OpenGL学习——8.摄影机

前情提要：本文代码源自Github上的学习文档“LearnOpenGL”，我仅在源码的基础上加上中文注释。本文章不以该学习文档做任何商业盈利活动，一切著作权归原作者所有，本文仅供学习交流，如有侵权，请联系我删除。LearnOpenGL原网址：https://learnopengl.com/ 请大家多多支持原作者！

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当涉及到实时图形渲染和交互式三维应用程序时，摄影机（Camera）是一个至关重要的概念。摄影机（Camera）在计算机图形学中扮演着举足轻重的角色，它不仅决定了观察者所见的场景，还通过调整视角和参数来影响最终渲染的图像。
在OpenGL中，摄影机的概念并不直接存在，而是通过变换矩阵和观察矩阵来实现。变换矩阵用于定义摄影机的位置、姿态和缩放，而观察矩阵则决定了场景在摄影机坐标系中的表现。
通过创建一个合适的变换矩阵和观察矩阵，我们可以模拟出各种摄影机效果，如视角的移动、旋转和缩放，以及透视效果的模拟等。
在本篇博客文章中，我们将探索OpenGL中摄影机的原理和应用。我们将学习如何创建一个自由移动的摄影机，让用户能够在三维场景中自由观察。我们还将讨论如何实现基本的相机操作，如平移、旋转和缩放，以及如何应用鼠标和键盘输入来与摄影机进行交互。
此外，我们将深入研究摄影机的投影模式，包括透视投影和正交投影。我们将讨论它们的特点、应用场景以及如何在OpenGL中实现它们。
通过深入理解摄影机的原理和技术，我们将能够创建出更加逼真和引人入胜的三维场景。不论是游戏开发、虚拟现实体验、建筑可视化还是科学可视化，摄影机都是展现引人注目视觉效果的不可或缺的工具。
让我们一起踏入OpenGL中摄影机的精彩世界，探索其无限可能性，为我们的三维应用程序带来更加出色的视觉体验！

项目结构：

vShader.txt着色器代码：

#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 aPos;   // 位置变量的属性位置值为 0 
layout (location = 1) in vec3 aColor; // 颜色变量的属性位置值为 1
layout (location = 2) in vec2 aTexCoord; // 纹理坐标变量的属性位置值为 2

out vec3 ourColor; // 向片段着色器输出一个颜色
out vec2 TexCoord; // 向片段着色器输出一个纹理坐标

uniform mat4 model;
uniform mat4 view;
uniform mat4 projection;

void main()
{
    gl_Position = projection * view * model * vec4(aPos, 1.0);
    ourColor = aColor; // 将ourColor设置为我们从顶点数据那里得到的输入颜色
    TexCoord = aTexCoord; // 将TexCoord设置为我们从顶点数据那里得到的输入纹理坐标
}

fShader.txt着色器代码：

#version 330 core
out vec4 FragColor; // 输出片段颜色

in vec3 ourColor; // 获取来自顶点着色器的顶点颜色
in vec2 TexCoord; // 获取来自顶点着色器的纹理坐标

uniform sampler2D texture1; // 采样器1
uniform sampler2D texture2; // 采样器2
uniform float brightness; //亮度

void main()
{
    //将颜色乘以亮度再乘以两种纹理混合而成的纹理
    FragColor = vec4(ourColor * brightness, 1.0) * mix(texture(texture1, TexCoord), texture(texture2, TexCoord), 0.15);
}

SHADER_H.h头文件代码：

#ifndef SHADER_H

#define SHADER_H

#include ;
#include 
#include 
#include 

#include 
#include 
#include 
#include 



/* 着色器类 */
class Shader
{
public:
    /* 着色器程序 */
    unsigned int shaderProgram;

    /* 构造函数，从文件读取并构建着色器 */
    Shader(const char* vertexPath, const char* fragmentPath)
    {
        std::string vertexCode;
        std::string fragmentCode;
        std::ifstream vShaderFile;
        std::ifstream fShaderFile;
        /* 保证ifstream对象可以抛出异常： */
        vShaderFile.exceptions(std::ifstream::failbit | std::ifstream::badbit);
        fShaderFile.exceptions(std::ifstream::failbit | std::ifstream::badbit);
        try
        {
            /* 打开文件 */
            vShaderFile.open(vertexPath);
            fShaderFile.open(fragmentPath);
            std::stringstream vShaderStream, fShaderStream;
            /* 读取文件的缓冲内容到数据流中 */
            vShaderStream << vShaderFile.rdbuf();
            fShaderStream << fShaderFile.rdbuf();
            /* 关闭文件处理器 */
            vShaderFile.close();
            fShaderFile.close();
            /* 转换数据流到string */
            vertexCode = vShaderStream.str();
            fragmentCode = fShaderStream.str();
        }
        catch (std::ifstream::failure e)
        {
            std::cout << "ERROR::SHADER::FILE_NOT_SUCCESFULLY_READ" << std::endl;
        }

        /* string类型转化为char字符串类型 */
        const char* vShaderCode = vertexCode.c_str();
        const char* fShaderCode = fragmentCode.c_str();

        /* 着色器 */
        unsigned int vertex, fragment;
        int success;
        /* 信息日志（编译或运行报错信息） */
        char infoLog[512];

        /* 顶点着色器 */
        vertex = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);
        glShaderSource(vertex, 1, &vShaderCode, NULL);
        /* 编译 */
        glCompileShader(vertex);
        /* 打印编译错误（如果有的话） */
        glGetShaderiv(vertex, GL_COMPILE_STATUS, &success);
        if (!success)
        {
            glGetShaderInfoLog(vertex, 512, NULL, infoLog);
            std::cout << "ERROR::SHADER::VERTEX::COMPILATION_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
        };

        /* 片段着色器 */
        fragment = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);
        glShaderSource(fragment, 1, &fShaderCode, NULL);
        /* 编译 */
        glCompileShader(fragment);
        /* 打印编译错误（如果有的话） */
        glGetShaderiv(fragment, GL_COMPILE_STATUS, &success);
        if (!success)
        {
            glGetShaderInfoLog(fragment, 512, NULL, infoLog);
            std::cout << "ERROR::SHADER::FRAGMENT::COMPILATION_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
        }

        /* 着色器程序 */
        shaderProgram = glCreateProgram();
        /* 连接顶点着色器和片段着色器到着色器程序中 */
        glAttachShader(shaderProgram, vertex);
        glAttachShader(shaderProgram, fragment);
        /* 链接着色器程序到我们的程序中 */
        glLinkProgram(shaderProgram);
        /* 打印连接错误（如果有的话） */
        glGetProgramiv(shaderProgram, GL_LINK_STATUS, &success);
        if (!success)
        {
            glGetProgramInfoLog(shaderProgram, 512, NULL, infoLog);
            std::cout << "ERROR::SHADER::PROGRAM::LINKING_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
        }

        /* 删除着色器，它们已经链接到我们的程序中了，已经不再需要了 */
        glDeleteShader(vertex);
        glDeleteShader(fragment);
    }

    /* 激活着色器程序 */
    void use()
    {
        glUseProgram(shaderProgram);
    }

    /* Uniform工具函数，用于设置uniform类型的数值 */
    void setBool(const std::string& name, bool value) const
    {
        glUniform1i(glGetUniformLocation(shaderProgram, name.c_str()), (int)value);
    }
    void setInt(const std::string& name, int value) const
    {
        glUniform1i(glGetUniformLocation(shaderProgram, name.c_str()), value);
    }
    void setFloat(const std::string& name, float value) const
    {
        glUniform1f(glGetUniformLocation(shaderProgram, name.c_str()), value);
    }

    /* 将矩阵的值传递给对应的uniform */
    void setMatrix4(const std::string& name, glm::mat4 matrix) const
    {
        glUniformMatrix4fv(glGetUniformLocation(shaderProgram, name.c_str()), 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(matrix));
    }

    /* 删除着色器程序 */
    void deleteProgram()
    {
        glDeleteProgram(shaderProgram);
    }
};



#endif

camera.h头文件代码：

#ifndef CAMERA_H

#define CAMERA_H

#include 
#include 
#include 

#include 

/* 定义摄影机移动的几个可能选项。 */
enum Camera_Movement {
    /* 前进 */
    FORWARD,
    /* 后退 */
    BACKWARD,
    /* 左移 */
    LEFT,
    /* 右移 */
    RIGHT,
    /* 上升 */
    RISE,
    /* 下降 */
    FALL
};

/* 默认摄像机参数 */
/* 偏航角 */
const float YAW = -90.0f;
/* 俯仰角 */
const float PITCH = 0.0f;
/* 速度 */
const float SPEED = 2.5f;
/* 鼠标灵敏度 */
const float SENSITIVITY = 0.1f;
/* 视野 */
const float ZOOM = 70.0f;


/* 一个抽象的摄影机类，用于处理输入并计算相应的欧拉角、向量和矩阵，以便在OpenGL中使用 */
class Camera
{
public:
    /* 摄影机属性 */
    /* 位置 */
    glm::vec3 Position;
    /* 朝向 */
    glm::vec3 Front;
    /* 上轴 */
    glm::vec3 Up;
    /* 右轴 */
    glm::vec3 Right;
    /* 世界竖直向上方向 */
    glm::vec3 WorldUp;

    /* 偏航角 */
    float Yaw;
    /* 俯仰角 */
    float Pitch;

    /* 摄影机选项 */
    /* 移动速度 */
    float MovementSpeed;
    /* 鼠标灵敏度 */
    float MouseSensitivity;
    /* 视野 */
    float Zoom;

    /* 矢量的构造函数 */
    Camera(glm::vec3 position = glm::vec3(0.0f, 0.0f, 0.0f), glm::vec3 up = glm::vec3(0.0f, 1.0f, 0.0f), float yaw = YAW, float pitch = PITCH) : Front(glm::vec3(0.0f, 0.0f, -1.0f)), MovementSpeed(SPEED), MouseSensitivity(SENSITIVITY), Zoom(ZOOM)
    {
        Position = position;
        WorldUp = up;
        Yaw = yaw;
        Pitch = pitch;
        updateCameraVectors();
    }
    /* 标量的构造函数 */
    Camera(float posX, float posY, float posZ, float upX, float upY, float upZ, float yaw, float pitch) : Front(glm::vec3(0.0f, 0.0f, -1.0f)), MovementSpeed(SPEED), MouseSensitivity(SENSITIVITY), Zoom(ZOOM)
    {
        Position = glm::vec3(posX, posY, posZ);
        WorldUp = glm::vec3(upX, upY, upZ);
        Yaw = yaw;
        Pitch = pitch;
        updateCameraVectors();
    }

    /* 返回使用欧拉角和LookAt矩阵计算的视图矩阵 */
    glm::mat4 GetViewMatrix()
    {
        return glm::lookAt(Position, Position + Front, Up);
    }

    /* 处理从任何类似键盘的输入系统接收的输入。接受相机定义ENUM形式的输入参数（从窗口系统中提取） */
    void ProcessKeyboard(Camera_Movement direction, float deltaTime)
    {
        float velocity = MovementSpeed * deltaTime;
        if (direction == FORWARD)
            Position += Front * velocity;
        if (direction == BACKWARD)
            Position -= Front * velocity;
        if (direction == LEFT)
            Position -= Right * velocity;
        if (direction == RIGHT)
            Position += Right * velocity;
        if (direction == RISE)
            Position += Up * velocity;
        if (direction == FALL)
            Position -= Up * velocity;
    }

    /* 处理从鼠标输入系统接收的输入。需要x和y方向上的偏移值。 */
    void ProcessMouseMovement(float xoffset, float yoffset, GLboolean constrainPitch = true)
    {
        xoffset *= MouseSensitivity;
        yoffset *= MouseSensitivity;

        Yaw += xoffset;
        Pitch += yoffset;

        /* 确保当俯仰角超出范围时，屏幕不会翻转 */
        if (constrainPitch)
        {
            if (Pitch > 89.0f)
                Pitch = 89.0f;
            if (Pitch < -89.0f)
                Pitch = -89.0f;
        }

        /* 使用更新的欧拉角更新“朝向”、“右轴”和“上轴” */
        updateCameraVectors();
    }

    /* 处理从鼠标滚轮事件接收的输入 */
    void ProcessMouseScroll(float yoffset)
    {
        Zoom -= (float)yoffset;
        if (Zoom < 10.0f)
            Zoom = 10.0f;
        if (Zoom > 120.0f)
            Zoom = 120.0f;
    }

private:
    /* 根据摄影机的（更新的）欧拉角计算摄影机朝向 */
    void updateCameraVectors()
    {
        /* 计算新的摄影机朝向 */
        glm::vec3 front;
        front.x = cos(glm::radians(Yaw)) * cos(glm::radians(Pitch));
        front.y = sin(glm::radians(Pitch));
        front.z = sin(glm::radians(Yaw)) * cos(glm::radians(Pitch));
        Front = glm::normalize(front);
        /* 还重新计算右轴和上轴 */
        /* 重新规范(修正)向量，因为当它们的长度越接近0或向上向下看得多时，将会导致移动速度变慢 */
        Right = glm::normalize(glm::cross(Front, WorldUp));
        Up = glm::normalize(glm::cross(Right, Front));
    }
};



#endif

stb_image.h头文件下载地址：

https://github.com/nothings/stb/blob/master/stb_image.h

（需要科学上网）

glass_block.png图片：

(请右键图片另存为到你的项目文件夹中)

face.jpg图片：

(请右键图片另存为到你的项目文件夹中)

stb_image_S.cpp源文件代码：

/* 预处理器会修改头文件，让其只包含相关的函数定义源码 */
#define STB_IMAGE_IMPLEMENTATION
/* 图像加载头文件 */
#include "stb_image.h"

camera.cpp源文件代码：

/*
 *
 * OpenGL学习——8.摄影机
 * 2024年2月5日
 *
 */



#include 

#include "glad/glad.h"
#include "GLFW/glfw3.h"
#include "glad/glad.c"
#include 
#include 
#include 

/* 着色器头文件 */
#include "SHADER_H.h"
/* 摄影机头文件 */
#include "camera.h"
/* 图像加载头文件 */
#include "stb_image.h"

#pragma comment(lib, "glfw3.lib")
#pragma comment(lib, "opengl32.lib")

/* 屏幕宽度 */
const int screenWidth = 1600;
/* 屏幕高度 */
const int screenHeight = 900;

/* 摄影机初始位置 */
Camera camera(glm::vec3(0.0f, 0.0f, 3.0f));
float lastX = screenWidth / 2.0f;
float lastY = screenHeight / 2.0f;
bool firstMouse = true;

/* 两帧之间的时间 */
float deltaTime = 0.0f;
float lastFrame = 0.0f;

/* 这是framebuffer_size_callback函数的定义，该函数用于处理窗口大小变化的回调函数。当窗口的大小发生变化时，该函数会被调用，
它会设置OpenGL视口(Viewport)的大小，以确保渲染结果正确显示。 */
void framebuffer_size_callback(GLFWwindow* window, int width, int height)
{
    glViewport(0, 0, width, height);
}

/* 处理用户输入 */
void processInput(GLFWwindow* window)
{
    /* 退出 */
    if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_ESCAPE) == GLFW_PRESS)
        glfwSetWindowShouldClose(window, true);

    /* 前进 */
    if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_W) == GLFW_PRESS)
        camera.ProcessKeyboard(FORWARD, deltaTime);
    /* 后退 */
    if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_S) == GLFW_PRESS)
        camera.ProcessKeyboard(BACKWARD, deltaTime);
    /* 左移 */
    if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_A) == GLFW_PRESS)
        camera.ProcessKeyboard(LEFT, deltaTime);
    /* 右移 */
    if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_D) == GLFW_PRESS)
        camera.ProcessKeyboard(RIGHT, deltaTime);
    /* 上升 */
    if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_SPACE) == GLFW_PRESS)
        camera.ProcessKeyboard(RISE, deltaTime);
    /* 下降 */
    if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_LEFT_SHIFT) == GLFW_PRESS)
        camera.ProcessKeyboard(FALL, deltaTime);
}

/* 鼠标回调函数 */
void mouse_callback(GLFWwindow* window, double xposIn, double yposIn)
{
    float xpos = static_cast(xposIn);
    float ypos = static_cast(yposIn);

    if (firstMouse)
    {
        lastX = xpos;
        lastY = ypos;
        firstMouse = false;
    }

    float xoffset = xpos - lastX;
    float yoffset = lastY - ypos;

    lastX = xpos;
    lastY = ypos;

    camera.ProcessMouseMovement(xoffset, yoffset);
}

/* 滚轮回调函数 */
void scroll_callback(GLFWwindow* window, double xoffset, double yoffset)
{
    camera.ProcessMouseScroll(static_cast(yoffset));
}

int main()
{
    /* 这是GLFW库的初始化函数，用于初始化GLFW库的状态以及相关的系统资源。 */
    glfwInit();

    /* 下面两行代码表示使用OpenGL“3.3”版本的功能 */
    /* 这行代码设置OpenGL上下文的主版本号为3。这意味着我们希望使用OpenGL “3.几”版本的功能。 */
    glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3);
    /* 这行代码设置OpenGL上下文的次版本号为3。这表示我们希望使用OpenGL “几.3”版本的功能。 */
    glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 3);

    /* 这行代码设置OpenGL的配置文件为核心配置文件(Core Profile)。核心配置文件是3.2及以上版本引入的，移除了一些已经被认为过时或不推荐使用的功能。 */
    glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);

    /* 这行代码的作用是设置OpenGL上下文为向前兼容模式，但该程序无需向后兼容，所以注释掉 */
    //glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_FORWARD_COMPAT, GL_TRUE);

    /* 这行代码创建一个名为"LearnOpenGL"的窗口，窗口的初始宽度为800像素，高度为600像素。最后两个参数为可选参数，用于指定窗口的监视器（显示器），
    在此处设置为NULL表示使用默认的显示器。函数返回一个指向GLFWwindow结构的指针，用于表示创建的窗口。 */
    GLFWwindow* window = glfwCreateWindow(screenWidth, screenHeight, "LearnOpenGL", NULL, NULL);

    /* 这是一个条件语句，判断窗口是否成功创建。如果窗口创建失败，即窗口指针为NULL，执行if语句块内的代码。 */
    if (window == NULL)
    {
        /* 这行代码使用C++标准输出流将字符串"Failed to create GLFW window"打印到控制台。即打印出“GLFW窗口创建失败”的错误信息。 */
        std::cout << "Failed to create GLFW window" << std::endl;

        /* 这行代码用于终止GLFW库的运行，释放相关的系统资源。 */
        glfwTerminate();

        /* 这是main函数的返回语句，表示程序异常结束并返回-1作为退出码。在C++中，返回负数通常表示程序发生错误或异常退出。 */
        return -1;
    }

    /* 这行代码将指定的窗口的上下文设置为当前上下文。它告诉OpenGL将所有渲染操作应用于指定窗口的绘图缓冲区。
     * 这是为了确保OpenGL在正确的窗口上进行渲染。 */
    glfwMakeContextCurrent(window);

    /* 这是一个条件语句，用于检查GLAD库的初始化是否成功。gladLoadGLLoader函数是GLAD库提供的函数，用于加载OpenGL函数指针。
    glfwGetProcAddress函数是GLFW库提供的函数，用于获取特定OpenGL函数的地址。这行代码将glfwGetProcAddress函数的返回值转换为GLADloadproc类型，
    并将其作为参数传递给gladLoadGLLoader函数。如果初始化失败，即返回值为假（NULL），则执行if语句块内的代码。 */
    if (!gladLoadGLLoader((GLADloadproc)glfwGetProcAddress))
    {
        /* 这行代码使用C++标准输出流将字符串"Failed to initialize GLAD"打印到控制台。即打印出“GLAD库初始化失败”的错误信息。 */
        std::cout << "Failed to initialize GLAD" << std::endl;

        /* 这是main函数的返回语句，表示程序异常结束并返回-1作为退出码。在C++中，返回负数通常表示程序发生错误或异常退出。 */
        return -1;
    }

    /* 渲染之前必须告诉OpenGL渲染窗口的尺寸大小，即视口(Viewport)，这样OpenGL才只能知道怎样根据窗口大小显示数据和坐标。 */
    /* 这行代码设置窗口的维度(Dimension)，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）。 */
    /* 实际上也可以将视口的维度设置为比GLFW的维度小，这样子之后所有的OpenGL渲染将会在一个更小的窗口中显示，
     * 这样子的话我们也可以将一些其它元素显示在OpenGL视口之外。 */
    glViewport(0, 0, screenWidth, screenHeight);

    /* 这行代码设置了窗口大小变化时的回调函数，即当窗口大小发生变化时，framebuffer_size_callback函数会被调用。 */
    glfwSetFramebufferSizeCallback(window, framebuffer_size_callback);

    /* 鼠标回调 */
    glfwSetCursorPosCallback(window, mouse_callback);
    /* 滚轮回调 */
    glfwSetScrollCallback(window, scroll_callback);
    /* 隐藏光标 */
    glfwSetInputMode(window, GLFW_CURSOR, GLFW_CURSOR_DISABLED);

    /* 开启深度测试 */
    glEnable(GL_DEPTH_TEST);

    Shader ourShader("vShader.txt", "fShader.txt");

    /* 定义顶点坐标数据的数组 */
    float vertices[] =
    {
        // 顶点坐标            // 颜色             // 纹理坐标
        // +X面
         0.5f,  0.5f, -0.5f,   1.0f, 1.0f, 1.0f,   1.0f, 1.0f,   // 右上角
         0.5f, -0.5f, -0.5f,   1.0f, 1.0f, 1.0f,   1.0f, 0.0f,   // 右下角
         0.5f, -0.5f,  0.5f,   1.0f, 1.0f, 1.0f,   0.0f, 0.0f,   // 左下角
         0.5f,  0.5f,  0.5f,   1.0f, 1.0f, 1.0f,   0.0f, 1.0f,   // 左上角
         // -X面
         -0.5f,  0.5f,  0.5f,   1.0f, 1.0f, 1.0f,   1.0f, 1.0f,   // 右上角
         -0.5f, -0.5f,  0.5f,   1.0f, 1.0f, 1.0f,   1.0f, 0.0f,   // 右下角
         -0.5f, -0.5f, -0.5f,   1.0f, 1.0f, 1.0f,   0.0f, 0.0f,   // 左下角
         -0.5f,  0.5f, -0.5f,   1.0f, 1.0f, 1.0f,   0.0f, 1.0f,   // 左上角
         // +Y面
          0.5f,  0.5f, -0.5f,   1.0f, 1.0f, 1.0f,   1.0f, 1.0f,   // 右上角
          0.5f,  0.5f,  0.5f,   1.0f, 1.0f, 1.0f,   1.0f, 0.0f,   // 右下角
         -0.5f,  0.5f,  0.5f,   1.0f, 1.0f, 1.0f,   0.0f, 0.0f,   // 左下角
         -0.5f,  0.5f, -0.5f,   1.0f, 1.0f, 1.0f,   0.0f, 1.0f,   // 左上角
         // -Y面
          0.5f, -0.5f,  0.5f,   1.0f, 1.0f, 1.0f,   1.0f, 1.0f,   // 右上角
          0.5f, -0.5f, -0.5f,   1.0f, 1.0f, 1.0f,   1.0f, 0.0f,   // 右下角
         -0.5f, -0.5f, -0.5f,   1.0f, 1.0f, 1.0f,   0.0f, 0.0f,   // 左下角
         -0.5f, -0.5f,  0.5f,   1.0f, 1.0f, 1.0f,   0.0f, 1.0f,   // 左上角
         // +Z面
          0.5f,  0.5f,  0.5f,   1.0f, 1.0f, 1.0f,   1.0f, 1.0f,   // 右上角
          0.5f, -0.5f,  0.5f,   1.0f, 1.0f, 1.0f,   1.0f, 0.0f,   // 右下角
         -0.5f, -0.5f,  0.5f,   1.0f, 1.0f, 1.0f,   0.0f, 0.0f,   // 左下角
         -0.5f,  0.5f,  0.5f,   1.0f, 1.0f, 1.0f,   0.0f, 1.0f,   // 左上角
         // -Z面
         -0.5f,  0.5f, -0.5f,   1.0f, 1.0f, 1.0f,   1.0f, 1.0f,   // 右上角
         -0.5f, -0.5f, -0.5f,   1.0f, 1.0f, 1.0f,   1.0f, 0.0f,   // 右下角
          0.5f, -0.5f, -0.5f,   1.0f, 1.0f, 1.0f,   0.0f, 0.0f,   // 左下角
          0.5f,  0.5f, -0.5f,   1.0f, 1.0f, 1.0f,   0.0f, 1.0f,   // 左上角
    };

    /* 定义索引数据的数组 */
    unsigned int indices[] =
    {
        // 注意索引从0开始! 此例的索引(0,1,2,3)就是顶点数组vertices的下标，这样可以由下标代表顶点组合成矩形
        // +X面
         0,  1,  3, // 第一个三角形
         1,  2,  3, // 第二个三角形
        // -X面
         4,  5,  7, // 第一个三角形
         5,  6,  7, // 第二个三角形
        // +Y面
         8,  9, 11, // 第一个三角形
         9, 10, 11, // 第二个三角形
        // -Y面
        12, 13, 15, // 第一个三角形
        13, 14, 15, // 第二个三角形
        // +Z面
        16, 17, 19, // 第一个三角形
        17, 18, 19, // 第二个三角形
        // -Z面
        20, 21, 23, // 第一个三角形
        21, 22, 23, // 第二个三角形
    };

    /* 方块的位置 */
    glm::vec3 cubePositions[] = {
        glm::vec3(0.0f,  0.0f,  0.0f),
        glm::vec3(2.0f,  5.0f, -15.0f),
        glm::vec3(-1.5f, -2.2f, -2.5f),
        glm::vec3(-3.8f, -2.0f, -12.3f),
        glm::vec3(2.4f, -0.4f, -3.5f),
        glm::vec3(-1.7f,  3.0f, -7.5f),
        glm::vec3(1.3f, -2.0f, -2.5f),
        glm::vec3(1.5f,  2.0f, -2.5f),
        glm::vec3(1.5f,  0.2f, -1.5f),
        glm::vec3(-1.3f,  1.0f, -1.5f)
    };

    /* 创建顶点数组对象（VAO），顶点缓冲对象（VBO）和元素缓冲对象（EBO） */
    unsigned int VAO;
    unsigned int VBO;
    unsigned int EBO;
    glGenVertexArrays(1, &VAO);
    glGenBuffers(1, &VBO);
    glGenBuffers(1, &EBO);

    /* 绑定顶点数组对象，顶点缓冲对象和元素缓冲对象 */
    glBindVertexArray(VAO);
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
    glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, EBO);

    /* 将顶点数据复制到顶点缓冲对象中 */
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);
    /* 将索引数据复制到元素缓冲对象中 */
    glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(indices), indices, GL_STATIC_DRAW);

    /* 设置顶点属性指针，指定如何解释顶点数据 */
    glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 8 * sizeof(float), (void*)0); // 顶点坐标
    /* 启用顶点属性 */
    glEnableVertexAttribArray(0);

    /* 设置顶点属性指针，指定如何解释顶点数据 */
    glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 8 * sizeof(float), (void*)(3 * sizeof(float))); // 颜色
    /* 启用顶点属性 */
    glEnableVertexAttribArray(1);

    /* 设置顶点属性指针，指定如何解释顶点数据 */
    glVertexAttribPointer(2, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, 8 * sizeof(float), (void*)(6 * sizeof(float))); // 纹理坐标
    /* 启用顶点属性 */
    glEnableVertexAttribArray(2);

    /* 加载并创建纹理 */
    unsigned int texture1, texture2;
    /* 纹理1 */
    glGenTextures(1, &texture1);
    /* 下面这行代码使用OpenGL函数glActiveTexture来激活纹理单元。GL_TEXTURE0表示纹理单元0，通过在其上加上偏移量0，
    即GL_TEXTURE0 + 0，可以选择激活纹理单元0。这意味着在之后的纹理操作中，将会针对纹理单元1进行设置和使用。
    例如，如果你在之后绑定纹理对象，它将会与激活的纹理单元1相关联。这样的机制允许你在单个渲染过程中使用多个纹理。
    通过激活不同的纹理单元，你可以在每个纹理单元上绑定不同的纹理，并在渲染过程中同时使用它们。
    当然也可以写成是加上变量的形式，更方便，也推荐这么做，如“GL_TEXTURE0 + index”，这里index等于0。 */
    glActiveTexture(GL_TEXTURE0 + 0);
    /* 绑定纹理1 */
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture1);
    /* 设置纹理的环绕方式参数 */
    /* 设置纹理的S轴环绕方式为GL_REPEAT（默认环绕方法） */
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_REPEAT);
    /* 设置纹理的过滤方式参数 */
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_NEAREST);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_NEAREST);
    /* 加载图像，创建纹理并生成mipmap */
    int width, height, nrChannels;
    /* 告诉stb_image.h在加载纹理时翻转图像的y轴 */
    stbi_set_flip_vertically_on_load(true);
    unsigned char* data = stbi_load("glass_block.png", &width, &height, &nrChannels, 0);
    if (data)
    {
        /* 下面一行代码使用OpenGL函数glTexImage2D来将当前绑定的纹理对象附加上纹理图像。
        参数解释如下：
            第1个参数 GL_TEXTURE_2D 表示目标纹理类型，这里是二维纹理。
            第2个参数 0 表示纹理的细节级别，这里只有一个级别。
            第3个参数 GL_RGBA 表示纹理的内部存储格式，这里使用RGBA颜色空间。
            第4个参数 width 表示纹理图像的宽度。
            第5个参数 height 表示纹理图像的高度。
            第6个参数 0 表示边框的大小，一般用0表示无边框。
            第7个参数 GL_RGBA 表示源图像数据的格式，这里使用RGBA颜色空间。
            第8个参数 GL_UNSIGNED_BYTE 表示源图像数据的数据类型，这里使用无符号字节。
            第9个参数 data 是指向源图像数据的指针，它包含了实际的图像数据。
        通过调用glTexImage2D函数，你将纹理数据加载到OpenGL中，并为之后的纹理操作做准备。
        这个函数会将指定的图像数据复制到纹理对象中，并为其分配内存空间。
        在之后的渲染过程中，你可以使用这个纹理进行贴图操作。

        注意！这行代码是对png格式的图片进行操作，如果要对jpg格式的图片进行操作，则改为以下形式：
        glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, width, height, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, data);
        仅需将“GL_RGBA”改为“GL_RGB”。
        这是因为jpg格式图片仅有RGB三个颜色分量，而png格式图片除了RGB之外还有另外的透明度分量A(Alpha)。*/
        glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGBA, width, height, 0, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, data);
        /* 为当前绑定的纹理自动生成所有需要的多级渐远纹理 */
        glGenerateMipmap(GL_TEXTURE_2D);
    }
    else
    {
        std::cout << "无法加载纹理" << std::endl;
    }
    stbi_image_free(data);
    /* 纹理2 */
    glGenTextures(1, &texture2);
    /* 下面这行代码使用OpenGL函数glActiveTexture来激活纹理单元。GL_TEXTURE0表示纹理单元0，通过在其上加上偏移量1，
    即GL_TEXTURE0 + 1，可以选择激活纹理单元1。这意味着在之后的纹理操作中，将会针对纹理单元1进行设置和使用。
    例如，如果你在之后绑定纹理对象，它将会与激活的纹理单元1相关联。这样的机制允许你在单个渲染过程中使用多个纹理。
    通过激活不同的纹理单元，你可以在每个纹理单元上绑定不同的纹理，并在渲染过程中同时使用它们。
    当然也可以写成是加上变量的形式，更方便，也推荐这么做，如“GL_TEXTURE0 + index”，这里index等于1。 */
    glActiveTexture(GL_TEXTURE0 + 1);
    /* 绑定纹理2 */
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture2);
    /* 设置纹理的环绕方式参数 */
    /* 设置纹理的S轴环绕方式为GL_REPEAT（默认环绕方法） */
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_REPEAT);
    /* 设置纹理的过滤方式参数 */
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
    /* 加载图像，创建纹理并生成mipmap */
    data = stbi_load("face.jpg", &width, &height, &nrChannels, 0);
    if (data)
    {
        /* 将当前绑定的纹理对象附加上纹理图像 */
        glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, width, height, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, data);
        /* 为当前绑定的纹理自动生成所有需要的多级渐远纹理 */
        glGenerateMipmap(GL_TEXTURE_2D);
    }
    else
    {
        std::cout << "无法加载纹理" << std::endl;
    }
    stbi_image_free(data);

    /* 告诉OpenGL每个采样器属于哪个纹理单元（只需执行一次） */
    /* 在设置uniform之前激活着色器 */
    ourShader.use();
    /* 设置纹理采样器1 */
    ourShader.setInt("texture1", 0);
    /* 设置纹理采样器2 */
    ourShader.setInt("texture2", 1);

    /* 解绑顶点数组对象，顶点缓冲对象和元素缓冲对象 */
    glBindVertexArray(0);
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);
    glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, 0);

    /* 这是一个循环，只要窗口没有被要求关闭，就会一直执行循环内的代码。 */
    while (!glfwWindowShouldClose(window))
    {
        float currentFrame = static_cast(glfwGetTime());
        deltaTime = currentFrame - lastFrame;
        lastFrame = currentFrame;

        /* 这行代码调用processInput函数，用于处理用户输入。 */
        processInput(window);

        /* 这行代码设置清空颜色缓冲区时的颜色。在这个示例中，将颜色设置为浅蓝色。 */
        glClearColor(0.0f, 0.8f, 1.0f, 1.0f);
        /* 这行代码清空颜色缓冲区，以准备进行下一帧的渲染。 */
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
        /* 清除深度缓冲 */
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

        /* 使用着色器程序 */
        ourShader.use();

        /* 视角矩阵 */
        glm::mat4 view = glm::mat4(1.0f);
        view = camera.GetViewMatrix();

        /* 透视矩阵 */
        glm::mat4 projection = glm::mat4(1.0f);
        projection = glm::perspective(glm::radians(camera.Zoom), (float)screenWidth / (float)screenHeight, 0.1f, 100.0f);

        /* 将视图矩阵的值传递给对应的uniform */
        ourShader.setMatrix4("view", view);
        /* 将投影矩阵的值传递给对应的uniform */
        ourShader.setMatrix4("projection", projection);

        /* 获取时间 */
        double timeValue = glfwGetTime();
        /* 将亮度参数设为0.2到1.0之间的范围，随时间参数变化而变化 */
        float brightValue = static_cast(sin(timeValue) / 2.5 + 0.6);
        /* 更新着色器Uniform亮度 */
        ourShader.setFloat("brightness", brightValue);

        /* 绑定顶点数组对象 */
        glBindVertexArray(VAO);
        for (unsigned int i = 0; i < 10; i++)
        {
            /* 计算每个对象的模型矩阵，并在绘制之前将其传递给着色器 */
            glm::mat4 model = glm::mat4(1.0f);
            /* 移动到不同位置 */
            model = glm::translate(model, cubePositions[i]);
            /* 旋转 */
            model = glm::rotate(model, (float)glfwGetTime() * (i + 1) / 2, glm::vec3(-0.5f + ((float)i / 10.0), 1.0f, 0.0f));

            /* 将模型矩阵的值传递给对应的uniform */
            ourShader.setMatrix4("model", model);

            /* 绘制矩形 */
            glDrawElements(GL_TRIANGLES, 36, GL_UNSIGNED_INT, 0);
        }

        /* 这行代码交换前后缓冲区，将当前帧的渲染结果显示到窗口上。 */
        glfwSwapBuffers(window);

        /* 这行代码处理窗口事件，例如键盘输入、鼠标移动等。它会检查是否有事件发生并触发相应的回调函数。 */
        glfwPollEvents();
    }

    /* 删除顶点数组对象 */
    glDeleteVertexArrays(1, &VAO);
    /* 删除顶点缓冲对象 */
    glDeleteBuffers(1, &VBO);
    /* 删除元素缓冲对象 */
    glDeleteBuffers(1, &EBO);
    /* 删除着色器程序 */
    ourShader.deleteProgram();

    /* 这行代码终止GLFW库的运行，释放相关的系统资源。 */
    glfwTerminate();

    /* 程序结束，返回0 */
    return 0;
}

运行结果：

注意！该程序操作方式如下：

WSAD键控制前后左右移动，空格键飞行，shift键下降，
鼠标移动控制视角，鼠标滚轮控制视野缩放。
Esc键退出程序。

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另外在运行程序时，请打开键盘的英文大写锁定，
否则按shift之后会跳出中文输入法。
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我知道你们肯定想说这些操作有点像一个游戏《Minecraft》

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如有建议、疑问或任何其他想法，都欢迎在下方的评论区留言！我非常重视您的反馈，因为它对于改善和扩展本文的内容至关重要。
如果您对OpenGL中摄影机的概念和应用有任何疑问，我会尽力回答并提供更多的解释和示例。您可以分享您在使用摄影机时遇到的挑战或困惑，我将乐意为您提供帮助和指导。
此外，如果您有关于OpenGL坐标系统或其他与本文相关的主题的经验分享，也请不要犹豫，欢迎在评论区与我们分享。我们相信互动和知识共享可以使这篇博客文章更加丰富和有益。
我期待与您的互动，与您一起探索OpenGL中摄影机的奇妙世界，并共同提升我们在计算机图形学领域的知识和技能。谢谢您的阅读和参与！