OpenGL学习笔记一（三角形）

OpenGL学习笔记之三角形篇

在计算机图形中三角形就如所有编程语言中的“hello world！”。所以接下来我们将要画一个三角形。

在上一个篇博客我已经讲过OpenGL的环境配此次就不再详细说明了（OpenGL的运行环境配置）。

参考资料（非常好OpenGL入门教程）有中文版的，大家可以去看看，讲的非常仔细。

本篇将会用到

• 顶点数组对象：Vertex Array Object，VAO
• 顶点缓冲对象：Vertex Buffer Object，VBO
• 着色器语言，编译着色器，链接着色器对象
• 输入三角形顶点，链接定点属性

下面我用代码讲解

#include 
#include 
#include 
/*
用户改变窗口的大小的时候，视口也应该被调整。
我们可以对窗口注册一个回调函数(Callback Function)，它会在每次窗口大小被调整的时候被调用。
*/
void framebuffer_size_callback(GLFWwindow* window, int width, int height);
void processInput(GLFWwindow *window);

const unsigned int SCR_WIDTH = 800;//声明窗口的宽度值
const unsigned int SCR_HEIGHT = 600;//声明窗口的高度值

/*顶点着色器(Vertex Shader)是几个可编程着色器中的一个。如果我们打算做渲染的话，
现代OpenGL需要我们至少设置一个顶点和一个片段着色器。
在OpenGL中的着色器语言是GLSL(OpenGL Shading Language)*/
//编写定点着色器
//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）。
const char *vertexShaderSource = "#version 330 core\n"
//layout (location = 0)设定了输入变量的位置值(Location)
//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)
    "layout (location = 0) in vec3 aPos;\n"
    "void main()\n"
    "{\n"
    //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.x、vec.y、vec.z和vec.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。
    //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。
    "   gl_Position = vec4(aPos.x, aPos.y, aPos.z, 1.0);\n"
    "}\0";
//编写片段着色器
//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！
const char *fragmentShaderSource = "#version 330 core\n"
//片段着色器只需要一个输出变量，这个变量是一个4分量向量，它表示的是最终的输出颜色，
//out关键字声明输出变量，这里我们命名为FragColor
    "out vec4 FragColor;\n"
    "void main()\n"
    "{\n"
    "   FragColor = vec4(1.0f, 0.5f, 0.2f, 1.0f);\n"
    "}\n\0";

int main()
{
    /*
     *首先，我们在main函数中调用glfwInit函数来初始化GLFW，
     *然后我们可以使用glfwWindowHint函数来配置GLFW。
     *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形，用来设置这个选项的值。
    */   
    glfwInit();
    glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3);
    glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 3);
    glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);

    /*
     *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），这里我们使用"LearnOpenGL"，
    */
    GLFWwindow* window = glfwCreateWindow(SCR_WIDTH, SCR_HEIGHT, "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，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;
    }

    //构建和编译我们的着色程序。
    // 定点着色器
    //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
    //由于我们正在创建一个顶点着色器，传递的参数是GL_VERTEX_SHADER。
    unsigned int vertexShader = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);
    //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。
    glShaderSource(vertexShader, 1, &vertexShaderSource, NULL);
    glCompileShader(vertexShader);
    // 检查着色器是否编译错误
    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;
    }
    // 片段着色器
    //编译片段着色器的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
    int fragmentShader = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);
    glShaderSource(fragmentShader, 1, &fragmentShaderSource, NULL);
    glCompileShader(fragmentShader);
    // 检查着色器编译错误
    glGetShaderiv(fragmentShader, GL_COMPILE_STATUS, &success);
    if (!success)
    {
        glGetShaderInfoLog(fragmentShader, 512, NULL, infoLog);
        std::cout << "ERROR::SHADER::FRAGMENT::COMPILATION_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
    }
    //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。
    // 链接着色器
    //创建一个程序对象
    int 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，然后用glLinkProgram链接它们
    glAttachShader(shaderProgram, vertexShader);
    glAttachShader(shaderProgram, fragmentShader);
    //代码应该很清楚，我们把着色器附加到了程序上，然后用glLinkProgram链接。
    glLinkProgram(shaderProgram);
    // 检查着色器是否链接错误
    glGetProgramiv(shaderProgram, GL_LINK_STATUS, &success);
    if (!success) {
        glGetProgramInfoLog(shaderProgram, 512, NULL, infoLog);
        std::cout << "ERROR::SHADER::PROGRAM::LINKING_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
    }
    //在把着色器对象链接到程序对象以后，记得删除着色器对象，我们不再需要它们了
    glDeleteShader(vertexShader);
    glDeleteShader(fragmentShader);

    //设置顶点数据(和缓冲区)并配置顶点属性。
    //三角形的三个定点的坐标
    float vertices[] = {
        -0.5f, -0.5f, 0.0f, // 左  
         0.5f, -0.5f, 0.0f, // 右 
         0.0f,  0.5f, 0.0f  // 上   
    }; 
    //顶点缓冲对象就像OpenGL中的其它对象一样，这个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：
    //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。
    unsigned int VBO, VAO;
    glGenVertexArrays(1, &VAO);
    glGenBuffers(1, &VBO);
    // 首先绑定顶点数组对象，然后绑定和设置顶点缓冲(s)，然后配置顶点属性。
    glBindVertexArray(VAO);

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

    //使用glVertexAttribPointer函数告诉OpenGL该如何解析顶点数据（应用到逐个顶点属性上）了
    //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)。
    //第四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)。
    //要注意的是由于我们知道这个数组是紧密排列的（在两个顶点属性之间没有空隙）
    //我们也可以设置为0来让OpenGL决定具体步长是多少（只有当数值是紧密排列时才可用）。
    //一旦我们有更多的顶点属性，我们就必须更小心地定义每个顶点属性之间的间隔，
    //我们在后面会看到更多的例子（这个参数的意思简单说就是从这个属性第二次出现的地方到整个数组0位置之间有多少字节）。
    //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。
    glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(float), (void*)0);
    //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。
    glEnableVertexAttribArray(0);

    // 注意，这是允许的，将glVertexAttribPointer注册的VBO作为顶点属性的绑定顶点缓冲对象，
    //这样我们就可以安全地解除绑定。
    //复制顶点数组到缓冲中供OpenGL使用
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0); 

    // 之后你可以解除VAO的绑定，这样其他的VAO调用就不会不小心修改这个VAO，但是这种情况很少发生。修改其他 
    // VAOs需要对glBindVertexArray进行调用，所以在没有直接必要的情况下，我们通常不会解绑定VAOs(或VBOs)。
    glBindVertexArray(0); 


    /*
     *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
    */
    while (!glfwWindowShouldClose(window))
    {
        processInput(window);

        glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f);

        // 画第一个三角形

        //得到的结果就是一个程序对象，我们可以调用glUseProgram函数，
        //用刚创建的程序对象作为它的参数，以激活这个程序对象：
        glUseProgram(shaderProgram);
        //因为我们只有一个VAO，所以没有必要每次都绑定它，但是我们这样做是为了让事情更有组织性。
        glBindVertexArray(VAO); 
        glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);

        glfwSwapBuffers(window);//函数会交换颜色缓冲（它是一个储存着GLFW窗口每一个像素颜色值的大缓冲），它在这一迭代中被用来绘制，并且将会作为输出显示在屏幕上。
        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）。
    }

    glfwTerminate();
    return 0;
}

/*
这里我们检查用户是否按下了返回键(Esc)（如果没有按下，glfwGetKey将会返回GLFW_RELEASE。
如果用户的确按下了返回键，
我们将通过glfwSetwindowShouldClose使用把WindowShouldClose属性设置为 true的方法关闭GLFW。
下一次while循环的条件检测将会失败，程序将会关闭。
*/
void processInput(GLFWwindow *window)
{
    if(glfwGetKey(window, GLFW_KEY_ESCAPE) == GLFW_PRESS)
        glfwSetWindowShouldClose(window, true);
}

/*
这个帧缓冲大小函数需要一个GLFWwindow作为它的第一个参数，以及两个整数表示窗口的新维度。
每当窗口改变大小，GLFW会调用这个函数并填充相应的参数供你处理。
*/
void framebuffer_size_callback(GLFWwindow* window, int width, int height)
{
    //告诉OpenGL渲染窗口的尺寸大小，即视口(Viewport)
    //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）。
    glViewport(0, 0, width, height);
}