OpenGL详解
来源:互联网 发布:塞班软件下载中心 编辑:程序博客网 时间:2024/05/07 19:58
原文出处:http://blog.csdn.net/candycat1992/article/details/39676669
支持大家去看原文,真是一片好的博文。关于OpenGL写点很详细也很透彻,博主更是一位妹子。。。
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 Objects,Vertex Array Objects,Textures,Framebuffer 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);
- 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。
- 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
- ///////////////////////////////////////////////////////////////////////
- //
- // triangles.cpp
- //
- ///////////////////////////////////////////////////////////////////////
- //--------------------------------------------------------------------
- //
- // 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.h"
- enum 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 shaders
- ShaderInfo 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();
- }
- #version 430 core
- layout(location = 0) in vec4 vPosition;
- void
- main()
- {
- gl_Position = vPosition;
- }
- #version 430 core
- out vec4 fColor;
- void
- main()
- {
- fColor = vec4(0.0, 0.0, 1.0, 1.0);
- }
OpenGL的语法
传递顶点数据:你会怎么做
- { {1, 1, 1}, {0, 0, 0}, {0, 0, 1} }
- {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} }
- { {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。
- [{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
VAO(Vertex Array Object)
- layout(location = 0) in vec4 vPosition;
- void glEnableVertexAttribArray(GLuint index);
与其对应的是glDisableVertexAttribArray 函数。
VBO(Vertex Buffer Object)
- 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!
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