OpenGL编程指南2D部分【上】

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OpenGL编程指南2D部分【上】

1. OpenGL 概述

opengl是一套图形API，指示显卡进行显示操作，若无显示硬件则采用软件实现。

opengl渲染管线：

顶点数据->着色器->光栅->显示

创建对象：首先使用glGen*创建一个名字，再使用glBind*创建并且激活对象，将其绑定到名字上。

顶点对象：保存顶点信息。

缓存对象：顶点对象管理的数据存储在缓存对象中，是显存的一块区域。

每个大于3.1的opengl渲染管线中至少需要vertex shader和fragment shader

2. 着色器基础

杂项

• 现代opengl严重依赖shader，若无shader便只能清除窗口。
• double后面必须加LF。
• swizzle: vec3 a = color.rgb

可编程管线的阶段

• 顶点着色 vertex shading
• 细分着色 tessellation shading
• 几何着色 geometry shading
• 片元着色 fragment shading
• 计算着色 compute shading

基本数据类型

• float
• double
• int
• uint
• bool
• 不透明类型

聚合数据类型

• [-diub]vec[234]
• [-d]mat[234]x[234]

访问聚合数据类型

• 位置相关 = x,y,z,w
• 颜色相关 = r,g,b,a
• 纹理相关 = s,t,p,q
• 直接用数字索引

存储限定符

• const
• in
• out
• uniform
• buffer - shader可读写
• shared - 计算着色器中使用，本地工作组共享

函数参数限定符

• in - 默认
• const in
• out - 无输入值
• inout - 相当于&

特殊流控制语句

• discard - 丢弃当前片元，终止着色器执行，只能用于fragment shader

计算不变性

GLSL中，通过常量调用函数会被编译器在cpu直接计算出来，所以和变量调用函数结果可能不同，
这种结果无法保证不变。

不同的shader中，可以通过对变量设置invariant标识符，保证相同计算式计算结果完全相同，
也可以通过#pragma STDGL invariant(all)来完成这项工作。

precise是一种更精确的标识符，会对计算式进行诸多限制，普通来说invariant已足够。

编译器控制

• #pragma optimize(on) 着色器优化
• #pragma debug(on) 开启调试模式

Uniform变量

在程序中指定，作用于shader的变量，通过glGetUniformLocation获取位置后，调用
glUniform{type}进行写入，可在shader中使用。

Uniform变量块

用于在多个shader program之间共享uniform变量。

首先使用glGetUniformBlockIndex获取块索引，使用glGetActiveUniformBlockiv获取大小，
然后使用glBindBufferRange/glBindBufferBase绑定块与缓存对象，初始化缓存中的数据。

多个program以共享方式使用块的话，我们需要将名称绑定在缓存上，使用glUniformBlockBinding
在glLinkProgram之前调用。

如果采用默认布局，需要通过glGetUniformIndices来获取变量位置，方便在缓存中存储数据

Uniform变量块布局限定符

• shared 默认，多程序共享
• packed 占用空间最小，禁止共享
• std140
• std430
• row_major 以行为主储存mat
• column_major 以列为主储存mat，默认

Buffer块

和uniform块相似，shader可以修改其内容，可在链接后决定其大小。

In/out块

即输入输出接口，前一shader输出与后一shader输入必须相同。

创建program

1. 创建shader，导入源码，编译并查错。
2. 创建program，导入shader，链接并查错。

使用完的shader对象可以标记为可删除，当没有program链接时会被删除。

子程序

可以选择渲染时执行哪一个程序。首先通过subroutine定义函数类型，然后定义几个
当前类型的函数，再定义一个subroutine uniform类型的变量指示哪一个会被执行。
在程序中调用glGetSubroutineUniformLocation获取uniform的位置，
调用glGetSubroutineIndex获取子函数索引，然后通过glUniformSubroutinesuiv指定执行。

独立着色器对象

可将多个program的不同阶段合并到同一pipeline当中。

3. OpenGL绘制方式

图元

• 点，可设置大小
• 线段，环线，可设置宽度
• 三角形，条带，扇面

正反面

• 通过glPolygonMode可设置正反面不同的绘制方法。
• 通过glFrontFace设置哪一面为正面，默认右手螺旋为正。
• 通过glCullFace直接抛弃某个面

缓存

通过glGenBuffer创建一个名称，再用glBindBuffer根据其用途创建空间并且激活。
然后就可以利用glBufferData向其中存入数据。

可通过glBufferSubData对部分数据进行操作，可通过glClear[Sub]Data和glCopy[Sub]Data
和glGet[Sub]Data操作数据。

还可以通过glMapBuffer获取指针，直接对地址操作。然后通过glUnmapBuffer释放指针。
这种方式在释放指针后将直接将数据交由OpenGL处理，效率更高。

可通过glInvalidateBuffer[Sub]Data通知opengl丢弃无用的数据。

顶点规范

glVertexAttrib[type]Pointer函数通知opengl如何使用缓存中的数据，
对于大值的数据，使用整形顶点提高效率，
默认会将任意类型数据转化为float，若用其他类型，则需要对应的type

压缩格式可以将一个顶点压缩于一个32位整数中

如果不使用glEnableVertexAttribArray，则属性会使用默认数据，
通过glVertexAttrib[type]来设置默认属性，简化重复操作。

绘制命令

glDrawArray根据数组顺序绘制顶点，glDrawElements根据数组索引绘制顶点。
glDrawElements被认为是一个高效率的方法，节约了缓存，提高速度。

glDrawArraysIndirect是间接绘制，绘制的命令存在于GL_DRAW_INDIRECT_BUFFER
缓存中，索引绘制也有间接版本。

glMultiDrawArrays通过对数组的调用，绘制大量的图像，提高效率。
同样，索引绘制也有multi版本。

数组绘制和索引绘制都有间接multi版本。

图元重启动

打断正在绘制的符合索引条件的图元。

多实例渲染

可将同一个图元绘制很多遍，只有部分属性不同，提高效率。
通过glVertexAtrribDivisor控制属性变化频率，通过glVertexAttribPointer设置不同的属性。
shader中，可以通过gl_InstanceID获取当前instance的索引

VAO使用

1. 创建VAO，并且绑定。
2. 使用glGetAttribLocation获取输入参数索引。
3. 通过glVertexAttribPointer指定buffer中的数据如何用作某一个输入参数。
4. 使用glEnableVertexAttribArray启用某一个输入参数。
5. 调用draw函数。