OpenGL学习笔记(1) 画一个三角形
最近找实习有一丢丢蛋疼，沉迷鬼泣5，四周目通关，又不想写代码，写篇笔记复习一下，要好好学图形学啊
用OpenGL画一个三角形
项目的简介
记录一下跟着learnOpenGL学习的过程
笔记里的代码放在github上，依赖都用相对路径配好了，直接下载就能用，IDE是VS2017,代码
选择Triangle项目作为启动项可以测试这个代码
使用的库是glad和glfw，感觉用glad和glfw开发OpenGL的方式和DX挺像的，也有可能是我见识少, 感觉很多教材用来教学的库都是GLUT, 嘛，学图形学的话也不必纠结这些(大概
项目的架构
1.窗口初始化
2.渲染
int main()
{
BaseInit();//窗口初始化，键盘、鼠标等事件的绑定
MainLoop();//渲染相关
return 0;
}
要测试某个代码，比如说画三角形的，画正方体的，在MainLoop里实现
void MainLoop()
{
NormalTriangle();
}
渲染管线
learnOpenGL里的渲染管线的抽象描述是这样的
我们如果要画三角形的画，其实只要关注顶点着色器和片段着色器部分就好，其他操作管线会帮我们完成
从代码的层面理解画一个三角形的逻辑的话大概是
- 创建一个9个元素的float数组，代表三角形的坐标
- 编译着色器
- 创建顶点数组对象(Vertex Array Object)VAO并绑定
- 创建顶点缓存数组(Vertex Buffer Object)VBO并绑定
- 使用图元为三角形的绘图方法画三角形
当然不要忘记使用着色器程序，在我的理解里，VAO是在OpenGL里用来识别渲染对象的一个标识，在使用glad和glfw的情况下，OpenGL的对象都是用无符号整形数据来存储。如果想要同时画两个物体，那么只要在两个VAO之间切换绑定即可
窗口初始化
//窗口初始化
void BaseInit()
{
glfwInit();//初始化
glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3);//配置GLFW
glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 3);//配置GLFW
glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);//
glfwWindowHint(GLFW_RESIZABLE, GL_TRUE);
screenWidth = 800.0f;
screenHeight = 600.0f;
//创建窗口
glWindow = glfwCreateWindow(screenWidth, screenHeight, "LearnOpenGL", nullptr, nullptr);
if (glWindow == nullptr)
{
cout << "Failed to create GLFW window" << endl;
glfwTerminate();
return;
}
glfwMakeContextCurrent(glWindow);
if (!gladLoadGLLoader((GLADloadproc)glfwGetProcAddress))
{
std::cout << "Failed to initialize GLAD" << std::endl;
return;
}
}
这段代码没什么好说的，做一些窗口和库的初始化
画三角形
void NormalTriangle()
{
float Triangle[] = {
-0.9f, -0.5f, 0.0f, // left
-0.0f, -0.5f, 0.0f, // right
-0.45f, 0.5f, 0.0f, // top
};
//编译着色器
Shader ourShader("vertex_1.vs", "fragment_1.fs");//编译着色器
ourShader.use();//使用着色器
unsigned int VBO, VAO;
glGenVertexArrays(1, &VAO); //生成顶点数组对象
glGenBuffers(1, &VBO);//生成顶点缓冲区
glBindVertexArray(VAO);// 绑定顶点数组对象
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);//绑定顶点缓冲区
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(Triangle), Triangle, GL_STATIC_DRAW);//设置缓冲区中的数据
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(float), (void*)0); // 设置对缓冲区访问的步长为3以及相位为0，告诉着色器，这个数据输入到着色器的第一个(索引为0)输入变量，数据的长度是3个float
glEnableVertexAttribArray(0);
while (!glfwWindowShouldClose(glWindow))
{
glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
//画三角形
glBindVertexArray(VAO);//绑定顶点数组对象
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);
glfwPollEvents();
glfwSwapBuffers(glWindow);
}
}
将编译着色器的部分封装起来代码容易理解多了，顶点着色器和片段着色器的代码都比较简单
//vertex_1.vs 顶点着色器
#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 aPos;//输入的变量的位置为0，所以glVertexAttribPointer的第一个参数为0
void main()
{
gl_Position = vec4(aPos.x, aPos.y, aPos.z, 1.0);//输出的变量叫gl_Position
}
//fragment_1.fs 片段着色器
#version 330 core
out vec4 FragColor;//输出一个颜色
void main()
{
FragColor = vec4(1.0f, 0.5f, 0.2f, 1.0f);
}
最终的效果
画一个彩色的三角形
void ColourfulTriangle()
{
//颜色会在光栅化阶段被硬件进行插值计算
float vertices[] = {
// 位置 // 颜色
0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, // 右下
-0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, // 左下
0.0f, 0.5f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f // 顶部
};
//编译着色器
Shader ourShader("vertex_4.vs", "fragment_4.fs");
ourShader.use();//glUseProgram(shaderProgram);
unsigned int VBO, VAO;
//顶点数组
glGenVertexArrays(1, &VAO);
glBindVertexArray(VAO);
//绑定顶点数组缓存
glGenBuffers(1, &VBO);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);
// 位置属性
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(float), (void*)0);//设置数据访问的指针
glEnableVertexAttribArray(0);
// 颜色属性
glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(float), (void*)(3 * sizeof(float)));//设置数据访问的指针
glEnableVertexAttribArray(1);
while (!glfwWindowShouldClose(glWindow))
{
glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
//draw
glBindVertexArray(VAO);
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 6);
glBindVertexArray(0);
glfwPollEvents();
glfwSwapBuffers(glWindow);
}
}
在数组里加入了颜色的属性，要把属性传入着色器，设置数据访问的指针的步长和相位就好，步长是6，相位是3
着色器的代码
//vertex_4.vs
#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 aPos; // 位置变量的属性位置值为 0
layout (location = 1) in vec3 aColor; // 颜色变量的属性位置值为 1
out vec3 ourColor; // 向片段着色器输出一个颜色
void main()
{
gl_Position = vec4(aPos, 1.0);
ourColor = aColor; // 将ourColor设置为我们从顶点数据那里得到的输入颜色
}
//fragment_4.fs
#version 330 core
out vec4 FragColor;
in vec3 ourColor;
void main()
{
FragColor = vec4(ourColor, 1.0);
}
最终的效果
编译着色器这里省了很多代码，贴上Shader.cpp和Shader.h，其实只是抄learnOpenGL给的源码
#include "Shader.h"
#include <string>
void Shader::use()
{
glUseProgram(ID);
}
void Shader::setBool(const std::string & name, bool value) const
{
glUniform1i(glGetUniformLocation(ID, name.c_str()), (int)value);
}
void Shader::setInt(const std::string & name, int value) const
{
glUniform1i(glGetUniformLocation(ID, name.c_str()), value);
}
void Shader::setFloat(const std::string & name, float value) const
{
glUniform1f(glGetUniformLocation(ID, name.c_str()), value);
}
#ifndef SHADER_H
#define SHADER_H
#include "glfw3.h"
#include "glad.h"; // 包含glad来获取所有的必须OpenGL头文件
#include <string>
#include <fstream>
#include <sstream>
#include <iostream>
#define TEXTURE_PATH (std::string("Resources/Texture/")) //纹理的路径
#define SHADER_PATH (std::string("Resources/Shader/")) //Shader的路径
//检查Shader是否编译正确
inline void assertShader(unsigned int shaderObj, std::string&& shaderName)
{
int success = 0;
char infoLog[512];
glGetShaderiv(shaderObj, GL_COMPILE_STATUS, &success);
if (!success)
{
glGetShaderInfoLog(shaderObj, 512, NULL, infoLog);
std::cout << "ERROR::SHADER" << shaderName << "::COMPILATION_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
}
}
//检查着色器程序是否编译正确
inline void assertProgram(unsigned int programObj, std::string&& programName)
{
int success = 0;
char infoLog[512];
glGetProgramiv(programObj, GL_LINK_STATUS, &success);
if (!success)
{
glGetShaderInfoLog(programObj, 512, NULL, infoLog);
std::cout << "ERROR::PROGRAM::" << programName << "::COMPILATION_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
}
}
class Shader
{
public:
// 程序ID
unsigned int ID;
Shader() : ID(-1)
{
};
// 构造器读取并构建着色器
template <typename S1, typename S2 = std::string>
Shader(S1&& vertexPath, S2&& fragmentPath)
{
// 1. 从文件路径中获取顶点/片段着色器
std::string vertexCode;
std::string fragmentCode;
std::ifstream vShaderFile;
std::ifstream fShaderFile;
// 保证ifstream对象可以抛出异常：
vShaderFile.exceptions(std::ifstream::failbit | std::ifstream::badbit);
fShaderFile.exceptions(std::ifstream::failbit | std::ifstream::badbit);
try
{
// 打开文件
vShaderFile.open(SHADER_PATH + std::forward<S1>(vertexPath));
fShaderFile.open(SHADER_PATH + std::forward<S2>(fragmentPath));
std::stringstream vShaderStream, fShaderStream;
// 读取文件的缓冲内容到数据流中
vShaderStream << vShaderFile.rdbuf();
fShaderStream << fShaderFile.rdbuf();
// 关闭文件处理器
vShaderFile.close();
fShaderFile.close();
// 转换数据流到string
vertexCode = vShaderStream.str();
fragmentCode = fShaderStream.str();
}
catch (std::ifstream::failure e)
{
std::cout << "ERROR::SHADER::FILE_NOT_SUCCESFULLY_READ" << std::endl;
}
const char* vShaderCode = vertexCode.c_str();
const char* fShaderCode = fragmentCode.c_str();
unsigned int vertex, fragment;
vertex = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);
glShaderSource(vertex, 1, &vShaderCode, NULL);
glCompileShader(vertex);
assertShader(vertex, "VertexShader");
fragment = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);
glShaderSource(fragment, 1, &fShaderCode, NULL);
glCompileShader(fragment);
assertShader(fragment, "FragmentShader");
ID = glCreateProgram();
glAttachShader(ID, vertex);
glAttachShader(ID, fragment);
glLinkProgram(ID);
assertProgram(ID, "ShaderProgram");
// 删除着色器，它们已经链接到我们的程序中了，已经不再需要了
glDeleteShader(vertex);
glDeleteShader(fragment);
}
// 使用/激活程序
void use();
// uniform工具函数
void setBool(const std::string &name, bool value) const;
void setInt(const std::string &name, int value) const;
void setFloat(const std::string &name, float value) const;
};
#endif
