现代OpenGL系列教程(二)---旋转的立方体

青旅半醒 2022-04-08 15:24 156阅读 0赞

### **【写在前面】** ###

本章主要内容：

1、**OpenGL Texture**(OpenGL纹理)

2、**Vertex Array Object**(顶点数组对象)

--------------------

### **【正文开始】** ###

相比上一章，本章并没有多少新的内容，所以我们直接进入关键的 MyRender 类中：

#ifndef MYRENDER_H
    #define MYRENDER_H
    #include "OpenGLRender.h"
    #include <glm/matrix.hpp>
    #include <glm/gtc/quaternion.hpp>
    
    class MyRender : public OpenGLRender
    {
    public:
    	MyRender();
    	~MyRender();
    
    	void render(const glm::quat &rotation);
    	void resizeGL(int w, int h);
    	void initializeGL();
    	void initializeShader();
    	void initializeTexture();
    	void initializeCube();
    
    private:
    	GLuint m_vao;
    	GLuint m_vbo;
    	GLuint m_ebo;
    	GLuint m_texture1, m_texture2;
    	GLuint m_program;
    	glm::mat4x4 m_projection;
    };
    
    #endif

**这里将要讲的是顶点数组对象( Vertex Array Object, VAO )：**

它可以像顶点缓冲对象那样被绑定，任何随后的顶点属性调用都会储存在这个 VAO 中。这样的好处就是，当配置顶点属性指针时，你只需要将那些调用执行一次，之后再绘制物体的时候只需要绑定相应的 VAO 就行了。这使在不同顶点数据和属性配置之间切换变得非常简单，只需要绑定不同的 VAO 就行了。刚刚设置的所有状态都将存储在 VAO 中。

> 【当我们使用OpenGL的核心模式(Core)时，必须使用顶点数组对象，否则OpenGL不会绘制任何东西】

一个 VAO 会存储以下内容：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTEyODMyMjY_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

具体怎么使用我们来看代码：

void MyRender::initializeCube()
    {
    	VertexData vertices[] =
    	{
    		{ glm::vec3( -0.75f, -0.75f,  0.75f), glm::vec3(0.8f, 0.8f, 0.0f), glm::vec2( 0.0f, 0.0f) },
    		{ glm::vec3(  0.75f, -0.75f,  0.75f), glm::vec3(0.0f, 0.8f, 0.8f), glm::vec2( 1.0f, 0.0f) },
    		{ glm::vec3(-0.375f,  0.75f, 0.375f), glm::vec3(0.0f, 0.8f, 0.8f), glm::vec2(0.33f, 1.0f) },
    		{ glm::vec3( 0.375f,  0.75f, 0.375f), glm::vec3(0.8f, 0.0f, 0.0f), glm::vec2(0.66f, 1.0f) },
    
    		{ glm::vec3( 0.75f, -0.75f,   0.75f), glm::vec3(0.8f, 0.8f, 0.0f), glm::vec2( 0.0f, 0.0f) },
    		{ glm::vec3( 0.75f, -0.75f,  -0.75f), glm::vec3(0.0f, 0.8f, 0.8f), glm::vec2( 1.0f, 0.0f) },
    		{ glm::vec3(0.375f,  0.75f,  0.375f), glm::vec3(0.0f, 0.8f, 0.8f), glm::vec2(0.33f, 1.0f) },
    		{ glm::vec3(0.375f,  0.75f, -0.375f), glm::vec3(0.8f, 0.0f, 0.0f), glm::vec2(0.66f, 1.0f) },
    
    		{ glm::vec3(  0.75f, -0.75f,  -0.75f), glm::vec3(0.8f, 0.8f, 0.0f), glm::vec2( 0.0f, 0.0f) },
    		{ glm::vec3( -0.75f, -0.75f,  -0.75f), glm::vec3(0.0f, 0.8f, 0.8f), glm::vec2( 1.0f, 0.0f) },
    		{ glm::vec3( 0.375f,  0.75f, -0.375f), glm::vec3(0.0f, 0.8f, 0.8f), glm::vec2(0.33f, 1.0f) },
    		{ glm::vec3(-0.375f,  0.75f, -0.375f), glm::vec3(0.8f, 0.0f, 0.0f), glm::vec2(0.66f, 1.0f) },
    
    		{ glm::vec3( -0.75f, -0.75f,  -0.75f), glm::vec3(0.8f, 0.8f, 0.0f), glm::vec2( 0.0f, 0.0f) },
    		{ glm::vec3( -0.75f, -0.75f,   0.75f), glm::vec3(0.0f, 0.8f, 0.8f), glm::vec2( 1.0f, 0.0f) },
    		{ glm::vec3(-0.375f,  0.75f, -0.375f), glm::vec3(0.0f, 0.8f, 0.8f), glm::vec2(0.33f, 1.0f) },
    		{ glm::vec3(-0.375f,  0.75f,  0.375f), glm::vec3(0.8f, 0.0f, 0.0f), glm::vec2(0.66f, 1.0f) },
    
    		{ glm::vec3(-0.375f, 0.75f,  0.375f), glm::vec3(0.0f, 0.8f, 0.8f), glm::vec2(0.0f, 0.0f) },
    		{ glm::vec3( 0.375f, 0.75f,  0.375f), glm::vec3(0.8f, 0.0f, 0.0f), glm::vec2(1.0f, 0.0f) },
    		{ glm::vec3(-0.375f, 0.75f, -0.375f), glm::vec3(0.0f, 0.8f, 0.8f), glm::vec2(0.0f, 1.0f) },
    		{ glm::vec3( 0.375f, 0.75f, -0.375f), glm::vec3(0.8f, 0.0f, 0.0f), glm::vec2(1.0f, 1.0f) },
    
    		{ glm::vec3( 0.75f, -0.75f,  0.75f), glm::vec3(0.8f, 0.8f, 0.0f), glm::vec2(0.0f, 0.0f) },
    		{ glm::vec3(-0.75f, -0.75f,  0.75f), glm::vec3(0.0f, 0.8f, 0.8f), glm::vec2(1.0f, 0.0f) },
    		{ glm::vec3( 0.75f, -0.75f, -0.75f), glm::vec3(0.8f, 0.8f, 0.0f), glm::vec2(0.0f, 1.0f) },
    		{ glm::vec3(-0.75f, -0.75f, -0.75f), glm::vec3(0.0f, 0.8f, 0.8f), glm::vec2(1.0f, 1.0f) }
    	};
    
    	GLushort indices[] =
    	{
    		 0,  1,  2,  3,  3,
    		 4,  4,  5,  6,  7, 7,
    		 8,  8,  9, 10, 11, 11,
    		12, 12, 13, 14, 15, 15,
    		16, 16, 17, 18, 19, 19,
    		20, 20, 21, 22, 23
    	};
    
    	glGenVertexArrays(1, &m_vao);
    	glBindVertexArray(m_vao);
    
    	glGenBuffers(1, &m_vbo);
    	glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, m_vbo);
    	glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);
    
    	glGenBuffers(1, &m_ebo);
    	glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, m_ebo);
    	glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(indices), indices, GL_STATIC_DRAW);
    
    	int location = 0;
    	glVertexAttribPointer(location, 3, GL_FLOAT, GL_TRUE, sizeof(VertexData), (void *)0);
    	glEnableVertexAttribArray(location);
    	glVertexAttribPointer(location + 1, 3, GL_FLOAT, GL_TRUE, sizeof(VertexData), (void *)(sizeof(glm::vec3)));
    	glEnableVertexAttribArray(location + 1);
    	glVertexAttribPointer(location + 2, 2, GL_FLOAT, GL_TRUE, sizeof(VertexData), (void *)(sizeof(glm::vec3) * 2));
    	glEnableVertexAttribArray(location + 2);
    }

1、使用 glGenVertexArrays() 生成一个 VAO。

2、使用 glBindVertexArray() 绑定到当前激活的 VAO。

接着我们生成 VBO 和 EBO，分别将顶点和顶点索引缓存。

> **【**索引缓存对象(Element Array Object, EBO)**】，**它的作用和 VBO 一样，不同的是它缓存的是顶点索引，使用 EBO，绘制命令为 glDrawElements()。

接下来我们需要生成纹理( Image 类是读取图像的 )：

void MyRender::initializeTexture()
    {
    	glGenTextures(1, &m_texture1);
    	glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
    	glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, m_texture1);
    	glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT);
    	glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_REPEAT);
    	glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
    	glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
    	Image image1("../container.jpg");
    	if (image1.data())
    	{
    		glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, image1.width(), image1.height(),
    			0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, image1.data());
    		glGenerateMipmap(GL_TEXTURE_2D);
    	}
    	else std::cout << "Open Image1 Error! ";
    
    	glGenTextures(1, &m_texture2);
    	glActiveTexture(GL_TEXTURE1);
    	glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, m_texture2);
    	glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT);
    	glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_REPEAT);
    	glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
    	glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
    	Image image2("../face.jpg", true);
    	if (image2.data())
    	{
    		glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, image2.width(), image2.height(),
    			0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, image2.data());
    		glGenerateMipmap(GL_TEXTURE_2D);
    	}
    	else std::cout << "Open Image2 Error! ";
    }

1、使用 glGenTextures() 生成一个纹理对象。

2、使用 glBindTexture() 将其绑定到当前激活的纹理目标上，目标可以是：GL\_TEXTURE\_1D( sampler1D )、GL\_TEXTURE\_1D\_ARRAY( sampler1DArray )、GL\_TEXTURE\_2D( sampler2D )、GL\_TEXTURE\_2D\_ARRAY( sampler2DArray )、GL\_TEXTURE\_MULTISAMPLE( sampler2DMS )、GL\_TEXTURE\_MULTISAMPLE( sampler2DMSArray )、GL\_TEXTURE\_3D( sampler3D )、GL\_TEXTURE\_CUBE( samplerCube )、GL\_TEXTURE\_ARRAY( samplerCubeArray )、GL\_TEXTURE\_RECTANGLE( samplerRect )、GL\_TEXTURE\_BUFFER( samplerBuffer )，其中括号里面的是片元着色器的采样器类型( 好多啊(ಥ \_ ಥ) )。

3、使用 glTexImage2D() 为纹理分配可变的内存( 不可变的使用 glTexStorage2D() )。

4、使用 glGenerateMipmap() 生成层级映射，这步是可选的但推荐使用。

5、使用 glTexParameteri() 为纹理设置环绕方式和放大/缩小滤波器。

因为本章使用了两个纹理，所以在这里生成了两个。

然后，来看 render()：

void MyRender::render(const glm::quat &rotation)
    {
    	glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f);
    	glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
    	//标准示例
    	glm::mat4 modelMatrix(1.0f);
    	modelMatrix = glm::translate(modelMatrix, glm::vec3(0.0f, 0.0f, -5.0f));
    	modelMatrix *= glm::toMat4(rotation);
    	
    	glUseProgram(m_program);
    	GLuint mvp = glGetUniformLocation(m_program, "mvp");
    	glUniformMatrix4fv(mvp, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(m_projection * modelMatrix));
    
    	glBindVertexArray(m_vao);
    	glDrawElements(GL_TRIANGLE_STRIP, 34, GL_UNSIGNED_SHORT, nullptr);
    }

render() 基本就很简单了，我们使用 glm::quat(四元数) 进行旋转，然后设置顶点着色器中的 mvp 矩阵，最后绑定 VAO 并发出绘制命令。

> 【四元数是表达一个旋转的一种方式】，相关的文章有很多。

接着是顶点着色器：

#version 330 core
    layout (location = 0) in vec3 position;
    layout (location = 1) in vec3 color0;
    layout (location = 2) in vec2 texCoord0;
    
    uniform mat4 mvp;
    out vec3 color;
    out vec2 texCoord;
    
    void main()
    {
    	gl_Position = mvp * vec4(position, 1.0);
    	color = color0;
    	texCoord = texCoord0;
    }

它的工作也很简单，将 position 变换后输出，color0 和 texCoord0 直接输出( 我们的 VertexData 包含一个顶点，一个颜色，一个2D纹理坐标 )。

> 【纹理坐标(Texture Coordinate)】，用来标明该从纹理图像的哪个部分采样（采集片段颜色）。之后在图形的其它片段上进行片段插值。

最后是片元着色器：

#version 330 core
    
    in vec2 texCoord;
    in vec3 color;
    out vec4 fragColor;
    
    uniform sampler2D texture1;
    uniform sampler2D texture2;
    
    void main(void)
    {
    	vec4 tempColor = mix(texture2D(texture1, texCoord), texture2D(texture2, texCoord), 0.1);
    	//fragColor = tempColor * vec4(color, 1.0);
    	fragColor = tempColor;
    }

因为我们使用了两个纹理，所以这里是两个 sampler2D 采样器。

> 【sampler\*D是不透明类型，所以只能使用uniform来定义它】，其他不透明类型还有 image(图像)、atomic counter(原子计数器)。
> 
> texture1 的 location 默认为 0 ( 对应纹理单元 GL\_TEXTURE0 )，texture2 为 1 ( 对应纹理单元 GL\_TEXTURE1 )。

接着使用 mix() 将采样到的颜色进行混合，texture2D() 函数从给定的纹理和坐标进行采样。

注释掉的一行则使用了color，有兴趣的可以自己试试。

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### **【结语】** ###

好了，这一章就讲解完了。。不过我还是没有讲得太仔细。。所以可能需要你自己多试试才能明白，然后还有一些其他的东西，具体可以自己看代码了解。

附上系列代码地址：[https://github.com/mengps/OpenGL-Totural/][https_github.com_mengps_OpenGL-Totural]

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTEyODMyMjY_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220404/bce9d695ad7746b0aa0c71210db1e827.png
[https_github.com_mengps_OpenGL-Totural]: https://github.com/mengps/OpenGL-Totural/