python vec3_（Python OpenGL）【3】着色器 PyOpenGL

(Python OpenGL)现在开始我们使用着色器来进行渲染。着色器是目前做3D图形最流行的方式。

OpenGL的渲染管线流程：

数据传输到OpenGL—>顶点处理器—>细分着色—>几何处理器—>图元装配—>裁剪器—>光栅器(片段处理器)

详细信息可以参考《OpenGL编程指南》 原书第8版  王锐译   中的P8 -P10

一些Shader的注意：

Shader着色器的使用跟C/C++程序的创建过程类似。

1、写一个shader着色器文本并使其在你的程序中有效可用

2、Shader着色器文本全为字符串类型          例如     S = “ coding部分” 代码部分为字符串

3、将字符串编译为Shader对象

4、使用GLSL编译器(编译器的语法见《OpenGL编程指南》 原书第8版  王锐译)

对于每一个着色器程序需要进行下面的步骤设置：

对于着色器对象：

1、创建Shader对象

2、编译

3、验证编译成功？

然后将上述的着色器对象链接为一个着色器程序：

1、创建程序

2、将Shader对象关联到着色器程序

3、链接程序

4、判断链接是否成功

5、使用着色器处理数据

Shader程序：

1 __author__ = "WSX"

2

3 importnumpy as np4 from OpenGL.GLUT import *

5 from OpenGL.GL import *

6 importctypes7 #顶点着色器部分

8 VERTEX_SHADER = """

9 #version 33010

11 layout (location = 0) in vec3 Position;12

13 void main()14 {15 gl_Position = vec4(0.5 * Position.x, 0.5 * Position.y, Position.z, 1.0);16 }17 """

18 #片段着色器部分,字符串类型

19 FRAGMENT_SHADER = """

20 #version 33021 out vec4 FragColor;22 void main()23 {24 FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);25 }26 """

27 def Create_Shader( ShaderProgram, Shader_Type , Source): #创建并且添加着色器(相当于AddShader)Shader_Type为类型

28 ShaderObj = glCreateShader( Shader_Type ) #创建Shader对象

29 glShaderSource(ShaderObj , Source)30 glCompileShader(ShaderObj) #进行编译

31 glAttachShader(ShaderProgram, ShaderObj) #将着色器对象关联到程序上

32

33

34 def Compile_Shader(): #编译着色器

35 Shader_Program = glCreateProgram() #创建空的着色器程序

36 Create_Shader(Shader_Program , GL_VERTEX_SHADER , VERTEX_SHADER)37 Create_Shader(Shader_Program , GL_FRAGMENT_SHADER , FRAGMENT_SHADER)38 glLinkProgram(Shader_Program)39 glUseProgram(Shader_Program)40

41 defDraw():42 glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT)43 glEnableVertexAttribArray(0)44 glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO)45 glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, None) #这里的None不能写为0

46 glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3)47 glDisableVertexAttribArray(0) #解析数据 例如一个矩阵里含有 位置 、颜色、多种信息

48 glutSwapBuffers()49

50

51 def CreateBuffer(): #创建顶点缓存器

52 global VBO #设置为全局变量

53 vertex = np.array([[-1.0,-1.0,0.0],54 [1.0,-1.0,0.0],55 [0.0,1.0,0.0]],dtype="float32") #创建顶点数组

56 VBO = glGenBuffers(1) #创建缓存

57 glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER , VBO) #绑定

58 glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER , vertex.nbytes , vertex , GL_STATIC_DRAW) #输入数据

59

60

61 defmain():62 glutInit([])63 glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGBA) #显示模式 双缓存

64 glutInitWindowPosition(100, 100) #窗口位置

65 glutInitWindowSize(500, 500) #窗口大小

66 glutCreateWindow("sanjiao") #创建窗口

67 glutInitContextVersion(4,3) #为了兼容

68 glutInitContextProfile(GLUT_CORE_PROFILE) #为了兼容

69 glutDisplayFunc(Draw) #回调函数

70 glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 0.0)71 CreateBuffer()72 Compile_Shader()73 glutMainLoop()74

75 main()

结果：

关于着色器代码部分(字符串)的解释：

#version 330

这告诉编译器我们的目标是3.3版的GLSL。如果编译器不支持它，它会发出错误。

layout (location = 0) in vec3 Position;

该语句出现在顶点着色器中。它声明了一个顶点特定属性，它是3个浮点数的向量，在着色器中将被称为'位置'。“特定于顶点”表示对于GPU中每个对着色器的调用，将提供缓冲区中新顶点的值。

layout (location = 0)创建缓冲区中属性名称和属性之间的绑定。

您可以通过将多个着色器对象链接在一起来创建着色器。但是，每个着色器阶段(VS，GS，FS)只能有一个主要函数，用作着色器的入口点。例如，您可以创建一个具有多个函数的光照库，并将其与着色器链接，前提是这些函数中没有任何一个函数名为“main”。

gl_Position = vec4(0.5 * Position.x, 0.5 * Position.y, Position.z, 1.0);

这里我们对输入的顶点位置进行硬编码转换。我们将X和Y值减半，并保持Z不变。'gl_Position'是一个特殊的内置变量，它应该包含齐次(包含X，Y，Z和W分量)顶点位置。光栅化器将查找该变量并将其用作屏幕空间中的位置(在进行了几次转换之后)。将X和Y值减半意味着我们将看到一个三角形，它是前一教程中三角形大小的四分之一。请注意，我们将W设置为1.0。这对于正确显示三角形非常重要。从3D到2D的投影实际上分两个阶段完成。首先，您需要将所有顶点乘以投影矩阵(我们将在一些教程中开发)，然后GPU在位置属性到达光栅化器之前自动执行所谓的“透视分割”。这意味着它将W组件的所有组件分割成W组件。在本教程中，我们尚未在顶点着色器中进行任何投影，但透视分割阶段是我们无法禁用的。无论我们从顶点着色器输出的gl_Position值是用HW分量还是HW分量。我们需要记住，否则我们不会得到我们期望的结果。为了规避视角分割的影响，我们将W设置为1.0。由1除。

如果一切工作正常，则具有值(-0.5，-0.5)，(0.5，-0.5)和(0.0,0.5)的三个顶点到达光栅器。裁剪器不需要做任何事情，因为所有的顶点都在标准化的框内。这些值被映射到屏幕空间坐标，并且光栅化器开始运行三角形内的所有点。对于每个点，执行片段着色器。以下着色器代码是从片段着色器中获取的。

out vec4 FragColor;

通常片段着色器的工作是确定片段(像素)的颜色。此外，片段着色器可以完全丢弃像素或更改其Z值(这会影响后续Z测试的结果)。通过声明上述变量来输出颜色。四个分量表示R，G，B和A(对于alpha)。您设置到该变量中的值将由光栅化器接收并写入帧缓冲区。

FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);

在之前的几个教程中，没有片段着色器，因此所有内容都以白色的默认颜色绘制。在这里，我们将FragColor设置为红色。