OpenGL 学习笔记

配套使用的库

GLAD (OpenGL Extension Wrangler)：一个用于加载 OpenGL 扩展的库,管理OpenGL的指针和上下文

GLFW(Graphics Library Framework)：是一个用于创建窗口和处理用户输入的库

基础渲染窗口流程

初始化GLFW窗口配置，比如使用GL的版本和模式
使用GLFW创建窗口，设置窗口尺寸
使用GLFW设置窗口环境，和编写窗口改变的回调函数(optional)
使用GLAD加载所有GL的函数指针
在窗口渲染循环中，编写渲染逻辑：比如交换帧缓冲区，监听输入

渲染三角形

关键词

顶点数组对象：Vertex Array Object，VAO
顶点缓冲对象：Vertex Buffer Object，VBO
元素缓冲对象：Element Buffer Object，EBO 或索引缓冲对象 Index Buffer Object，IBO

图形渲染管线：3D坐标转为2D坐标的处理过程，第一部分把你的3D坐标转换为2D坐标，第二部分是把2D坐标转变为实际的有颜色的像素。

着色器：GPU上有很多个核心，每个核心上都有渲染管线的程序，程序就叫着色器。OpenGL着色器是用OpenGL着色器语言(OpenGL Shading Language, GLSL)写成的。

顶点着色器(Vertex Shader):它把一个单独的顶点作为输入。顶点着色器主要的目的是把3D坐标转为另一种3D坐标，同时顶点着色器允许我们对顶点属性（颜色）进行一些基本处理

图元(Primitive)：决定顶点数据渲染的类型，可以是点，线，三角形。e.g

、GL_TRIANGLES、GL_LINE_STRIP。

几何着色器(Geometry Shader):几何着色器把图元形式的一系列顶点的集合作为输入，它可以通过产生新顶点构造出新的（或是其它的）图元来生成其他形状。例子中，它生成了另一个三角形。

光栅化阶段(Rasterization Stage):这里它会把图元映射为最终屏幕上相应的像素，生成供片段着色器(Fragment Shader)使用的片段(Fragment)。在片段着色器运行之前会执行裁切(Clipping)。裁切会丢弃超出你的视图以外的所有像素，用来提升执行效率。

片段着色器:主要目的是计算一个像素的最终颜色，这也是所有OpenGL高级效果产生的地方。通常，片段着色器包含3D场景的数据（比如光照、阴影、光的颜色等等），这些数据可以被用来计算最终像素的颜色。

Alpha测试和混合(Blending):这个阶段检测片段的对应的深度（和模板(Stencil)）值（后面会讲），用它们来判断这个像素是其它物体的前面还是后面，决定是否应该丢弃。这个阶段也会检查alpha值（alpha值定义了一个物体的透明度）并对物体进行混合(Blend)。所以，即使在片段着色器中计算出来了一个像素输出的颜色，在渲染多个三角形的时候最后的像素颜色也可能完全不同。

渲染管线流程

对于大多数场合，我们只需要配置顶点和片段着色器就行了。几何着色器是可选的，通常使用它默认的着色器就行了。（图中蓝色的部分是可以人为修改的）

标准化设备坐标(Normalized Device Coordinates, NDC):顶点坐标已经在顶点着色器中处理过，它们就应该是标准化设备坐标了。OpenGL仅当3D坐标在3个轴（x、y和z）上-1.0到1.0的范围内时才处理它。(0, 0)坐标是这个图像的中心，而不是左上角

正式开始渲染

假设我们现在要渲染一个物体在屏幕中，首先必须要有物体的顶点坐标。然后至少要有一个顶点shader程序和一个片段shader程序。在顶点着色器中，只需要关注输入的数据处理，顶点坐标是输入，需要对输入的顶点向量处理和解释。在片段着色器中，不需要关注输入，只需要关注输出：光栅化后的像素最后应该是什么颜色（光照和反射导致颜色变化）。

准备数据

在渲染前，还有一个工作：将顶点数据发送给显卡，缓存在显存中。这个步骤涉及到VBO（顶点缓冲对象，类似一个3D模型的顶点组成的顶点数组对象）

c++
unsigned int VBO = glGenBuffers(1, &VBO);

以上代码表示生成一个VBO并赋予一个独一无二的ID，此时并没有数据。

c++
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);

以上代码将VBO绑定到GL_ARRAY_BUFFER类型的缓冲区，每种缓冲区只能绑定一个缓冲对象，OpenGL中有多种类型的缓冲区，每种类型的缓冲区都有特定的用途。GL_ARRAY_BUFFER类型的缓冲区用于存储顶点属性数据，如顶点坐标、法线、颜色等。GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER用于存储图元索引数据，比如绘制三角形、四边形等的顶点索引。还有纹理缓冲区等等。

接下来就是将顶点数据拷贝到绑定的缓冲区，通过以下函数实现：

c++
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);

如果要更换绑定的缓冲对象，就需要调用以下函数实现解绑的效果：

c++
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);

现在我们已经把顶点数据储存在显卡的内存中，用VBO这个顶点缓冲对象管理。

从以上代码来看啊，每次绘制一个物体都需要绑定缓冲区，然后解释顶点数据。不同对象的解释方法不同，为了简便操作，出现了VAO。

VAO并不是必须的，VBO可以独立使用，VBO缓存了数据，而数据的使用方式（glVertexAttribPointer 指定的数据宽度等信息）并没有缓存，VBO将顶点信息放到GPU中，GPU在渲染时去缓存中取数据，二者中间的桥梁是GL-Context。GL-Context整个程序一般只有一个，所以如果一个渲染流程里有两份不同的绘制代码，当切换VBO时（有多个VBO时，通过glBindBuffer切换），数据使用方式信息就丢失了。而GL-context就负责在他们之间进行切换。这也是为什么要在渲染过程中，在每份绘制代码之中会有glBindbuffer、glEnableVertexAttribArray、glVertexAttribPointer。VAO记录该次绘制所需要的所有VBO所需信息，把它保存到VBO特定位置，绘制的时候直接在这个位置取信息绘制。　

VAO为我们解决了这个大麻烦，当配置顶点属性数据的时候，只需要将配置函数调用执行一次，随后再绘制该物体的时候就只需要绑定相应的VAO即可，这样，我们就可以通过绑定不同的VAO（提醒，与VBO一样，同一时刻只能绑定一个VAO），使得在不同的顶点数据和属性配置切换变得非常简单。VAO记录的是一次绘制中所需要的信息，这包括“数据在哪里glBindBuffer”、“数据的格式是怎么样的glVertexAttribPointer”、shader-attribute的location的启用glEnableVertexAttribArray。

顶点着色器

着色器根据渲染端的不同使用不同的语言，openGL使用GLSL语言，比较接近C语言。下面给出顶点着色器的代码，可以用字符串表示，也可以用文件存放并加载。

glsl
#version 330 core layout (location = 0) in vec3 aPos; 
void main() 
{    gl_Position = vec4(aPos.x, aPos.y, aPos.z, 1.0); }

【1】https://blog.csdn.net/p942005405/article/details/103770259

【2】https://learnopengl-cn.github.io/01%20Getting%20started/04%20Hello%20Triangle/

目录