) # バッファの入れ替え（ダブルバッファリング） glfw.swap_buffers(window) # イベントの処理 glfw.poll_events() finally: # GLFWの終了処理 glfw.terminate() if __name__ == '__main__': main()
コードの解説
1. GLFWの初期化
if not glfw.init(): raise RuntimeError("GLFWの初期化に失敗しました")
glfw.init()でGLFWライブラリを初期化します。失敗した場合はFalseが返されるので、エラー処理を行います。
2. ウィンドウの作成
window = glfw.create_window(800, 600, "PythonOpenGL", None, None)
glfw.create_window()でウィンドウを作成します。引数は以下の通りです：
| 引数 | 説明 |
|---|---|
| 800 | ウィンドウの幅（ピクセル） |
| 600 | ウィンドウの高さ（ピクセル） |
| "PythonOpenGL" | ウィンドウのタイトル |
| None | フルスクリーン時のモニター（Noneで通常ウィンドウ） |
| None | コンテキストを共有するウィンドウ（Noneで共有なし） |
3. OpenGLコンテキストの設定
glfw.make_context_current(window)
OpenGLの描画命令は「コンテキスト」と呼ばれる状態に対して行われます。この行で、作成したウィンドウのOpenGLコンテキストを現在のスレッドに紐づけます。
4. 背景色の設定
glClearColor(0.2, 0.2, 0.2, 1.0)
glClearColor()で画面をクリアする際の色を設定します。引数はRGBA（赤、緑、青、透明度）で、それぞれ0.0〜1.0の範囲で指定します。ここではダークグレー（0.2, 0.2, 0.2）を設定しています。
5. メインループ
while not glfw.window_should_close(window): glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT) glfw.swap_buffers(window) glfw.poll_events()
3Dアプリケーションの心臓部となるメインループです。ウィンドウが閉じられるまで以下を繰り返します：
- glClear(): 画面を背景色でクリア
- swap_buffers(): バッファを入れ替えて描画結果を表示（ダブルバッファリング）
- poll_events(): キーボード・マウスなどのイベントを処理
6. 終了処理
finally:
glfw.terminate()
try-finallyを使って、エラーが発生しても必ずglfw.terminate()が呼ばれるようにしています。これにより、GLFWが確保したリソースが適切に解放されます。
動作確認
コードを実行してみましょう：
# 仮想環境を有効化 source .venv/bin/activate # macOS/Linux # .venv\Scripts\activate # Windows # 実行 python src/main.py
ダークグレーの背景を持つウィンドウが表示されれば成功です！
ウィンドウを閉じるには、ウィンドウの×ボタンをクリックするか、Escキーを押して...と言いたいところですが、まだキーボード入力を処理していないので×ボタンでのみ閉じられます。
キーボード入力の追加
ウィンドウをEscキーで閉じられるようにしましょう。また、ウィンドウサイズの変更にも対応します。
""" PythonOpenGL - Phase 2: GLFWウィンドウ作成（キーボード対応版） """ import glfw from OpenGL.GL import ( glClear, glClearColor, glViewport, GL_COLOR_BUFFER_BIT, ) def key_callback(window, key: int, scancode: int, action: int, mods: int) -> None: """キーボード入力のコールバック関数""" if key == glfw.KEY_ESCAPE and action == glfw.PRESS: glfw.set_window_should_close(window, True) def framebuffer_size_callback(window, width: int, height: int) -> None: """フレームバッファサイズ変更時のコールバック関数""" glViewport(0, 0, width, height) def main() -> None: """メイン関数""" # GLFWの初期化 if not glfw.init(): raise RuntimeError("GLFWの初期化に失敗しました") try: # OpenGLバージョンの指定（3.3 Core Profile） glfw.window_hint(glfw.CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3) glfw.window_hint(glfw.CONTEXT_VERSION_MINOR, 3) glfw.window_hint(glfw.OPENGL_PROFILE, glfw.OPENGL_CORE_PROFILE) glfw.window_hint(glfw.OPENGL_FORWARD_COMPAT, True) # macOSで必要 # ウィンドウの作成 window = glfw.create_window(800, 600, "PythonOpenGL", None, None) if not window: raise RuntimeError("ウィンドウの作成に失敗しました") # OpenGLコンテキストを現在のスレッドに設定 glfw.make_context_current(window) # コールバック関数の設定 glfw.set_key_callback(window, key_callback) glfw.set_framebuffer_size_callback(window, framebuffer_size_callback) # 背景色の設定（ダークグレー） glClearColor(0.2, 0.2, 0.2, 1.0) # メインループ while not glfw.window_should_close(window): # 画面のクリア glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT) # バッファの入れ替え glfw.swap_buffers(window) # イベントの処理 glfw.poll_events() finally: # GLFWの終了処理 glfw.terminate() if __name__ == '__main__': main()
追加したコードの解説
OpenGLバージョンの指定
glfw.window_hint(glfw.CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3) glfw.window_hint(glfw.CONTEXT_VERSION_MINOR, 3) glfw.window_hint(glfw.OPENGL_PROFILE, glfw.OPENGL_CORE_PROFILE) glfw.window_hint(glfw.OPENGL_FORWARD_COMPAT, True)
window_hint()でウィンドウ作成時のオプションを設定します。ここでは以下を指定しています：
キーボードコールバック
def key_callback(window, key: int, scancode: int, action: int, mods: int) -> None: if key == glfw.KEY_ESCAPE and action == glfw.PRESS: glfw.set_window_should_close(window, True)
キーが押されたときに呼ばれる関数です。Escキーが押されたらウィンドウを閉じるフラグを立てます。
フレームバッファサイズコールバック
def framebuffer_size_callback(window, width: int, height: int) -> None: glViewport(0, 0, width, height)
ウィンドウサイズが変更されたときに呼ばれます。glViewport()で描画領域を新しいサイズに合わせて更新します。
背景色を変えてみよう
せっかくなので、背景色を変えて遊んでみましょう。glClearColor()の引数を変更すると、様々な色の背景を表示できます。
# 例: 青みがかったグレー glClearColor(0.1, 0.1, 0.2, 1.0) # 例: 暗い緑 glClearColor(0.0, 0.2, 0.1, 1.0) # 例: コーンフラワーブルー（DirectXのデフォルト背景色） glClearColor(0.392, 0.584, 0.929, 1.0)
次回、imguiを導入すると、スライダーでリアルタイムに色を変更できるようになります！
まとめ
今回は、GLFWを使ってOpenGLウィンドウを作成しました。
- GLFWの初期化と終了処理
- ウィンドウの作成
- OpenGLコンテキストの設定
- メインループの実装
- キーボード入力のコールバック
- ウィンドウサイズ変更への対応
次回は、imguiを導入して、パラメータをリアルタイムに調整できるデバッグUIを追加します。
前回: 第1回「開発環境を整えよう」
次回: 第3回「imguiを組み込む」
