（二）OpenGL中的Shader

学习总结自：http://learnopengl.com/#!Getting-started/Hello-Triangle
http://learnopengl.com/#!Getting-started/Shaders
继上篇文章中提到，OpenGL是为了在GPU上同时跑成千上万个程序，在GPU上跑的这些小程序，称为Shader。

准备

我们在运行GPU程序前，得准备几样东西：1）输入数据。2）数据缓冲区。3）Shader程序。4）GLSL（OpenGL Shade Language）主程序。
以画一个三角形为例，
1）输入数据包括：a. 三点顶点的坐标。b. 三个顶点的颜色。

  GLfloat vertices[] = {
        // 坐标        // 颜色
         0.5f, -0.5f, 0.0f,  1.0f, 0.0f, 0.0f,  // 右下角
        -0.5f, -0.5f, 0.0f,  0.0f, 1.0f, 0.0f,  // 左下角
         0.0f,  0.5f, 0.0f,  0.0f, 0.0f, 1.0f   // 顶点 
    };

2）数据缓存区包括：a. 数据怎么识别。哪一块是坐标数据？哪一块是颜色数据? b. 哪一块数据是第一个三角形的数据？哪一块数据是第二个三角形的数据？

 GLuint VBO, VAO;
    glGenVertexArrays(1, &VAO);
    glGenBuffers(1, &VBO);
    glBindVertexArray(VAO);// 首先绑定VAO结构。一个VAO对应一个形状对象，包含了一个形状的所有属性，包括颜色、坐标等等。用shader程序调用VAO这个结构，可以画出对应的图像来。

    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);//在绑定VAO之后，绑定VBO结构。**这样VBO就属于之前被绑定VAO的一部分。**里面包含了预先定义好的数组vertices，vertices就是一个浮点数组，包含具体的坐标、颜色值。


    glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(GLfloat), (GLvoid*)0);
    glEnableVertexAttribArray(0);// 坐标属性。让Vertex Shader将这部分数据作为坐标导入。

    glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(GLfloat), (GLvoid*)(3 * sizeof(GLfloat)));
    glEnableVertexAttribArray(1);// 颜色属性。让Vertex Shader将这部分数据作为坐标颜色值导入。

    glBindVertexArray(0); // Unbind VAO

3）Shader 程序。将导入GPU的数据，为对应的坐标点画上对应的颜色。

// Shaders
const GLchar* vertexShaderSource = "#version 330 core\n"
    "layout (location = 0) in vec3 position;\n"//location = 0，与之前绑定VAO步骤中的函数glEnableVertexAttribArray(0)对应，把坐标数据导入到 vec3 position 这个shader中的坐标变量。
    "layout (location = 1) in vec3 color;\n"//location = 1，与之前绑定VAO步骤中的函数glEnableVertexAttribArray(1)对应，把坐标数据导入到 vec3 color这个shader中的颜色变量。
    "out vec3 ourColor;\n"
    "void main()\n"
    "{\n"
    "gl_Position = vec4(position, 1.0);\n"
    "ourColor = color;\n"//将颜色值直接赋值给输出的变量ourColor，在Fragment Shader中也有一个同名的变量，所有最终像素的颜色就是此颜色值。
    "}\0";
const GLchar* fragmentShaderSource = "#version 330 core\n"
    "in vec3 ourColor;\n" //OpenGL Shader程序会直接将同名的变量联系到一起，这个ourColor就是vertex shader中的输出的ourColor
    "out vec4 color;\n"
    "void main()\n"
    "{\n"
    "color = vec4(ourColor, 1.0f);\n"
    "}\n\0";

4）GLSL 主程序

 GLuint shaderProgram = glCreateProgram(); //创建一个GLSL主程序
    glAttachShader(shaderProgram, vertexShader);
    glAttachShader(shaderProgram, fragmentShader);//将两个shader挂载到主程序上
    glLinkProgram(shaderProgram);//链接shader程序。编译shader的步骤在此之前。接下来会详细介绍

步骤

为何要将1）输入数据。2）数据缓冲区。3）Shader程序。4）GLSL（OpenGL Shade Language）主程序。这个几个模块分开介绍呢？
因为这几块相互独立，这是OpenGL比较明显的特点。详细说，就是GLSL主程序可以链接任意一个编译好的shader程序，编译好的shader程序可以装载不同的VAO(Vertext Array Object，它是VBO的老大，Shader 调用的时候是直接调VAO，VBO包含了数据，VAO包含了VBO以及如何让Shader识别这些VBO数据的一些属性)，VAO又可以用不同的方式装载不同的数据。
以这段代码为例，只粘贴了比较关键的代码，完整源码请参考：
http://learnopengl.com/code_viewer.php?code=getting-started/shaders-interpolated
程序的结果就是对三角形的三个顶点画上红、绿、蓝三种颜色，三角形中间区域的颜色OpenGL会自动插值出来，这是OpenGL的神奇之处（我也还没懂原理）。

//--------------这不是完整源码，着重介绍重要的几个步骤------------------//

//---------编写shader 程序----------//
const GLchar* vertexShaderSource = "#version 330 core\n"
    "layout (location = 0) in vec3 position;\n"
    "layout (location = 1) in vec3 color;\n"
    "out vec3 ourColor;\n"
    "void main()\n"
    "{\n"
    "gl_Position = vec4(position, 1.0);\n"
    "ourColor = color;\n"
    "}\0"; 
const GLchar* fragmentShaderSource = "#version 330 core\n"
    "in vec3 ourColor;\n"
    "out vec4 color;\n"
    "void main()\n"
    "{\n"
    "color = vec4(ourColor, 1.0f);\n"
    "}\n\0";//简单易懂的Shader源码

//---------编译和链接shader程序----------//
GLuint vertexShader = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);
    glShaderSource(vertexShader, 1, &vertexShaderSource, NULL);
    glCompileShader(vertexShader); //因为shader程序是在GPU上跑，所以不是和CPP文件一起编译。Shader程序如果有BUG，在编译CPP的时候不会出错，而是在运行CPP工程的时候报错。

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

 GLuint shaderProgram = glCreateProgram();
    glAttachShader(shaderProgram, vertexShader);
    glAttachShader(shaderProgram, fragmentShader);
    glLinkProgram(shaderProgram); //将shader程序与GLSL主程序链接到一起

//---------编写VAO，VBO以及具体导入的数据----------//
 GLfloat vertices[] = {
        // Positions         // Colors
         0.5f, -0.5f, 0.0f,  1.0f, 0.0f, 0.0f,  // Bottom Right
        -0.5f, -0.5f, 0.0f,  0.0f, 1.0f, 0.0f,  // Bottom Left
         0.0f,  0.5f, 0.0f,  0.0f, 0.0f, 1.0f   // Top 
    };//三个顶点的坐标和颜色值

    GLuint VBO, VAO;
    glGenVertexArrays(1, &VAO);
    glGenBuffers(1, &VBO);//可以生成多个VAO和多个VBO。一个只能对应一个VBO。画多个图形，就得用不同的VAO包含不同的VBO
    glBindVertexArray(VAO);//绑定VAO之后，接下来的所有操作都被记录到此VAO当中，直到这个VAO被解除绑定为止。VAO就是画一个图形所需要的所有属性。绑定完这个VAO之后，可以接着绑定其它的VAO。

    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);//绑定VBO到当前VAO中，注意GL_ARRAY_BUFFER这个类型只能绑定一个VBO
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);//绑定数据到VBO对象当中
    // Position attribute
    glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(GLfloat), (GLvoid*)0);//坐标位置在vertices数组中起始点为0，步长为6个FLOAT数据的长度
    glEnableVertexAttribArray(0);//用vertex shader中的Location0来导入数据，Location0就是坐标数据
    // Color attribute
    glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(GLfloat), (GLvoid*)(3 * sizeof(GLfloat)));//坐标位置在vertices数组中起始点为3，步长为6个FLOAT数据的长度
    glEnableVertexAttribArray(1);//用vertex shader中的Location1来导入数据，Location0就是颜色标数据

    glBindVertexArray(0); // 解除绑定VAO，对这个VAO的所有操作到此为止，之前的操作被全部保存
 // 循环画图
    while (!glfwWindowShouldClose(window))
    {
        // 检测是否有键盘触发事件
        glfwPollEvents();

        // Render
        // Clear the colorbuffer
        glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f);//设置背景颜色
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

        // Draw the triangle
        glUseProgram(shaderProgram);//导入一个GLSL主程序
        glBindVertexArray(VAO);//导入其中一个VAO,一个主程序可以链接多个VAO，在画完这个VAO之后，可以接着画另外一个VAO代表的图形。这是OpenGL比较明显的特征
        glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);//画三角形
        glBindVertexArray(0); //glBindVertexArray(）将VAO属性复位，也就是不绑定任意一个VAO

        // Swap the screen buffers
        glfwSwapBuffers(window);
    }