南邮——计算机图像学——画彩色三角形,正方形

2023-09-25 12 0

在OpenGL中,任何事物都在3D空间中,而屏幕和窗口却是2D像素数组,这导致OpenGL的大部分工作都是关于把3D坐标转变为适应你屏幕的2D像素。3D坐标转为2D坐标的处理过程是由OpenGL的图形渲染管线(Graphics Pipeline,大多译为管线,实际上指的是一堆原始图形数据途经一个输送管道,期间经过各种变化处理最终出现在屏幕的过程)管理的。图形渲染管线可以被划分为两个主要部分:第一部分把你的3D坐标转换为2D坐标,第二部分是把2D坐标转变为实际的有颜色的像素。

(一)窗口

创建窗口:

1、我们在main函数中调用glfwInit函数来初始化GLFW,

2、我们可以使用glfwWindowHint函数来配置GLFW。两个3为OPENGL版本,glfwWindowHint函数的第一个参数代表选项的名称,我们可以从很多以GLFW_开头的枚举值中选择;第二个参数接受一个整型,用来设置这个选项的值。该函数的所有的选项以及对应的值都可以在 GLFW’s window handling 这篇文档中找到。如果你现在编译你的cpp文件会得到大量的 undefined reference (未定义的引用)错误,也就是说你并未顺利地链接GLFW库。

glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_FORWARD_COMPAT, GL_TRUE);

整体为

glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3);glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 3);glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);  //用的是新版的 OpenGL 3.3glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_FORWARD_COMPAT, GL_TRUE); // must for MacglfwWindowHint(GLFW_RESIZABLE, GL_FALSE);  //改为 GL_TRUE,改变窗口,纵横比会变​

3、接下来我们创建一个窗口对象,这个窗口对象存放了所有和窗口相关的数据,而且会被GLFW的其他函数频繁地用到。

GLFWwindow* window = glfwCreateWindow(800, 600, "LearnOpenGL", NULL, NULL);
if (window == NULL)
{std::cout << "Failed to create GLFW window" << std::endl;glfwTerminate();return -1;
}
glfwMakeContextCurrent(window);

glfwCreateWindow函数需要窗口的宽和高作为它的前两个参数。第三个参数表示这个窗口的名称(标题)。最后两个参数我们暂时忽略。这个函数将会返回一个GLFWwindow对象,我们会在其它的GLFW操作中使用到。创建完窗口我们就可以通知GLFW将我们窗口的上下文设置为当前线程的主上下文了。

GLAD

是用来管理OpenGL的函数指针的,所以在调用任何OpenGL的函数之前我们需要初始化GLAD。

if (!gladLoadGLLoader((GLADloadproc)glfwGetProcAddress))
{std::cout << "Failed to initialize GLAD" << std::endl;return -1;
}

我们给GLAD传入了用来加载系统相关的OpenGL函数指针地址的函数。GLFW给我们的是glfwGetProcAddress,它根据我们编译的系统定义了正确的函数。

视口

告诉OpenGL渲染窗口的尺寸大小,即视口(Viewport),这样OpenGL才只能知道怎样根据窗口大小显示数据和坐标。我们可以通过调用glViewport函数来设置窗口的维度(Dimension):

int screenWidth, screenHeight;glfwGetFramebufferSize(window, &screenWidth, &screenHeight);  //获取窗口大小glfwMakeContextCurrent(window);  //可以新建很多 windowglewExperimental = GL_TRUE;if (GLEW_OK != glewInit()){std::cout << "Failed to initialise GLEW" << std::endl;return -1;}glViewport(0, 0, screenWidth, screenHeight);  //从(0,0)开始画点,直到 WIDTH 和 HEIGHT

glViewport函数前两个参数控制窗口左下角的位置。第三个和第四个参数控制渲染窗口的宽度和高度(像素)。

渲染

添加一个while循环

我们可以把它称之为渲染循环(Render Loop),它能在我们让GLFW退出前一直保持运行。下面几行的代码就实现了一个简单的渲染循环:

while(!glfwWindowShouldClose(window))
{glfwPollEvents(); glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f);  //窗口背景颜色,RGB,最后一个是透明度glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glfwSwapBuffers(window);  //调用双面进行画,显示一个,另一个在画,画面更流畅
}
  • glfwWindowShouldClose函数在我们每次循环的开始前检查一次GLFW是否被要求退出,如果是的话该函数返回true然后渲染循环便结束了,之后为我们就可以关闭应用程序了。
  • glfwPollEvents函数检查有没有触发什么事件(比如键盘输入、鼠标移动等)、更新窗口状态,并调用对应的回调函数(可以通过回调方法手动设置)。

释放/删除之前的分配的所有资源

我们可以在main函数的最后调用glfwTerminate函数来完成。

glfwTerminate();
return 0;

(二)三角形

输入顶点

首先,我们以数组的形式传递3个3D坐标作为图形渲染管线的输入,用来表示一个三角形,这个数组叫做顶点数据(Vertex Data);顶点数据是一系列顶点的集合。一个顶点(Vertex)是一个3D坐标的数据的集合。而顶点数据是用顶点属性(Vertex Attribute)表示的,它可以包含任何我们想用的数据,但是简单起见,我们还是假定每个顶点只由一个3D位置(译注1)和一些颜色值组成的吧。

OpenGL仅当3D坐标在3个轴(x、y和z)上都为-1.0到1.0的范围内时才处理它。所有在所谓的标准化设备坐标(Normalized Device Coordinates)范围内的坐标才会最终呈现在屏幕上(在这个范围以外的坐标都不会显示)。

GLfloat vertices[] = {//position               //color-0.5f, -0.5f, 0.0f,      1.0f, 0.0f, 0.0f,0.5f, -0.5f, 0.0f,       0.0f, 1.0f, 0.0f,0.0f, 0.5f, 0.0f,        0.0f, 0.0f, 1.0f};

标准化设备坐标(Normalized Device Coordinates, NDC)

标准化设备坐标是一个x、y和z值在-1.0到1.0的一小段空间。下面你会看到我们定义的在标准化设备坐标中的三角形(忽略z轴):

NDC

 

你的标准化设备坐标接着会变换为屏幕空间坐标(Screen-space Coordinates),这是使用你通过glViewport函数提供的数据,进行视口变换(Viewport Transform)完成的。所得的屏幕空间坐标又会被变换为片段输入到片段着色器中。

顶点缓冲对象

我们通过顶点缓冲对象(Vertex Buffer Objects, VBO)管理这个内存,它会在GPU内存(通常被称为显存)中储存大量顶点。

1、生成缓冲对象

缓冲有一个独一无二的ID,所以我们可以使用glGenBuffers函数和一个缓冲ID生成一个VBO对象

unsigned int VBO;
glGenBuffers(1, &VBO);

2、绑定顶点缓冲对象

OpenGL有很多缓冲对象类型,顶点缓冲对象的缓冲类型是GL_ARRAY_BUFFER。OpenGL允许我们同时绑定多个缓冲,只要它们是不同的缓冲类型。我们可以使用glBindBuffer函数把新创建的缓冲绑定到GL_ARRAY_BUFFER目标上:

glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);  

从这一刻起,我们使用的任何(在GL_ARRAY_BUFFER目标上的)缓冲调用都会用来配置当前绑定的缓冲(VBO)。

3、传入数据

然后我们可以调用glBufferData函数,它会把之前定义的顶点数据复制到缓冲的内存中:

glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);

glBufferData是一个专门用来把用户定义的数据复制到当前绑定缓冲的函数。它的第一个参数是目标缓冲的类型:顶点缓冲对象当前绑定到GL_ARRAY_BUFFER目标上。第二个参数指定传输数据的大小(以字节为单位);用一个简单的sizeof计算出顶点数据大小就行。第三个参数是我们希望发送的实际数据。

第四个参数指定了我们希望显卡如何管理给定的数据。它有三种形式:

  • GL_STATIC_DRAW :数据不会或几乎不会改变。
  • GL_DYNAMIC_DRAW:数据会被改变很多。
  • GL_STREAM_DRAW :数据每次绘制时都会改变。

三角形的位置数据不会改变,每次渲染调用时都保持原样,所以它的使用类型最好是GL_STATIC_DRAW。如果,比如说一个缓冲中的数据将频繁被改变,那么使用的类型就是GL_DYNAMIC_DRAW或GL_STREAM_DRAW,这样就能确保显卡把数据放在能够高速写入的内存部分。

现在我们已经把顶点数据储存在显卡的内存中,用VBO这个顶点缓冲对象管理。下面我们会创建一个顶点和片段着色器来真正处理这些数据。

顶点着色器

顶点着色器(Vertex Shader),它把一个单独的顶点作为输入。顶点着色器主要的目的是把3D坐标转为另一种3D坐标(后面会解释),同时顶点着色器允许我们对顶点属性进行一些基本处理。

下面你会看到一个非常基础的GLSL顶点着色器的源代码:

#version 330 core
layout(location = 0) in vec3 position;
layout(location = 1) in vec3 color;
out vec3 ourColor;
void main(){gl_Position = vec4(position.x, position.y, position.z, 1.0f);ourColor = color;
};

1、版本说明

可以看到,GLSL看起来很像C语言。每个着色器都起始于一个版本声明。OpenGL 3.3以及和更高版本中,GLSL版本号和OpenGL的版本是匹配的(比如说GLSL 420版本对应于OpenGL 4.2)。我们同样明确表示我们会使用核心模式。

2、声明顶点属性

  • 第二行:指明了需要从上一个步骤中获取一个vec3类型的位置数据,数据位置在输入数据的0偏移位置(类似于输入了一块数据,我们要的数据在头部)

顶点着色器需要为它的输入提供一个额外的layout标识,这样我们才能把它链接到顶点数据。(out为输出变量)

下一步,使用in关键字,在顶点着色器中声明所有的输入顶点属性(Input Vertex Attribute)。现在我们只关心位置(Position)数据,所以我们只需要一个顶点属性。GLSL有一个向量数据类型,它包含1到4个float分量,包含的数量可以从它的后缀数字看出来。由于每个顶点都有一个3D坐标,我们就创建一个vec3输入变量aPos。我们同样也通过layout (location = 0)设定了输入变量的位置值(Location)你后面会看到为什么我们会需要这个位置值。

向量(Vector)

在GLSL中一个向量有最多4个分量,每个分量值都代表空间中的一个坐标,它们可以通过vec.xvec.yvec.zvec.w来获取。注意vec.w分量不是用作表达空间中的位置的(我们处理的是3D不是4D),而是用在所谓透视除法(Perspective Division)上。我们会在后面的教程中更详细地讨论向量。

为了设置顶点着色器的输出,我们必须把位置数据赋值给预定义的gl_Position变量,它在幕后是vec4类型的。在main函数的最后,我们将gl_Position设置的值会成为该顶点着色器的输出。由于我们的输入是一个3分量的向量,我们必须把它转换为4分量的。我们可以把vec3的数据作为vec4构造器的参数,同时把w分量设置为1.0f(我们会在后面解释为什么)来完成这一任务。

编译着色器

1、创建着色器对象

我们首先要做的是创建一个着色器对象,注意还是用ID来引用的。所以我们储存这个顶点着色器为unsigned int,然后用glCreateShader创建这个着色器:

unsigned int vertexShader;
vertexShader = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);

我们把需要创建的着色器类型以参数形式提供给glCreateShader。由于我们正在创建一个顶点着色器,传递的参数是GL_VERTEX_SHADER。

2、着色器源码附加到着色器对象

下一步我们把这个着色器源码附加到着色器对象上,然后编译它:

glShaderSource(vertexShader, 1, &vertexShaderSource, NULL);
glCompileShader(vertexShader);

glShaderSource函数把要编译的着色器对象作为第一个参数。第二参数指定了传递的源码字符串数量,这里只有一个。第三个参数是顶点着色器真正的源码,第四个参数我们先设置为NULL

3、检查是否编译成功

你可能会希望检测在调用glCompileShader后编译是否成功了,如果没成功的话,你还会希望知道错误是什么,这样你才能修复它们。检测编译时错误可以通过以下代码来实现:

int  success;
char infoLog[512];
glGetShaderiv(vertexShader, GL_COMPILE_STATUS, &success);

首先我们定义一个整型变量来表示是否成功编译,还定义了一个储存错误消息(如果有的话)的容器。然后我们用glGetShaderiv检查是否编译成功。如果编译失败,我们会用glGetShaderInfoLog获取错误消息,然后打印它。

if(!success)
{glGetShaderInfoLog(vertexShader, 512, NULL, infoLog);std::cout << "ERROR::SHADER::VERTEX::COMPILATION_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
}

如果编译的时候没有检测到任何错误,顶点着色器就被编译成功了。

片段着色器

片段着色器的主要目的是计算一个像素的最终颜色,这也是所有OpenGL高级效果产生的地方。通常,片段着色器包含3D场景的数据(比如光照、阴影、光的颜色等等),这些数据可以被用来计算最终像素的颜色。

在计算机图形中颜色被表示为有4个元素的数组:红色、绿色、蓝色和alpha(透明度)分量,通常缩写为RGBA。当在OpenGL或GLSL中定义一个颜色的时候,我们把颜色每个分量的强度设置在0.0到1.0之间。比如说我们设置红为1.0f,绿为1.0f,我们会得到两个颜色的混合色,即黄色。这三种颜色分量的不同调配可以生成超过1600万种不同的颜色!

#version 330 core
in vec3 ourColor;
out vec4 color;
void main(){color = vec4(ourColor, 0.7f);
};

out关键字声明输出变量,这里我们命名为FragColor。下面,我们将一个alpha值为1.0(1.0代表完全不透明)的橘黄色的vec4赋值给颜色输出。(in表示从顶点着色器传来的输入变量应与顶点着色器输出的变量同名)

注:

若在顶点着色器中声明了一个vertexColor变量作为vec4输出,并在片段着色器中声明了一个类似的vertexColor。由于它们名字相同且类型相同,片段着色器中的vertexColor就和顶点着色器中的vertexColor链接了。

编译片段着色器

过程与顶点着色器类似,只不过我们使用GL_FRAGMENT_SHADER常量作为着色器类型:

unsigned int fragmentShader;
fragmentShader = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);
glShaderSource(fragmentShader, 1, &fragmentShaderSource, NULL);
glCompileShader(fragmentShader);

两个着色器现在都编译了,剩下的事情是把两个着色器对象链接到一个用来渲染的着色器程序(Shader Program)中。

着色器程序

着色器程序对象(Shader Program Object)是多个着色器合并之后并最终链接完成的版本。如果要使用刚才编译的着色器我们必须把它们链接(Link)为一个着色器程序对象,然后在渲染对象的时候激活这个着色器程序。已激活着色器程序的着色器将在我们发送渲染调用的时候被使用。

1、创建一个程序对象

unsigned int shaderProgram;
shaderProgram = glCreateProgram();

glCreateProgram函数创建一个程序,并返回新创建程序对象的ID引用。现在我们需要把之前编译的着色器附加到程序对象上,2、链接

glAttachShader(shaderProgram, vertexShader);
glAttachShader(shaderProgram, fragmentShader);
glLinkProgram(shaderProgram);

代码应该很清楚,我们把顶点、片段着色器附加到了程序上,然后用glLinkProgram链接。得到的结果就是一个程序对象,

3、检测链接着色器程序是否失败,并获取相应的日志。

与上面不同,我们不会调用glGetShaderiv和glGetShaderInfoLog,现在我们使用:

glGetProgramiv(shaderProgram, GL_LINK_STATUS, &success);
if(!success) {glGetProgramInfoLog(shaderProgram, 512, NULL, infoLog);...
}

4、激活这个程序对象:

glUseProgram(shaderProgram);

在glUseProgram函数调用之后,每个着色器调用和渲染调用都会使用这个程序对象(也就是之前写的着色器)了。

5、删除着色器对象

在把着色器对象链接到程序对象以后,我们不再需要它们了:

glDeleteShader(vertexShader);
glDeleteShader(fragmentShader);

现在,我们已经把输入顶点数据发送给了GPU,并指示了GPU如何在顶点和片段着色器中处理它。就快要完成了,但还没结束,OpenGL还不知道它该如何解释内存中的顶点数据,以及它该如何将顶点数据链接到顶点着色器的属性上。我们需要告诉OpenGL怎么做。

链接顶点属性

顶点着色器允许我们指定任何以顶点属性为形式的输入。这使其具有很强的灵活性的同时,它还的确意味着我们必须手动指定输入数据的哪一个部分对应顶点着色器的哪一个顶点属性。所以,我们必须在渲染前指定OpenGL该如何解释顶点数据。

我们的顶点缓冲数据会被解析为下面这样子:

  • 位置数据被储存为32位(4字节)浮点值。
  • 每个位置包含3个这样的值。
  • 在这3个值之间没有空隙(或其他值)。这几个值在数组中紧密排列(Tightly Packed)。
  • 数据中第一个值在缓冲开始的位置。

 

1、指定VBO

每个顶点属性从一个VBO管理的内存中获得它的数据,而具体是从哪个VBO(程序中可以有多个VBO)获取则是通过在调用glVertexAttribPointer时绑定到GL_ARRAY_BUFFER的VBO决定的。由于在调用glVertexAttribPointer之前绑定的是先前定义的VBO对象,顶点属性0现在会链接到它的顶点数据。

glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE,6 * sizeof(GLfloat), (GLvoid *)0);  //0:对应调色器里 location 的值;3:对应 vec3 三个量;GL_FLOAT:浮点型;GL_FALSE:;3*sizeof(GLfloat):对应 Buffer 里传的数据;(GLvoid*)0:从第 0 个位置开始glEnableVertexAttribArray(0);glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE,6 * sizeof(GLfloat), (GLvoid *)(3 * sizeof(GLfloat)));  //1:对应调色器里 color 的值;3:对应 vec3 三个量;GL_FLOAT:浮点型;GL_FALSE:;6*sizeof(GLfloat):每次跨越 6 个;(GLvoid*) (3 * sizeof(GLfloat)):从第 0 个位置开始glEnableVertexAttribArray(1);

glVertexAttribPointer函数的参数非常多,所以我会逐一介绍它们:

  • 第一个参数指定我们要配置的顶点属性。还记得我们在顶点着色器中使用layout(location = 0)定义了position顶点属性的位置值(Location)吗?它可以把顶点属性的位置值设置为0。因为我们希望把数据传递到这一个顶点属性中,所以这里我们传入0
  • 第二个参数指定顶点属性的大小。顶点属性是一个vec3,它由3个值组成,所以大小是3。
  • 第三个参数指定数据的类型,这里是GL_FLOAT(GLSL中vec*都是由浮点数值组成的)。
  • 下个参数定义我们是否希望数据被标准化(Normalize)。如果我们设置为GL_TRUE,所有数据都会被映射到0(对于有符号型signed数据是-1)到1之间。我们把它设置为GL_FALSE。
  • 第五个参数叫做步长(Stride),它告诉我们在连续的顶点属性组之间的间隔。由于下个组位置数据在3个float之后,我们把步长设置为3 * sizeof(float)
  • 最后一个参数的类型是void*,所以需要我们进行这个奇怪的强制类型转换。它表示位置数据在缓冲中起始位置的偏移量(Offset)。由于位置数据在数组的开头,所以这里是0。我们会在后面详细解释这个参数。

2、启用顶点属性

现在我们已经定义了OpenGL该如何解释顶点数据,我们现在应该使用glEnableVertexAttribArray,以顶点属性位置值作为参数,启用顶点属性;顶点属性默认是禁用的。在OpenGL中绘制一个物体,代码会像是这样:

// 1. 设置顶点属性指针
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(float), (void*)0);
glEnableVertexAttribArray(0);

3、解绑

glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);

4、删除对象

	glDeleteBuffers(1, &VBO);

自此,所有东西都已经设置好了:我们使用一个顶点缓冲对象将顶点数据初始化至缓冲中,建立了一个顶点和一个片段着色器,并告诉了OpenGL如何把顶点数据链接到顶点着色器的顶点属性上。

每当我们绘制一个物体的时候都必须重复这一过程。这看起来可能不多,但是如果有超过5个顶点属性,上百个不同物体呢(这其实并不罕见)。

顶点数组对象

顶点数组对象(Vertex Array Object, VAO)可以像顶点缓冲对象那样被绑定,任何随后的顶点属性调用都会储存在这个VAO中。这样的好处就是,当配置顶点属性指针时,你只需要将那些调用执行一次,之后再绘制物体的时候只需要绑定相应的VAO就行了。这使在不同顶点数据和属性配置之间切换变得非常简单,只需要绑定不同的VAO就行了。刚刚设置的所有状态都将存储在VAO中

OpenGL的核心模式要求我们使用VAO,所以它知道该如何处理我们的顶点输入。如果我们绑定VAO失败,OpenGL会拒绝绘制任何东西。

一个顶点数组对象会储存以下这些内容:

  • glEnableVertexAttribArray和glDisableVertexAttribArray的调用。
  • 通过glVertexAttribPointer设置的顶点属性配置。
  • 通过glVertexAttribPointer调用与顶点属性关联的顶点缓冲对象。

 

1、创建一个VAO

unsigned int VAO;
glGenVertexArrays(1, &VAO);

glGenTextures函数首先需要输入生成纹理的数量,然后把它们储存VAO

2、绑定VAO

要想使用VAO,要做的只是使用glBindVertexArray绑定VAO。从绑定之后起,我们应该绑定和配置对应的VBO和属性指针,之后解绑VAO供之后使用。当我们打算绘制一个物体的时候,我们只要在绘制物体前简单地把VAO绑定到希望使用的设定上就行了。这段代码应该看起来像这样:

// 1. 绑定VAO
glBindVertexArray(VAO);

3、解绑

每刷新一次,解绑一次,同时也绑定一次

	glBindVertexArray(0);

4、删除对象

glDeleteVertexArrays(1, &VAO);

就这么多了!前面做的一切都是等待这一刻,一个储存了我们顶点属性配置和应使用的VBO的顶点数组对象。一般当你打算绘制多个物体时,你首先要生成/配置所有的VAO(和必须的VBO及属性指针),然后储存它们供后面使用。当我们打算绘制物体的时候就拿出相应的VAO,绑定它,绘制完物体后,再解绑VAO。

绘制图元:

要想绘制我们想要的物体,OpenGL给我们提供了glDrawArrays函数,它使用当前激活的着色器,之前定义的顶点属性配置,和VBO的顶点数据(通过VAO间接绑定)来绘制图元。

glUseProgram(shaderProgram);
glBindVertexArray(VAO);
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);

glDrawArrays函数第一个参数是我们打算绘制的OpenGL图元的类型。由于我们在一开始时说过,我们希望绘制的是一个三角形,这里传递GL_TRIANGLES给它。第二个参数指定了顶点数组的起始索引,我们这里填0。最后一个参数指定我们打算绘制多少个顶点,这里是3(我们只从我们的数据中渲染一个三角形,它只有3个顶点长)。

如果要修改图形、颜色,则修改glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);函数和glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(float), (void*)0);,以及顶点

(三)附加内容:索引缓冲对象

要解释索引缓冲对象的工作方式最好还是举个例子:假设我们不再绘制一个三角形而是绘制一个矩形。我们可以绘制两个三角形来组成一个矩形(OpenGL主要处理三角形)。这会生成下面的顶点的集合:

float vertices[] = {// 第一个三角形0.5f, 0.5f, 0.0f,   // 右上角0.5f, -0.5f, 0.0f,  // 右下角-0.5f, 0.5f, 0.0f,  // 左上角// 第二个三角形0.5f, -0.5f, 0.0f,  // 右下角-0.5f, -0.5f, 0.0f, // 左下角-0.5f, 0.5f, 0.0f   // 左上角
};

可以看到,有几个顶点叠加了。我们指定了右下角左上角两次!一个矩形只有4个而不是6个顶点,这样就产生50%的额外开销。

很幸运,索引缓冲对象的工作方式正是这样的。和顶点缓冲对象一样,EBO也是一个缓冲,它专门储存索引,OpenGL调用这些顶点的索引来决定该绘制哪个顶点。所谓的索引绘制(Indexed Drawing)正是我们问题的解决方案。

1、首先,我们先要定义(不重复的)顶点,和绘制出矩形所需的索引:

float vertices[] = {0.5f, 0.5f, 0.0f,   // 右上角0.5f, -0.5f, 0.0f,  // 右下角-0.5f, -0.5f, 0.0f, // 左下角-0.5f, 0.5f, 0.0f   // 左上角
};unsigned int indices[] = { // 注意索引从0开始! 0, 1, 3, // 第一个三角形1, 2, 3  // 第二个三角形
};

2、下一步我们需要创建索引缓冲对象:

unsigned int EBO;
glGenBuffers(1, &EBO);

3、先绑定EBO然后用glBufferData把索引复制到缓冲里。

同样,和VBO类似,我们会把这些函数调用放在绑定和解绑函数调用之间,只不过这次我们把缓冲的类型定义为GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER。

glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, EBO);
glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(indices), indices, GL_STATIC_DRAW);

要注意的是,我们传递了GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER当作缓冲目标。

4、最后一件要做的事是用glDrawElements来替换glDrawArrays函数,来指明我们从索引缓冲渲染。使用glDrawElements时,我们会使用当前绑定的索引缓冲对象中的索引进行绘制:

glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, EBO);
glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_INT, 0);

第一个参数指定了我们绘制的模式,这个和glDrawArrays的一样。第二个参数是我们打算绘制顶点的个数,这里填6,也就是说我们一共需要绘制6个顶点。第三个参数是索引的类型,这里是GL_UNSIGNED_INT。最后一个参数里我们可以指定EBO中的偏移量(或者传递一个索引数组,但是这是当你不在使用索引缓冲对象的时候),但是我们会在这里填写0。

glDrawElements函数从当前绑定到GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER目标的EBO中获取索引。这意味着我们必须在每次要用索引渲染一个物体时绑定相应的EBO,这还是有点麻烦。不过顶点数组对象同样可以保存索引缓冲对象的绑定状态。VAO绑定时正在绑定的索引缓冲对象会被保存为VAO的元素缓冲对象。绑定VAO的同时也会自动绑定EBO。

 

当目标是GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER的时候,VAO会储存glBindBuffer的函数调用。这也意味着它也会储存解绑调用,所以确保你没有在解绑VAO之前解绑索引数组缓冲,否则它就没有这个EBO配置了。

最后的初始化和绘制代码现在看起来像这样:

// ..:: 初始化代码 :: ..
// 1. 绑定顶点数组对象
glBindVertexArray(VAO);
// 2. 把我们的顶点数组复制到一个顶点缓冲中,供OpenGL使用
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);
// 3. 复制我们的索引数组到一个索引缓冲中,供OpenGL使用
glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, EBO);
glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(indices), indices, GL_STATIC_DRAW);
// 4. 设定顶点属性指针
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(float), (void*)0);
glEnableVertexAttribArray(0);[...]// ..:: 绘制代码(渲染循环中) :: ..
glUseProgram(shaderProgram);
glBindVertexArray(VAO);
glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_INT, 0)
glBindVertexArray(0);

如果要修改图片形状、颜色,则修改3.4步,及顶点。

(4)附加内容:Uniform

Uniform是一种从CPU中的应用向GPU中的着色器发送数据的方式,但uniform和顶点属性有些不同。首先,uniform是全局的(Global)。全局意味着uniform变量必须在每个着色器程序对象中都是独一无二的,而且它可以被着色器程序的任意着色器在任意阶段访问。第二,无论你把uniform值设置成什么,uniform会一直保存它们的数据,直到它们被重置或更新。

1、在一个着色器中添加uniform关键字至类型和变量名前来声明一个GLSL的uniform。从此处开始我们就可以在着色器中使用新声明的uniform了。

#version 330 core
out vec4 FragColor;uniform vec4 ourColor; // 在OpenGL程序代码中设定这个变量void main()
{FragColor = ourColor;
}

2、给uniform赋值。我们首先需要找到着色器中uniform属性的索引/位置值。

int vertexColorLocation = glGetUniformLocation(shaderProgram, "ourColor");
glUseProgram(shaderProgram);
glUniform4f(vertexColorLocation, 0.0f, greenValue, 0.0f, 1.0f);

2.1、我们用glGetUniformLocation查询uniform ourColor的位置值。我们为查询函数提供着色器程序和uniform的名字(这是我们希望获得的位置值的来源)。如果glGetUniformLocation返回-1就代表没有找到这个位置值。

2.2、使用程序(调用glUseProgram)

2.3、我们可以通过glUniform4f函数设置uniform值。注意,查询uniform地址不要求你之前使用过着色器程序,但是更新一个

因为OpenGL在其核心是一个C库,所以它不支持类型重载,在函数参数不同的时候就要为其定义新的函数;glUniform是一个典型例子。这个函数有一个特定的后缀,标识设定的uniform的类型。可能的后缀有:

后缀 含义
f 函数需要一个float作为它的值
i 函数需要一个int作为它的值
ui 函数需要一个unsigned int作为它的值
3f 函数需要3个float作为它的值
fv 函数需要一个float向量/数组作为它的值

每当你打算配置一个OpenGL的选项时就可以简单地根据这些规则选择适合你的数据类型的重载函数。在我们的例子里,我们希望分别设定uniform的4个float值,所以我们通过glUniform4f传递我们的数据(注意,我们也可以使用fv版本)。

源码参考这个

参考链接:

https://blog.csdn.net/Wonz5130/article/details/83120200

https://learnopengl-cn.github.io/01%20Getting%20started/05%20Shaders/

https://learnopengl-cn.github.io/01%20Getting%20started/03%20Hello%20Window/

https://learnopengl-cn.github.io/01%20Getting%20started/04%20Hello%20Triangle/

 

 

 

代码编程
赞赏

相关文章

零基础学习游戏建模多久能出师?3D建模师告诉你如何有效的学会建模
学3D建模一定要有美术功底?有则锦上添花,没有也不影响你学习
3D建模难学吗?零基础学6个月,能否找到工作?
3D建模入行难不难?零基础学习次世代,这6条建议能帮到你
游戏建模师薪资能给到多少?建模初学者如何快速入行,获取涨薪机会?
游戏建模行业门槛真有这么高?教你如何学习,找到合适自己的方式