LearnOpenGL (2) 绘制三角形

本文基于Win10 + Visual Studio 2019 + OpenGL 3.3。参考“你好，三角形”。

一、准备工作

图形渲染管线   顶点数据  图元  顶点缓冲对象(VBO)  顶点数组对象(VAO)

 

二、绘制三角形

建立顶点数组

OpenGL中我们指定的所有坐标都是3D坐标（x、y和z）。OpenGL不是简单地把所有的3D坐标变换为屏幕上的2D像素；OpenGL仅当3D坐标在3个轴（x、y和z）上-1.0到1.0的范围内时才处理它。所有在这个范围内的坐标叫做标准化设备坐标(Normalized Device Coordinates)，此范围内的坐标最终显示在屏幕上（在这个范围以外的坐标则不会显示）。

我们要指定三角形的三个坐标。

float vertices[] = {
    -0.5f, -0.5f, 0.0f,
     0.5f, -0.5f, 0.0f,
     0.0f,  0.5f, 0.0f
};

 

使用GLSL编写顶点着色器程序

// 顶点着色器程序
const char* vertexShaderSource = "#version 330 core\n"
"layout (location = 0) in vec3 aPos;\n"
"void main()\n"
"{\n"
"   gl_Position = vec4(aPos.x, aPos.y, aPos.z, 1.0);\n"
"}\0";

 gl_Position 是什么？

 

创建顶点着色器对象，并编译顶点着色器程序

// 建立顶点着色器对象
unsigned int vertexShader;
vertexShader = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);
// 将顶点着色器源码附加到着色器对象上
glShaderSource(vertexShader, 1, &vertexShaderSource, NULL);
// 编译顶点着色器源码
glCompileShader(vertexShader);
// 检查是否编译成功
int  success;
char infoLog[512];
glGetShaderiv(vertexShader, GL_COMPILE_STATUS, &success);
if (!success)
{
    glGetShaderInfoLog(vertexShader, 512, NULL, infoLog);
    std::cout << "ERROR::SHADER::VERTEX::COMPILATION_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
}

 

编写片段着色器程序

const char *fragmentShaderSource = "#version 330 core\n"
    "out vec4 FragColor;\n"
    "void main()\n"
    "{\n"
    "   FragColor = vec4(1.0f, 0.5f, 0.2f, 1.0f);\n"
    "}\n\0";

片段着色器中输出的FragColor表示最终的输出颜色。

 

创建片段着色器对象，并编译片段着色器程序

步骤同顶点着色器相同。只是创建对象时传入的参数不同，一个是GL_VERTEX_SHADER，一个是GL_FRAGMENT_SHADER。

// 创建片段着色器对象
unsigned int fragmentShader = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);
// 将片段着色器程序附加到片段着色器对象上
glShaderSource(fragmentShader, 1, &fragmentShaderSource, NULL);
// 编译片断着色器程序
glCompileShader(fragmentShader);
// 检查是否编译成功
glGetShaderiv(fragmentShader, GL_COMPILE_STATUS, &success);
if (!success)
{
    glGetShaderInfoLog(fragmentShader, 512, NULL, infoLog);
    std::cout << "ERROR::SHADER::FRAGMENT::COMPILATION_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
}

 

创建着色器程序对象

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。

// 创建着色器程序对象
unsigned int shaderProgram = glCreateProgram();
// 把编译完成的顶点着色器和片段着色器附加到着色器程序对象上
glAttachShader(shaderProgram, vertexShader);
glAttachShader(shaderProgram, fragmentShader);
// 将顶点着色器和片段着色器链接起来，构成一个可执行的着色器程序
glLinkProgram(shaderProgram);
// 检查是否链接成功
glGetProgramiv(shaderProgram, GL_LINK_STATUS, &success);
if (!success) {
    glGetProgramInfoLog(shaderProgram, 512, NULL, infoLog);
    std::cout << "ERROR::SHADER::PROGRAM::LINKING_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
}
// 此时可以安全的删除着色器对象
glDeleteShader(vertexShader);
glDeleteShader(fragmentShader);

着色器程序链接的作用是什么？

 为什么把着色器对象链接到着色器程序后，就可以删除着色器对象了？

 

创建顶点数组对象（VAO）

我们可以把VAO和VBO的创建放到一块。正确的顺序是：1.创建VAO和VBO，2.绑定VAO，3.绑定和设置VBO，4.配置顶点属性。

为什么要先绑定VAO然后再绑定VBO？

// 生成一个VAO对象
unsigned int VAO;
glGenVertexArrays(1, &VAO);
// 绑定VAO
glBindVertexArray(VAO);

 

创建顶点缓冲对象(VBO)

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。

// 生成一个VBO对象
unsigned int VBO;
glGenBuffers(1, &VBO);     
//绑定VBO到 GL_ARRAY_BUFFER 上，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)。
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
//把顶点数据复制到VBO内存中。
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);
//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。

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。但OpenGL还不知道它该如何解释显存中的顶点数据，以及它该如何将顶点数据链接到顶点着色器的属性上。

 

链接顶点属性并启用

即告诉OpenGL应该如何解释这些顶点数据（应用到逐个的顶点属性上）。

glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(float), (void*)0);

• 第一个参数指定我们要配置的顶点属性。由我们在顶点着色器程序中，指定的layout (location = 0)中的location的值。我们希望把数据传递到这一个顶点属性中，即为0.
• 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)。

顶点属性默认是禁用的，我们在配置完如何解释数据后，应该启用顶点属性。

glEnableVertexAttribArray(0);

参数同样为顶点属性的location值。

 

解绑VBO和VAO

是否需要解绑VAO和VBO？

// 解绑VBO
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);
// 解绑VAO
glBindVertexArray(0);

 

渲染循环内代码

首先，设置颜色缓冲区，清空屏幕的颜色缓冲对象，将屏幕颜色设置成我们设置的颜色。

// 设置颜色缓冲区的默认颜色
glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f);
// 清空屏幕颜色缓冲区并设置成我们上面设置的颜色
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

然后，绘制我们的三角形。

// 使用着色器程序对象
glUseProgram(shaderProgram);
// 绑定VAO，调用设置的一组状态
glBindVertexArray(VAO);
//绘制三角形
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);
// 不需要每次解绑VAO，因为调用glBindVertexArray会自动解绑上次绑定的VAO.

 

渲染循环外释放资源

资源不需要了就释放，养成良好的习惯

// 释放资源
glDeleteVertexArrays(1, &VAO);
glDeleteBuffers(1, &VBO);
glDeleteProgram(shaderProgram);

 

 运行程序

没有错误的话，会在画面中弹出我们想要的三角形和背景颜色。

 

完整代码如下：

查看代码

 #include <glad/glad.h>
#include <GLFW/glfw3.h>
#include <iostream>

void framebuffer_size_callback(GLFWwindow* window, int width, int height);
void processInput(GLFWwindow* window);
// settings
const unsigned int SCR_WIDTH = 800;
const unsigned int SCR_HEIGHT = 600;

float vertices[] = {        //三角形的三个顶点
    -0.5f, -0.5f, 0.0f,     //顶点1
     0.5f, -0.5f, 0.0f,     //顶点2
     0.0f,  0.5f, 0.0f      //顶点3
};
// 顶点着色器程序
const char* vertexShaderSource = "#version 330 core\n"
"layout (location = 0) in vec3 aPos;\n"
"void main()\n"
"{\n"
"   gl_Position = vec4(aPos.x, aPos.y, aPos.z, 1.0);\n"
"}\0";
// 片段着色器程序
const char* fragmentShaderSource = "#version 330 core\n"
"out vec4 FragColor;\n"
"void main()\n"
"{\n"
"   FragColor = vec4(1.0f, 0.5f, 0.2f, 1.0f);\n"
"}\n\0";

int main()
{
    //实例化GLFW窗口
    glfwInit();
    glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3);
    glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 3);
    glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);
    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);
    glfwSetFramebufferSizeCallback(window, framebuffer_size_callback);
    //GLAD是用来管理OpenGL的函数指针的，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;
    }

    // 建立顶点着色器对象
    unsigned int vertexShader;
    vertexShader = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);
    // 将顶点着色器源码附加到着色器对象上
    glShaderSource(vertexShader, 1, &vertexShaderSource, NULL);
    // 编译顶点着色器源码
    glCompileShader(vertexShader);
    // 检查是否编译成功
    int  success;
    char infoLog[512];
    glGetShaderiv(vertexShader, GL_COMPILE_STATUS, &success);
    if (!success)
    {
        glGetShaderInfoLog(vertexShader, 512, NULL, infoLog);
        std::cout << "ERROR::SHADER::VERTEX::COMPILATION_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
    }

    // 创建片段着色器对象
    unsigned int fragmentShader = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);
    // 将片段着色器程序附加到片段着色器对象上
    glShaderSource(fragmentShader, 1, &fragmentShaderSource, NULL);
    // 编译片断着色器程序
    glCompileShader(fragmentShader);
    // 检查是否编译成功
    glGetShaderiv(fragmentShader, GL_COMPILE_STATUS, &success);
    if (!success)
    {
        glGetShaderInfoLog(fragmentShader, 512, NULL, infoLog);
        std::cout << "ERROR::SHADER::FRAGMENT::COMPILATION_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
    }

    // 创建着色器程序对象
    unsigned int shaderProgram = glCreateProgram();
    // 把编译完成的顶点着色器和片段着色器附加到着色器程序对象上
    glAttachShader(shaderProgram, vertexShader);
    glAttachShader(shaderProgram, fragmentShader);
    // 将顶点着色器和片段着色器链接起来，构成一个可执行的着色器程序
    glLinkProgram(shaderProgram);
    // 检查是否链接成功
    glGetProgramiv(shaderProgram, GL_LINK_STATUS, &success);
    if (!success) {
        glGetProgramInfoLog(shaderProgram, 512, NULL, infoLog);
        std::cout << "ERROR::SHADER::PROGRAM::LINKING_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
    }
    // 此时可以安全的删除着色器对象
    glDeleteShader(vertexShader);
    glDeleteShader(fragmentShader);

    // 生成一个VAO对象
    unsigned int VAO;
    glGenVertexArrays(1, &VAO);
    // 绑定VAO
    glBindVertexArray(VAO);
    // 生成一个VBO对象
    unsigned int VBO;
    glGenBuffers(1, &VBO);
    //绑定VBO到 GL_ARRAY_BUFFER 上，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)。
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
    //把顶点数据复制到VBO内存中。
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);
    //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。
    // 告诉opengl应该如何解释顶点数据，即把数据应用到顶点属性上。
    glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(float), (void*)0);
    // 顶点属性默认是禁用的， 需要启用。
    glEnableVertexAttribArray(0);

    // 解绑VBO
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);
    // 解绑VAO
    glBindVertexArray(0);




    //渲染循环
    while (!glfwWindowShouldClose(window))
    {
        // 处理输入事件
        processInput(window);

        // 设置颜色缓冲区的默认颜色
        glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f);
        // 清空屏幕颜色缓冲区并设置成我们上面设置的颜色
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

        // 使用着色器程序对象
        glUseProgram(shaderProgram);
        // 绑定VAO，调用设置的一组状态
        glBindVertexArray(VAO);
        // 绘制三角形
        glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);
        // 不需要每次解绑VAO，因为调用glBindVertexArray会自动解绑上次绑定的VAO.

        // glfw: swap buffers and poll IO events (keys pressed/released, mouse moved etc.)
        glfwSwapBuffers(window);
        glfwPollEvents();
    }

    // 释放资源
    glDeleteVertexArrays(1, &VAO);
    glDeleteBuffers(1, &VBO);
    glDeleteProgram(shaderProgram);

    glfwTerminate();
	return 0;
}

// 处理键盘事件
void processInput(GLFWwindow* window)
{
    if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_ESCAPE) == GLFW_PRESS)
        glfwSetWindowShouldClose(window, true);
}

void framebuffer_size_callback(GLFWwindow* window, int width, int height)
{
    // 根据窗口大小改变视口大小
    glViewport(0, 0, width, height);
}