QT+Opengl ES2.0显示立方体

好嘞，这一次是一个不错的突破。前几次的文章中已经将点云用QT结合opengl显示出来了，但是所用的opengl为固定管线绘制方式。这种方式效率低下，比方说你有一块100W的点云，那么每次paint的时候都要循环绘制100W个点在屏幕上，这也就是为什么传统opengl显示800W的点云就开始卡B了。
    笔者寄希望于QT中的OpenglES2.0，这种采用顶点缓存和索引缓存的绘制方式大大提升了效率。
    无奈的是，OpenglES2.0的绘制管线本来就十分复杂，再加上QT这个虚架子，网上的例子少而又少，导致很多人望而却步。
    笔者研究了QT Creator自带的所有的Opengl例程，这些例程无一例外地使用了OpenglES2.0的可编程管线，但是却没有一个例子符合我的要求，它们全部都进行了纹理加载和显示，因此着色器也显得相当复杂，而在这之前作者一点着色器的编程经验也没有。我们知道绘制点云是不需要纹理坐标的，那么就有必要官方例子进行改进。
    笔者这才决定，先把官方的纹理立方体修改为彩色立方体，然后再从彩色立方体过渡到点云。实际上修改为彩色立方体之后，再修改为显示点云已经是小菜一碟了。
    但这时我发现噩梦才刚刚开始。我必须先须学习glsl语言，然后重新定义顶点缓存和索引缓存进行绘制，只要有微小的错误都有可能导致错误的结果。
    为了这点事情，作者不得不每天下班坐一个多小时的车回寝室然后开始研究。本人查遍了网上几乎所有相关博文，但是一篇能用的都没有。作者在这一点上是很失望的。
    还好本人有着打不死的小强精神，经过线索的拼凑，这一问题终于在第四个夜晚——今天告破了。
    QT+opengl ES 2.0的彩色立方体终于被本人无情地显示出来了。同时也感叹求学不易，少年仍需努力。
    下面我就把代码全部分享出来，打上必要的注释。

    老规矩，我们先上效果。

这个GIF是不是显示有点问题啊。。。不过不管了。关键的地方我用红色标注了。
上代码。
首先是一个点云发动机，我们在这里面进行索引和缓存的定义，它继承自QOpenGLFunctions

class qScarlet_GLCloudEngin_ES2 : protected QOpenGLFunctions
{
public:
    qScarlet_GLCloudEngin_ES2();
    virtual ~qScarlet_GLCloudEngin_ES2();

    void drawCubeGeometry(QOpenGLShaderProgram *program);

private:
    void initCubeGeometry();

    QOpenGLBuffer arrayBuf;
    QOpenGLBuffer indexBuf;
};

它的CPP对应如下：

qScarlet_GLCloudEngin_ES2::qScarlet_GLCloudEngin_ES2()
    : indexBuf(QOpenGLBuffer::IndexBuffer)
{
    initializeOpenGLFunctions();

    // Generate 2 VBOs
    arrayBuf.create();
    indexBuf.create();

    // Initializes cube geometry and transfers it to VBOs
    initCubeGeometry();
}
qScarlet_GLCloudEngin_ES2::~qScarlet_GLCloudEngin_ES2()
{
    arrayBuf.destroy();
    indexBuf.destroy();
}
void qScarlet_GLCloudEngin_ES2::initCubeGeometry()
{
    // For cube we would need only 8 vertices but we have to
    // duplicate vertex for each face because texture coordinate
    // is different.
//这里是八个顶点的存储位置
    CubeVertexData vertices[] = {
        // Vertex data for face 0
        {QVector3D(1.0f,  1.0f,  1.0f), QVector3D(0.0f, 0.0f,1.0f)},  // v0
        {QVector3D(-1.0f, 1.0f,  1.0f), QVector3D(1.0f, 0.0f,1.0f)}, // v1
        {QVector3D(-1.0f, -1.0f,  1.0f), QVector3D(0.0f, 1.0f,1.0f)},  // v2
        {QVector3D( 1.0f, -1.0f,  1.0f), QVector3D(1.0f, 1.0f,1.0f)}, // v3

        // Vertex data for face 1
        {QVector3D( 1.0f, 1.0f,  -1.0f), QVector3D( 1.0f, 0.0f,0.0f)}, // v4
        {QVector3D( -1.0f, 1.0f,  -1.0f), QVector3D(0.0f,1.0f, 0.0f)}, // v5
        {QVector3D( -1.0f,  -1.0f,  -1.0f), QVector3D(1.0f, 1.0f,0.0f)},  // v6
        {QVector3D( 1.0f,  -1.0f,  -1.0f), QVector3D(0.33f, 0.30f,0.60f)}, // v7
    };
//它们的索引缓存。
    GLushort indices[] = {
        0,1,2,0,2,3,
        4,0,3,4,3,7,
        5,4,7,5,7,6,
        1,5,6,1,6,2,
        5,1,0,5,0,4,
        6,7,3,6,3,2
    };
    // Transfer vertex data to VBO 0
    arrayBuf.bind();
    arrayBuf.allocate(vertices, 8 * sizeof(CubeVertexData));//这里放置顶点缓存的个数，立方体一共有八个顶点，而不是六个。。。

    // Transfer index data to VBO 1
    indexBuf.bind();
    indexBuf.allocate(indices, 36 * sizeof(GLushort));//面片有3*2*6一共36个顶点。
}
 
void qScarlet_GLCloudEngin_ES2::drawCubeGeometry(QOpenGLShaderProgram *program)
{
    // Tell OpenGL which VBOs to use
    arrayBuf.bind();
    indexBuf.bind();

    // Offset for position
    quintptr offset = 0;

    // Tell OpenGL programmable pipeline how to locate vertex position data
    int vertexLocation = program->attributeLocation("a_position");//这个名字一定要和glsl对应好，下面的colAttr也是。，他们是作为输入参数在glsl中被存储的。
    program->enableAttributeArray(vertexLocation);
    program->setAttributeBuffer(vertexLocation, GL_FLOAT, offset, 3, sizeof(CubeVertexData));

    // Offset for texture coordinate
    offset += sizeof(QVector3D);

    // Tell OpenGL programmable pipeline how to locate vertex texture coordinate data
    int texcoordLocation = program->attributeLocation("colAttr");
    program->enableAttributeArray(texcoordLocation);
    program->setAttributeBuffer(texcoordLocation, GL_FLOAT, offset,3, sizeof(CubeVertexData));

    // Draw cube geometry using indices from VBO 1
    //GL_TRIANGLE_FAN  GL_TRIANGLE_STRIP GL_QUADS  GL_TRIANGLE_STRIP GL_POINTS
    glDrawElements(GL_TRIANGLES, 36, GL_UNSIGNED_SHORT, 0);
}

然后是一个用于显示和控制旋转缩放的Wildget，这个借鉴了官方例子的相机，因为我觉得它的控制做得满足我的要求。

class qScarlet_GLWidget_ES2 : public QOpenGLWidget, protected QOpenGLFunctions
{
    Q_OBJECT

public:
    explicit qScarlet_GLWidget_ES2(QWidget *parent = 0);
    ~qScarlet_GLWidget_ES2();

protected:
    void mousePressEvent(QMouseEvent *e) Q_DECL_OVERRIDE;
    void mouseReleaseEvent(QMouseEvent *e) Q_DECL_OVERRIDE;
    void mouseMoveEvent(QMouseEvent *e) Q_DECL_OVERRIDE;
    void timerEvent(QTimerEvent *e) Q_DECL_OVERRIDE;
    void wheelEvent(QWheelEvent *e);

    void initializeGL() Q_DECL_OVERRIDE;
    void resizeGL(int w, int h) Q_DECL_OVERRIDE;
    void paintGL() Q_DECL_OVERRIDE;

    void initShaders();
    void initTextures();

private:
    QBasicTimer timer;
    QOpenGLShaderProgram program;
    qScarlet_GLCloudEngin_ES2 *geometries;
    QOpenGLTexture *texture;
    //we don't use texture but we leave it along.
    QMatrix4x4 projection;
    QVector2D mousePressPosition;
    QVector3D rotationAxis;
    qreal angularSpeed;
    QQuaternion rotation;
    GLfloat zoom;
};

它的cpp文件对应如下： 

qScarlet_GLWidget_ES2::qScarlet_GLWidget_ES2(QWidget *parent) :
    QOpenGLWidget(parent),
    geometries(0),
    texture(0),
    angularSpeed(0)
{
    //resourcescarlet2.qrc
    //也不知道这句话是不是有用
    //Q_INIT_RESOURCE(resourcescarlet2);
}

qScarlet_GLWidget_ES2::~qScarlet_GLWidget_ES2()
{
    // Make sure the context is current when deleting the texture
    // and the buffers.
    makeCurrent();
    delete texture;
    delete geometries;
    doneCurrent();
}
void qScarlet_GLWidget_ES2::mousePressEvent(QMouseEvent *e)
{
    // Save mouse press position
    mousePressPosition = QVector2D(e->localPos());
}
void qScarlet_GLWidget_ES2::mouseMoveEvent(QMouseEvent *e)
{
    // Mouse release position - mouse press position
    QVector2D diff = QVector2D(e->localPos()) - mousePressPosition;
    // Rotation axis is perpendicular to the mouse position difference
    // vector
    QVector3D n = QVector3D(diff.y(), diff.x(), 0.0).normalized();
    // Accelerate angular speed relative to the length of the mouse sweep
    qreal acc = diff.length() / 100.0;
    // Calculate new rotation axis as weighted sum
    rotationAxis = (rotationAxis * angularSpeed + n * acc).normalized();

    angularSpeed += acc;
}
void qScarlet_GLWidget_ES2::mouseReleaseEvent(QMouseEvent *e)
{
    angularSpeed=0;
}
void qScarlet_GLWidget_ES2::timerEvent(QTimerEvent *)
{
    // Decrease angular speed (friction)
    angularSpeed *= 0.79;//使用乘法来降低速度666

    // Stop rotation when speed goes below threshold
    if (angularSpeed < 0.01)
    {
        angularSpeed = 0.0;
    }
    else
    {
        // Update rotation
        rotation = QQuaternion::fromAxisAndAngle(rotationAxis, angularSpeed) * rotation;
    }
    update();
}
void qScarlet_GLWidget_ES2::initializeGL()
{
    initializeOpenGLFunctions();
    glClearColor(0, 0, 0, 1);
    initShaders();
    initTextures();
    zoom =-5;
    // Enable depth buffer
    glEnable(GL_DEPTH_TEST);
    // Enable back face culling
    glEnable(GL_CULL_FACE);
    geometries = new qScarlet_GLCloudEngin_ES2();
    // Use QBasicTimer because its faster than QTimer
    timer.start(12, this);
}
void qScarlet_GLWidget_ES2::initShaders()//加载shader，这里必须注意，新加入glsl文件后必须把QTcreator生成的Release文件夹删掉然后重新编译一下才会识别，作者为这个问题活活憋了一个晚上才知道，原来这是QT的bug。马丹。。。。
{
    // Compile vertex shader
    if (!program.addShaderFromSourceFile(QOpenGLShader::Vertex, ":/glsl/glsl/qScarlet_vshader.glsl"))
        close();
    // Compile fragment shader
   if (!program.addShaderFromSourceFile(QOpenGLShader::Fragment, ":/glsl/glsl/qScarlet_fshader.glsl"))
        close();
    // Link shader pipeline
    if (!program.link())
        close();
    // Bind shader pipeline for use
    if (!program.bind())
        close();
}
void qScarlet_GLWidget_ES2::initTextures()
{
    // Load cube.png image
    texture = new QOpenGLTexture(QImage(":/logo/alllogo/OfficialOpenglCube.png").mirrored());

    // Set nearest filtering mode for texture minification
    texture->setMinificationFilter(QOpenGLTexture::Nearest);

    // Set bilinear filtering mode for texture magnification
    texture->setMagnificationFilter(QOpenGLTexture::Linear);

    // Wrap texture coordinates by repeating
    // f.ex. texture coordinate (1.1, 1.2) is same as (0.1, 0.2)
    texture->setWrapMode(QOpenGLTexture::Repeat);
}
void qScarlet_GLWidget_ES2::resizeGL(int w, int h)
{
    // Calculate aspect ratio
    qreal aspect = qreal(w) / qreal(h ? h : 1);

    // Set near plane to 3.0, far plane to 7.0, field of view 45 degrees
    const qreal zNear = 0.001, zFar = 1000.0, fov = 45.0;

    // Reset projection
    projection.setToIdentity();

    // Set perspective projection
    projection.perspective(fov, aspect, zNear, zFar);
}
void qScarlet_GLWidget_ES2::paintGL()
{
    // Clear color and depth buffer
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

    texture->bind();

    // Calculate model view transformation
    QMatrix4x4 matrix;
    matrix.translate(0.0, 0.0, -5.0);//zoom
    matrix.translate(0.0, 0.0, zoom);//
    matrix.rotate(rotation);
    // Set modelview-projection matrix
    program.setUniformValue("mvp_matrix", projection * matrix);
    // Use texture unit 0 which contains cube.png
    //program.setUniformValue("texture", 0);
    // Draw cube geometry
    geometries->drawCubeGeometry(&program);
}
void qScarlet_GLWidget_ES2::wheelEvent(QWheelEvent *e)
{
//    当鼠标滑轮在滚动时用于返回滑动的距离，该值等于鼠标旋转角度的8倍。正数值表示滑轮相对于用户在向前滑动，
//    相反，负数值表示滑轮相对于用户是向后滑动的。
    //int mydelta2 = e->delta();
    double ZoomSlowDown =2.5;
    zoom += (double)(e->delta())/8.0/15.0/ZoomSlowDown;
    update();
}

最后把两个最关键的Shader放上来：
顶点着色器：
#ifdef GL_ES
precision mediump int;
precision mediump float;
#endif
uniform mat4 mvp_matrix;
attribute vec4 a_position;  //解释一下，attribute代表这是一个可由外部传入的变量
attribute lowp vec4 colAttr;
varying lowp vec4 col;//varying代表opengl的传出变量，这个变量会由顶点着色器传出，然后传入像素着色器。
void main()
{
    gl_Position = mvp_matrix * a_position;//
     col = colAttr;
}
然后下面是像素着色器。简单一句话就没了，但是记住这个传出的col的名字一定要和上面相同才行。
#ifdef GL_ES
precision mediump int;
precision mediump float;
#endif
varying lowp vec4 col;
void main()
{
    gl_FragColor = col;
} 
//至此所有代码完毕。