做淘宝客要自己的网站,怎么快速做网站排名,佛山seo优化,wordpress 动态meta写在前面 OpenGL能做的事情太多了#xff01;很多程序也看起来很复杂。很多人感觉OpenGL晦涩难懂#xff0c;原因大多是被OpenGL里面各种语句搞得头大#xff0c;一会gen一下#xff0c;一会bind一下#xff0c;一会又active一下。搞到最后都不知道自己在干嘛#xff0c;…写在前面 OpenGL能做的事情太多了很多程序也看起来很复杂。很多人感觉OpenGL晦涩难懂原因大多是被OpenGL里面各种语句搞得头大一会gen一下一会bind一下一会又active一下。搞到最后都不知道自己在干嘛更有可能因为某一步的顺序错误导致最后渲染出错又或者觉得记下这些操作的顺序是非常烦人的一件事。那么OpenGL为什么会长成这个样子呢这篇文章旨在通过一个最简单的OpenGL程序开始让我们能够“看懂”它“记住”这些操作顺序。 我们先来解释一下OpenGL为什么会涉及这么多操作顺序。这是因为和我们现在使用的C、C#这种面向对象的语言不同OpenGL中的大多数函数使用了一种基于状态的方法大多数OpenGL对象都需要在使用前把该对象绑定到context上。这里有两个新名词——OpenGL对象和Context。 Context
Context是一个非常抽象的概念我们姑且把它理解成一个包含了所有OpenGL状态的对象。如果我们把一个Context销毁了那么OpenGL也不复存在。 OpenGL对象
我们可以把OpenGL对象理解成一个状态的集合它负责管理它下属的所有状态。当然除了状态OpenGL对象还会存储其他数据。注意。这些状态和上述context中的状态并不重合只有在把一个OpenGL对象绑定到context上时OpenGL对象的各种状态才会映射到context的状态。因此这时如果我们改变了context的状态那么也会影响这个对象而相反地依赖这些context状态的函数也会使用存储在这个对象上的数据。 因此OpenGL对象的绑定既可能是为了修改该对象的状态大多数对象需要绑定到context上才可以改变它的状态也可能是为了让context渲染时使用它的状态。 画了一个图仅供理解。图中灰色的方块代表各种状态箭头表示当把一个OpenGL对象绑定到context上后对应状态的映射。 前面提到过OpenGL就是一个“状态机”。那些各种各样的API调用会改变这些状态或者根据这些状态进行操作。但我们要注意的是这只是说明了OpenGL是怎样被定义的但硬件是否是按状态机实现的就是另一回事了。不过这不是我们需要担心的地方。 OpenGL对象包含了下面一些类型Buffer ObjectsVertex Array ObjectsTexturesFramebuffer Objects等等。我们下面会讲到Vertex Array Objects这个对象。 这些对象都有三个相关的重要函数 void glGen*(GLsizei n, GLuint *objects);负责生成一个对象的name。而name就是这个对象的引用。
void glDelete*(GLsizei n, const GLuint *objects);负责销毁一个对象。
void glBind*(GLenum target, GLuint object);将对象绑定到context上。 关于OpenGL对象还有很多内容这里就不讲了。可以参见官方wiki。 在开始第一个程序之前我们还要了解一些图形名词。 渲染Rendering计算机从模型到创建一张图像的过程。OpenGL仅仅是其中一个渲染系统。它是一个基于光栅化的系统其他的系统还有光线追踪但有时也会用到OpenGL等。 模型Models或者对象Objects这里两者的含义是一样的。指从几何图元——点、线、三角形中创建的东西由顶点指定。 Shaders这是一类特殊的函数是在图形硬件上执行的。我们可以理解成Shader是一些为图形处理单元GPU编译的小程序。OpenGL包含了编译工具来把我们编写的Shader源代码编译成可以在GPU上运行的代码。在OpenGL中我们可以使用四种shader阶段。最常见的就是vertex shaders——它们可以处理顶点数据以及fragment shaders它们处理光栅化后生成的fragments。vertex shaders和fragment shaders是每个OpenGL程序必不可少的部分。 像素pixel像素是我们显示器上的最小可见元素。我们系统中的像素被存储在一个帧缓存framebuffer中。帧缓存是一块由图形硬件管理的内存空间用于供给给我们的显示设备。惊鸿一瞥 我们的第一个程序不完整的运行结果如下 代码如下提示这里可以粗略地看下中文注释后面会更详细讲述的
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//
// triangles.cpp
//
/////--------------------------------------------------------------------
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// 在程序一开头,我们包含了所需的头文件,
// 声明了一些全局变量(但通常是不用全局变量在做的,这里只是为了说明一些基本问题)
// 以及其他一些有用的程序结构
//#include iostream
using namespace std;#include vgl.h
#include LoadShaders.henum VAO_IDs { Triangles, NumVAOs };
enum Buffer_IDs { ArrayBuffer, NumBuffers };
enum Attrib_IDs { vPosition 0 };GLuint VAOs[NumVAOs];
GLuint Buffers[NumBuffers];const GLuint NumVertices 6;//---------------------------------------------------------------------
//
// init
//
// init()函数用于设置我们后面会用到的一些数据.例如顶点信息,纹理等
//void init(void) {glGenVertexArrays(NumVAOs, VAOs);glBindVertexArray(VAOs[Triangles]);// 我们首先指定了要渲染的两个三角形的位置信息.GLfloat vertices[NumVertices][2] {{ -0.90, -0.90 }, // Triangle 1{ 0.85, -0.90 },{ -0.90, 0.85 },{ 0.90, -0.85 }, // Triangle 2{ 0.90, 0.90 },{ -0.85, 0.90 }};glGenBuffers(NumBuffers, Buffers);glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, Buffers[ArrayBuffer]);glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices),vertices, GL_STATIC_DRAW);// 然后使用了必需的vertex和fragment shadersShaderInfo shaders[] {{ GL_VERTEX_SHADER, triangles.vert },{ GL_FRAGMENT_SHADER, triangles.frag },{ GL_NONE, NULL }};// LoadShaders()是我们自定义(这里没有给出)的一个函数,// 用于简化为GPU准备shaders的过程,后面会详细讲述GLuint program LoadShaders(shaders);glUseProgram(program);// 最后这部分我们成为shader plumbing,// 我们把需要的数据和shader程序中的变量关联在一起,后面会详细讲述glVertexAttribPointer(vPosition, 2, GL_FLOAT,GL_FALSE, 0, BUFFER_OFFSET(0));glEnableVertexAttribArray(vPosition);
}//---------------------------------------------------------------------
//
// display
//
// 这个函数是真正进行渲染的地方.它调用OpenGL的函数来请求数据进行渲染.
// 几乎所有的display函数都会进行下面的三个步骤.
//void display(void) {// 1. 调用glClear()清空窗口glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);// 2. 发起OpenGL调用来请求渲染你的对象glBindVertexArray(VAOs[Triangles]);glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, NumVertices);// 3. 请求将图像绘制到窗口glFlush();
}//---------------------------------------------------------------------
//
// main
//
// main()函数用于创建窗口,调用init()函数,最后进入到事件循环(event loop).
// 这里仍会看到一些以gl开头的函数,但和上面的有所不同.
// 这些函数来自第三方库,以便我们可以在不同的系统中更方便地使用OpenGL.
// 这里我们使用的是GLUT和GLEW.
//int main(int argc, char** argv) {glutInit(argc, argv);glutInitDisplayMode(GLUT_RGBA);glutInitWindowSize(512, 512);glutInitContextVersion(4, 3);glutInitContextProfile(GLUT_CORE_PROFILE);glutCreateWindow(argv[0]);if (glewInit()) {cerr Unable to initialize GLEW ... exiting endl; exit(EXIT_FAILURE);}init();glutDisplayFunc(display);glutMainLoop();
}Vertex Shader如下
#version 430 core
layout(location 0) in vec4 vPosition;
void
main(){gl_Position vPosition;
}Fragment Shader如下
#version 430 core
out vec4 fColor;
void
main()
{
fColor vec4(0.0, 0.0, 1.0, 1.0);
}OpenGL的语法 这里插播一段语法解释。从上面可以看出OpenGL里面的函数长得都有一个特点都是由“gl”开头的然后紧跟一个或多个大写字母例如glBindVertexArray()。而且可以告诉所有的OpenGL函数都长这样。在上面的程序里面还有一些函数是“glut”开头的这是来自OpenGL实用工具OpenGL Utility Toolkit——GLUT。这是一个非常流行的跨平台工具可以用于打开窗口、管理输入等操作。龙书用的GLUT版本是Freeglut是原始GLUT的一个变种。GLUT已经不再更新了。。。Sad。。。同样还有一个函数glewInit()它来自GLEW库。GLUT和GLEW就是龙书所用的两个库了。 和OpenGL函数的命名规范类似在display()函数里见到的GL_COLOR_BUFFER_BIT这样的常量也是OpenGL定义的。它们由GL_开头实用下划线来分割字符。它们的定义就是通过OpenGL头文件glcorearb.h和glewt.h里面的#define指令定义的。 OpenGL为了跨平台还自己定义了一系列数据类型如GLfloat。而且因为OpenGL是一个“C”语言库它不使用函数重载来解决不同类型的数据问题而是使用函数命名规范来组织不同的函数。例如后面我们会碰到一个函数叫glUniform*()这个函数有很多形式例如glUniform2f()和glUniform3fv。这些函数名字后面的后缀——2f和3fv提供了函数的参数信息。例如2f中的2表示有两个数据将会传递给函数f表示这两个参数的类型是GLfloat。而3fv中最后的v则是vector的简写表明这三个GLfloat将以vector的形式传递给函数而不是三个独立的参数。 一些例子中没有使用OpenGL定义的数据类型直接使用了float这样的变量。这可能会造成在不同平台上不兼容的问题。 在三维的世界里所有的故事都是从顶点开始的。虽然题目是“详解第一个程序”但目的是为了让大家理解最基础的顶点是怎么一步步传递到GLSL中的。 重点内容开始 传递顶点数据你会怎么做 那么现在的问题是如果是你你会怎么把顶点和它相关的信息例如纹理坐标、法线等传递给GLSL呢一般人都会想到多维数组。我们下面把它称为顶点流Vertex Stream。什么你不是这么想的没关系OpenGL是这么想的就好。。。 我们负责创建这个顶点流然后只需要告诉OpenGL怎样解读它就可以了。 为了渲染一个对象我们必须使用一个shader program。而这个program会定义一系列顶点属性例如上述Vertex Shader中的vPosition一行。这些属性决定了我们需要传递哪些顶点数据。每一个属性对应了一个数组并且这些数据的维度都必须相等即是一一对应的关系。 比如我们想要渲染3个顶点我们会定义下面的数据
{ {1, 1, 1}, {0, 0, 0}, {0, 0, 1} } 这些顶点的顺序是非常重要的OpenGL将会根据这些顺序渲染网格。我们可以直接使用上述这种数据来直接渲染也可以使用索引indices来指定顺序这样可以重复使用同一个顶点。 例如我们使用下面的索引列表
{2, 1, 0, 2, 1, 2} 那么OpenGL将会渲染6个顶点
{ {0, 0, 1}, {0, 0, 0}, {1, 1, 1}, {0, 0, 1}, {0, 0, 0}, {0, 0, 1} } 现在我们还想传递一个新的顶点属性即每个顶点的纹理坐标那么新的纹理数组可能长这样 { {0, 0}, {0.5, 0}, {0, 1} } 注意纹理数据的维度大小一定要和上面的坐标数组大小一致而其他顶点属性数组的维度也要满足这个条件。这是非常容易理解的。 那么合并后的顶点属性列表就是
[{0, 0, 1}, {0, 1}], [{0, 0, 0}, {0.5, 0}], [{1, 1, 1}, {0, 0}], [{0, 0, 1}, {0, 1}], [{0, 0, 0}, {0.5, 0}], [{0, 0, 1}, {0, 1}] }OpenGL的做法VAO和VBO OpenGL使用了VAO来实现上述管理顶点数据的数据作用以及VBO来存放真正的顶点属性数据。 VAOVertex Array Object 我们这里遇到了第一种OpenGL对象——VAOVertex Array Object。前面说到OpenGL对象是状态的集合那么VAO就是所有顶点数据的状态集合。它存储了顶点数据的格式以及顶点数据数据所需的缓存对象的引用。前面提过OpenGL对象都有三个非常重要的函数而VAO对应的就是glGenVertexArrays、glDeleteVertexArrays和glBindVertexArray。 VAO负责管理顶点属性而这些顶点属性从0到GL_MAX_VERTEX_ATTRIBS - 1被编号。这些属性在Vertex Shader里的表现就是类似下面的语句
layout(location 0) in vec4 vPosition;上述顶点属性vPosition被编号为0。 每个属性可以被enable或者disable被disable的属性是不会传递给shader的即便在shader里定义了这些属性它们读出的值也会是一个常量而非真正的数据。一个新建的VAO的所有属性访问都是disable的。而开启一个属性是通过下面的函数
void glEnableVertexAttribArray(GLuint index);与其对应的是glDisableVertexAttribArray 函数。 而为了使用上述函数来改变VAO的状态我们首先需要把VAO绑定到当前的context上。 VBOVertex Buffer Object VBO是一种Buffer Object即它也是一个OpenGl对象。VBO是顶点数组数据真正所在的地方。 为了指定一个属性数据的格式和来源我们需要告诉OpenGL编号为0的属性使用哪个VBO编号为1的属性使用哪个VBO等等。为了实现它我们可以这么做。 首先我们要知道任何VBO都需要先绑定到GL_ARRAY_BUFFER才可以对它进行操作。绑定后我们可以调用下面的函数之一
void glVertexAttribPointer( GLuint index, GLint size, GLenum type,GLboolean normalized, GLsizei stride, const void *offset);void glVertexAttribIPointer( GLuint index, GLint size, GLenum type,GLsizei stride, const void *offset );void glVertexAttribLPointer( GLuint index, GLint size, GLenum type,GLsizei stride, const void *offset );它们的作用大同小异就是告诉OpenGl编号为index的属性使用当前绑定在GL_ARRAY_BUFFER的VBO。为了更好理解我们举例
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, buf1);
glVertexAttribPointer(0, 4, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, 0);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);上面第一行代码将buf1绑定到了GL_ARRAY_BUFFER上。第二行意味着编号为0的属性将使用buf1的数据因为当前绑定到GL_ARRAY_BUFFER上的是buf1。第三行将缓存对象0绑定到了GL_ARRAY_BUFFER上这不会对顶点属性有任何影响只有glVertexAttribPointer函数可以影响它们 这个过程就像一个中介人的作用而中介人就是GL_ARRAY_BUFFER。我们可以这么想glBindBuffer 设置了一个全局变量然后glVertexAttribPointer读取了这个全局变量并把它存储在VAO中这个全局变量就是GL_ARRAY_BUFFER。当调用完glVertexAttribPointer后顶点属性已经知道了数据来源就是buf1它们之间就会直接联系而不需要在通过GL_ARRAY_BUFFER。
