Python之OpenGL笔记(5)：OpenGL着色器语言(GLSL)应用画三角形

一、目的

1、修改顶点着色器让三角形上下颠倒；
2、使用uniform定义一个水平偏移量，在顶点着色器中使用这个偏移量把三角形移动到屏幕右侧。

二、程序运行结果

glfw_Triangle03.PNG

三、OpenGL着色器语言(GLSL)

  着色器是使用一种叫GLSL的类C语言写成的。GLSL是为图形计算量身定制的，它包含一些针对向量和矩阵操作的有用特性。
  着色器的开头总是要声明版本，接着是输入和输出变量、uniform和main函数。每个着色器的入口点都是main函数，在这个函数中我们处理所有的输入变量，并将结果输出到输出变量中。

四、输入与输出

  虽然着色器是各自独立的小程序，但是它们都是一个整体的一部分，出于这样的原因，我们希望每个着色器都有输入和输出，这样才能进行数据交流和传递。
  GLSL定义了in和out关键字专门来实现这个目的。每个着色器使用这两个关键字设定输入和输出，只要一个输出变量与下一个着色器阶段的输入匹配，它就会传递下去。但在顶点和片段着色器中会有点不同。
  如果我们打算从一个着色器向另一个着色器发送数据，我们必须在发送方着色器中声明一个输出，在接收方着色器中声明一个类似的输入。当类型和名字都一样的时候，OpenGL就会把两个变量链接到一起，它们之间就能发送数据了（这是在链接程序对象时完成的）。

五、Uniform

  Uniform是一种从CPU中的应用向GPU中的着色器发送数据的方式，但uniform和顶点属性有些不同。首先，uniform是全局的(Global)。全局意味着uniform变量必须在每个着色器程序对象中都是独一无二的，而且它可以被着色器程序的任意着色器在任意阶段访问。第二，无论你把uniform值设置成什么，uniform会一直保存它们的数据，直到它们被重置或更新。

六、代码解析

1、顶点坐标的 Y 值 乘以 -1，即 使三角形反转。（图形向量转换）
2、 渲染阶段，在程序中设定offset 值，传送给着色器。
3、glGetUniformLocation方法：获取着色器程序中，指定为uniform类型变量的id。
4、glUniform1f(GLint location, GLfloat v0); location指明要更改的uniform变量的位置；v0指明在指定的uniform变量中要使用的新值。
5、offset = 0.5
glUniform1f(glGetUniformLocation(self.program, "xOffset"), offset);将0.5的值赋给GLSL程序中的xOffset变量。

七、源代码

"""
glfw_Triangle03.py
Author: dalong10
Description: use GLSL and Draw a Triagle, learning OPENGL 
"""
import glutils    #Common OpenGL utilities,see glutils.py
import sys, random, math
import OpenGL
from OpenGL.GL import *
from OpenGL.GL.shaders import *
import numpy 
import numpy as np
import glfw

strVS = """
#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 aPos;
layout (location = 1) in vec3 aColor;
out vec3 ourColor;
uniform float xOffset;

void main()
{
    gl_Position = vec4(aPos.x + xOffset, -aPos.y, aPos.z, 1.0); // add the xOffset to the x position of the vertex position
    ourColor = aColor;
        }
"""

strFS = """
#version 330 core
out vec3 color;
void main(){
    color = vec3(1,0,0);
    }
"""

class FirstTriangle:
    def __init__(self, side):
        self.side = side

        # load shaders
        self.program = glutils.loadShaders(strVS, strFS)
        glUseProgram(self.program)
        
        s = side/2.0
        vertices = [
            -s, -s, 0, 
             s, -s, 0,
             0, s, 0
             ]
                
        # set up vertex array object (VAO)
        self.vao = glGenVertexArrays(1)
        glBindVertexArray(self.vao)
        # set up VBOs
        vertexData = numpy.array(vertices, numpy.float32)
        self.vertexBuffer = glGenBuffers(1)
        glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, self.vertexBuffer)
        glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, 4*len(vertexData), vertexData, 
                     GL_STATIC_DRAW)
        #enable arrays
        self.vertIndex = 0
        glEnableVertexAttribArray(self.vertIndex)
        # set buffers 
        glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, self.vertexBuffer)
        glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, None)
        # unbind VAO
        glBindVertexArray(0)

    def render(self):
        # use shader
        glUseProgram(self.program)       
        offset = 0.5
        glUniform1f(glGetUniformLocation(self.program, "xOffset"), offset);
        # bind VAO
        glBindVertexArray(self.vao)
        # draw
        glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3)
        # unbind VAO
        glBindVertexArray(0)

if __name__ == '__main__':
    import sys
    import glfw
    import OpenGL.GL as gl
    def on_key(window, key, scancode, action, mods):
        if key == glfw.KEY_ESCAPE and action == glfw.PRESS:
            glfw.set_window_should_close(window,1)

    # Initialize the library
    if not glfw.init():
        sys.exit()

    # Create a windowed mode window and its OpenGL context
    window = glfw.create_window(640, 480, "glfw_Triangle03", None, None)
    if not window:
        glfw.terminate()
        sys.exit()

    # Make the window's context current
    glfw.make_context_current(window)

    # Install a key handler
    glfw.set_key_callback(window, on_key)

    # Loop until the user closes the window
    while not glfw.window_should_close(window):
        # Render here
        width, height = glfw.get_framebuffer_size(window)
        ratio = width / float(height)
        gl.glViewport(0, 0, width, height)
        gl.glClear(gl.GL_COLOR_BUFFER_BIT)
        gl.glClearColor(0.0,0.0,4.0,0.0)
        firstTriangle0 = FirstTriangle(1.0)
        # render
        firstTriangle0.render()
        # Swap front and back buffers
        glfw.swap_buffers(window)
        # Poll for and process events
        glfw.poll_events()

    glfw.terminate()