OpenGL自制3D游戏引擎入门III

绘制三角形

一、概述

先来记三个单词
- 顶点数组对象：Vertex Array Object，VAO
- 顶点缓冲对象：Vertex Buffer Object，VBO
- 索引缓冲对象：Element Buffer Object，EBO或Index Buffer Object，IBO
图形渲染管线可以被划分为两个主要部分：第一部分把3D坐标转换为2D，第二部分是把2D坐标转变为实际有颜色的像素(Tip：2D坐标和像素也是不同的，2D坐标精确表示一个点在2D空间中的位置，而2D像素是这个点的近似值，2D像素受到你的屏幕/窗口分辨率的限制)
我们以数组的形式传递3个3D坐标作为图形渲染管线的输入，用来表示一个三角形，这个数组叫做 顶点数据(Vertex Data) ；顶点数据是一系列点的集合，一个顶点是一个3D坐标的数据集合，顶点数据是用 顶点属性(Vertex Attribute) 表示的，它可以包含任何我们相用的数据
图元(Primitive)： 给OpenGL一些提示，让其知道需要使用哪些图像原型
- GL_POINTS(点)
- GL_TRIANGLES(三角形)
- GL_LINE_STRIP(直线)

二、顶点输入

标准化设备坐标：OpenGL仅当3D坐标在3个轴上都为-1.0f到1.0f范围内时才处理它
简单给出一个例子，可以看到一个简单的图形中顶点数据包括了顶点坐标，法线，顶点与面(法线)的关系等等众多信息

工具软件给出一个.obj文件，CPU提出其中的信息数组并传递到GPU中缓存起来(VBO)，根据规则形成索引(VAO)，进入顶点着色器
使用glGenBuffers函数和一个缓冲ID生成一个VBO对象(VAO对象类似)。
OpenGL有很多缓冲对象类型，顶点缓冲对象的缓冲类型是GL_ARRAY_BUFFER，我们可以使用glBindBuffer函数把新创建的缓冲绑定到GL_ARRAY_BUFFER目标上。
绑定完成后调用glBufferData函数，把之前定义的顶点数据复制到缓冲的内存中。
```
  float vertices[] = {
     -0.5f, -0.5f, 0.0f,
     0.5f, -0.5f, 0.0f,
     0.0f,  0.5f, 0.0f
  };

  unsigned int VAO;
  glGenVertexArrays(1, &VAO);
  glBindVertexArray(VAO);

  unsigned int VBO;
  glGenBuffers(1, &VBO);
  glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);

  glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);
```
这里提一句glBufferData函数中的第四个参数指定了我们希望显卡如何管理给定的数据，三角形的位置数据不会改变，每次渲染调用时都保持原样，所以它的使用类型最好是GL_STATIC_DRAW。如果，比如说一个缓冲中的数据将频繁被改变，那么使用的类型就是GL_DYNAMIC_DRAW或GL_STREAM_DRAW，这样就能确保显卡把数据放在能够高速写入的内存部分
- GL_STATIC_DRAW ：数据不会或几乎不会改变
- GL_DYNAMIC_DRAW：数据会被改变很多
- GL_STREAM_DRAW ：数据每次绘制时都会改变

三、顶点着色器&片段着色器

暂时将顶点着色器的源代码硬编码在代码文件顶部的C风格字符串中

  const char* vertexShaderSource =
  "#version 330 core\n"
  "layout(location = 0) in vec3 aPos;\n"
  "void main()\n"
  "{gl_Position = vec4(aPos.x, aPos.y, aPos.z, 1.0);}\n";

  const char* fragmentShaderSource =
  "v#version 330 core\n"
  "out vec4 FragColor;\n"
  "void main()\n"
  "{FragColor = vec4(1.0f, 0.5f, 0.2f, 1.0f);}\n";

创建着色器对象并把着色器源码附加到着色器对象上然后编译

  unsigned int vertexShader;
  vertexShader = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);
  glShaderSource(vertexShader, 1, &vertexShaderSource, NULL);
  glCompileShader(vertexShader);

  unsigned int fragmentShader;
  fragmentShader = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);
  glShaderSource(fragmentShader, 1, &fragmentShaderSource, NULL);
  glCompileShader(fragmentShader);

着色器程序是多个着色器合并之后并最终链接完成的版本。如果要使用刚才编译的着色器我们必须把它们链接(Link)为一个着色器程序对象，然后在渲染对象的时候激活这个着色器程序。已激活着色器程序的着色器将在我们发送渲染调用的时候被使用。
```
  unsigned int shaderProgram;
  shaderProgram = glCreateProgram();
  glAttachShader(shaderProgram, vertexShader);
  glAttachShader(shaderProgram, fragmentShader);
  glLinkProgram(shaderProgram);
  glLinkProgram(fragmentShader);
```
链接顶点属性
- 位置数据被储存为32位（4字节）浮点值
- 每个位置包含3个这样的值
- 在这3个值之间没有空隙（或其他值）。这几个值在数组中紧密排列(Tightly Packed)
- 数据中第一个值在缓冲开始的位置
```
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(float), (void*)0);
glEnableVertexAttribArray(0);
```

四、绘制三角形

OpenGL给我们提供了glDrawArrays函数，它使用当前激活的着色器，之前定义的顶点属性配置，和VBO的顶点数据（通过VAO间接绑定）来绘制图元
```
  glUseProgram(shaderProgram);
  glBindVertexArray(VAO);
  glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);
```

附上目前为止的全部代码以供参考

  #define GLEW_STATIC
  #include <GL/glew.h>
  #include <GLFW/glfw3.h>
  #include <iostream>

  float vertices[] = {
     -0.5f, -0.5f, 0.0f,
     0.5f, -0.5f, 0.0f,
     0.0f,  0.5f, 0.0f
  };

  const char* vertexShaderSource =
  "#version 330 core\n"
  "layout(location = 0) in vec3 aPos;\n"
  "void main()\n"
  "{gl_Position = vec4(aPos.x, aPos.y, aPos.z, 1.0);}\n";

  const char* fragmentShaderSource =
  "v#version 330 core\n"
  "out vec4 FragColor;\n"
  "void main()\n"
  "{FragColor = vec4(1.0f, 0.5f, 0.2f, 1.0f);}\n";

  void processInput(GLFWwindow* window)
  {
     if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_ESCAPE) == GLFW_PRESS)
     {
        glfwSetWindowShouldClose(window, true);
     }
  }

  int main()
  {
     glfwInit();
     glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3);//主版本号
     glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 3);//次版本号
     glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);

     //glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_FORWARD_COMPAT, GL_TRUE); 
     //MAC开发需要声明这一行

     //	Open GLFW Window
     GLFWwindow* window = glfwCreateWindow(800, 600, "MyWindow", NULL, NULL);
     if (window == NULL)
     {
        std::cout << "Open window failed" << std::endl;
        glfwTerminate();
        return -1;
     }
     glfwMakeContextCurrent(window);

     //	Init GLEW
     glewExperimental = true;
     if (glewInit() != GLEW_OK)
     {
        std::cout << "Init GLEW failed" << std::endl;
        glfwTerminate();
        return -1;
     }

     glViewport(0, 0, 800, 600);//前俩参数为锚点，后俩为渲染窗口的宽高

     unsigned int VAO;
     glGenVertexArrays(1, &VAO);
     glBindVertexArray(VAO);

     unsigned int VBO;
     glGenBuffers(1, &VBO);
     glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);

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

     unsigned int vertexShader;
     vertexShader = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);
     glShaderSource(vertexShader, 1, &vertexShaderSource, NULL);
     glCompileShader(vertexShader);

     unsigned int fragmentShader;
     fragmentShader = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);
     glShaderSource(fragmentShader, 1, &fragmentShaderSource, NULL);
     glCompileShader(fragmentShader);

     unsigned int shaderProgram;
     shaderProgram = glCreateProgram();
     glAttachShader(shaderProgram, vertexShader);
     glAttachShader(shaderProgram, fragmentShader);
     glLinkProgram(shaderProgram);
     glLinkProgram(fragmentShader);

     glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(float), (void*)0);
     glEnableVertexAttribArray(0);

     while (!glfwWindowShouldClose(window))
     {
        processInput(window);

        glClearColor(0.7f, 0, 0, 1.0f);
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

        glUseProgram(shaderProgram);
        glBindVertexArray(VAO);
        glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);

        glfwSwapBuffers(window);
        glfwPollEvents();
        
     }

     glfwTerminate();

     return 0;
  }